中华环境保护基金会“美团外卖青山公益专项基金”环保顾问团专家视点：塑料化学回收的现状及未来展望

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化学回收成为塑料低碳化的关键选项之一

塑料自从上世纪五六十年代大规模使用以来，以其轻便，廉价，使用方便等优点迅速走入了人们生活的各个方面。现代社会的发展更是离不开塑料，从家居到汽车，从日化到食品，塑料在几乎每个领域都扮演着重要的作用。据统计，现在每年有近4亿吨各种塑料被化工行业生产出来，然后被加工从各种类型的塑料制品。这些塑料的生产、使用和废弃处理都消耗了大量的资源。在气候变化的大背景下，塑料行业也在积极寻找低碳化的路线。

在这些降低塑料碳排放的实践中，使用再生塑料，也就是人们常说的物理回收，已经成为行业的共识。但物理回收存在一定的局限性，例如其对塑料回收的来源有一定的限制，再生塑料的性能一般且品质不稳定，大部分情形都是用在一些降级使用的场合。为了提升其性能，往往需要增加较多的成本。

塑料生产的单体大部分都是来自石油炼制的副产物，例如石脑油。随着双碳目标的推进，鉴于新能源和电动汽车的普及，未来对于石油炼制主要产品，也就是汽柴油的需求将会到顶甚至降低。在这一大背景下，短期内会有更多的化石能源被转化成塑料，但是长期来看塑料行业依靠化石能源提供原材料的格局将会产生变化。于是，人们将目光对准了化学回收，也即是说，考虑将地球上的存量塑料进行裂解，然后将单体提纯后重新聚合。

据不完全统计，人类已经生产了近100亿吨塑料，大部分存在于我们周围的环境中。化学回收的主要目标就是将这些存量塑料，特别是无法进行物理回收的，通过降解的形式将其变成单体，然后再重新聚合成塑料或者其他有用的化学品。目前国内外对于化学回收的讨论和研究非常热烈，但是其商业化都处在探索阶段。根据麦肯锡咨询的预测，到2050年，接近60%的塑料都来自于物理或者化学回收。尤其是化学回收，在不久的将来会获得极大的增长。

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图1：全球聚合物需求（数据来源：McKinsey& Company)

化学回收的分类：针对聚酯和聚烯烃

从技术上讲，化学回收可以分为两大类，一是以PET为代表的聚酯行业，其特点是这类塑料一般为缩聚反应所得，它可以被水解或者醇解；二是以PP和PE为代表的聚烯烃，其特点是这类塑料一般是自由基聚合而来，其降解只能依靠热裂解来进行。聚酯行业的化学回收发展较快，目前来看，很有可能实现大规模生产；而聚烯烃行业的热裂解依旧处于探索阶段，其发展依赖于和后端聚合装置的深度整合。

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图2：化学回收的不同类型（上：聚酯，下：聚烯烃）

由于历史发展的原因，国内的聚酯塑料，特别是PET回收之后，主要被制备成了再生涤纶用在了纺织行业。但是，近些年来由于欧美，日韩以及东南亚对于“瓶到瓶”的政策放开，用于食品饮料行业的再生PET需求量猛增。当食品饮料行业重新审视PET的回收再利用，化学回收就体现出了较大的优势。首先，物理回收即使能够将杂质去除得比较干净，也很难保证批次之间质量的稳定，这主要是由于回收环节对于瓶片质量的把控很难做到完全均一化；而化学回收通过解聚，单体纯化及再聚合，能够获得与原生塑料一样的性能和品质稳定性。其次，当需求量增加的时候，物理回收的产能扩张比较困难。目前市场上较大的PET物理回收单线产能一般是3-5万吨/年，而化学回收的产能可以根据反应釜大小直接到30-60万吨/年。再次，物理回收的再生PET经过固相增粘造粒之后，粘度有所提升，可以用在矿泉水瓶中，但是还是无法满足碳酸瓶的粘度需求，因此对于高粘度再生聚酯的应用场景，还是要依靠化学回收。最后，由于化学回收可以极大地扩大产能，从而将单吨加工成本有效降低，最终实现与原生料类似甚至较低的成本。

国际品牌商可口可乐目标在2030年将50%的包装切换成再生塑料，而其他品牌商诸如宝洁，百事，联合利华等，也制定了相应的再生塑料使用目标。对于食品饮料以及日化行业来说，再生PET的需求量在2030年初步估算将超过400万吨。当供应链意识到化学回收在质量，性能以及成本方面的优势之后，这一巨大的潜在市场将大大推动PET化学回收的发展。

聚烯烃的化学回收一般来说分为两种，一种是热裂解（Pyrolysis），也就是将聚烯烃为主的废杂塑料在400-450度左右，无氧条件下裂解成粗制合成油。这个合成油中一般而言，成分复杂，如果要使用的话，需要后期做纯化和加氢处理。根据经验，此类合成油的组分与废旧塑料的成分有一定关系。如果废旧塑料仅为聚烯烃，也就是PP和PE，那么合成油的组分也是以直链烃为主，颜色为淡黄至深黄色。如果废旧塑料中还有PC，PET，PS等带有苯环的废杂塑料，那么合成油的组分除了直链烃也有一部分芳香烃，颜色一般为黑色。国内有多家企业在尝试用热裂解的方式来制备合成油，然后通过工艺，催化剂及加氢等，来调整最终合成油产品的结构，并尝试作为初始原料用在化工行业。国际上，一些欧美石化公司采购这种裂解油，加氢重整后与石脑油混合进行裂解，制备出烯烃单体，然后再聚合，生产所谓的循环聚合物（circular polymer）。这种循环聚合物由于碳排放较低，因此获得了一部分品牌和用户的青睐。

聚烯烃的化学回收第二种就是气化（Gasification），也就是在1200度以上，将废塑料直接气化成合成气（一氧化碳和氢气），然后再通过合成气制备相应的化工和塑料产品。气化的路线由于对设备要求较高，因此目前国外仅有试验装置，尚未有商业化装置。国内在这个方面也是刚刚起步。

化学回收的现状及挑战

相对于物理回收，化学回收由于涉及到化学反应，而且装置一般较大，有的还需要在高温高压下操作，因此化学回收的实践者一般都应该是大型石化企业，常规的物理回收再生企业要进入该行业门槛较高。欧美的化工公司，诸如埃克森美孚，陶氏化学，沙特基础工业公司，利安德巴塞尔等，都已经在化学回收方面做了相应的尝试，也向市场推出了循环聚合物，但是都不大。很多情况下都是通过与小型创业公司合作或者直接收购完成。例如巴斯夫公司向Quantafuel投资2000万欧元，进一步开发和改进利用混合塑料废料来生产热解油的工艺；沙特基础工业公司与Plastic Energy建立了一座商业化的工厂来提升循环聚合物的产量；陶氏化学与Mura合作使用超临界蒸汽将消费后的家用塑料垃圾（包括柔性和多层塑料包装）转化为转化为工业级液态碳氢化合物产品。

国内华润化学是较早开展聚酯化学回收的厂家，已经在布局了20万吨的PET化学回收再生产能。考虑到国外诸如“瓶到瓶”的食品级再生料应用已经放开，相关的需求将推动PET化学回收的产生释放。对于聚烯烃的热裂解而言，国内有不少企业已经进行了若干年的探索，但均未能够打通从热解油到循环聚合物的路线，大部分情形下热裂解油被拿去加工成了燃料，这也影响了人们对于热裂解这条化学回收路线的信心。最近，中石化开始尝试在这方面开展工作，希望能够打通从废塑料到热解油，再到聚合物单体，最后完成循环聚合物的闭环。

化学回收项目的实现一般需要几个重要条件：首先是足够的低值废塑料来源，其次是拥有化工装置运行的相关技术和经验，最后是对应于化学回收产品的市场。

具体而言，国外由于缺乏物理回收的基础以及相关物理回收料的市场，因此除了聚酯之外，大部分的废塑料都可以用作化学回收；国内则大部分废塑料要先经过初步的分选，相当部分进入了物理回收的渠道，只有被挑剩下的低值废塑料才会被用到化学回收过程中。因此，国内的低值废塑料来源对于化学回收就非常重要。考虑到单个化学回收装置规模较大，因此需要配套的政策来支持这些低值废塑料从目前的焚烧和填埋环节，进入到化学回收过程中。

化学回收的装置可以认定是一般化工装置，因此相关的审批，环评以及运行等，都需要专门的化工装置运行管理经验。这和物理回收相比，技术上需要更多的积累和开发。不论是聚酯还是聚烯烃，相关的化学回收刚刚起步，中小规模装置的运行商在摸索中，大型装置的建设和运行还需要一些时间。

最重要的是，目前国内对于化学回收产品缺乏相应的政策和市场支持。我们看到欧盟关于塑料循环和低碳化的一系列政策法规，以及欧盟公众对于塑料循环的成熟理解，已经形成了一个关于化学回收的市场。国内很多关于化学回收的装置目标也是欧盟市场。但是我们国内由于大家对于化学回收还存在一定的争议，很多人认为从化石原料制备的原生塑料产能尚未充分利用，再去开发成本更高的化学回收显得得不偿失。

化学回收的下一步

对于化学回收而言，最重要的是政府，行业以及消费者要达成一个共识，那就是化学回收的目标是为了解决塑料的低碳化，是为塑料循环进行兜底，也是解决塑料污染的关键路径之一。在这个共识之上，我们要逐步建立国内自己的化学回收市场，通过市场行为来推动产业链要素的集聚，以及相应的技术和产品开发。我们认为，在化学回收发展的前期，国外产能的需求能够起到一定的推动作用，但是最终还是要靠国内市场以及供应链的完善，才能更好地促进化学回收的发展。

除此之外，化学回收本身是一个高分子解聚的过程，它本身是一个放热反应，对于能耗的需求并不大。但是，公众需要对于化学回收过程的碳排放以及相关废物处理有一个更加清晰的认识，这些都需要行业同仁继续努力，在完善化学回收工艺和产品开发的同时，和上下游一起对于公众进行科普，打造一个更加低碳，绿色，可持续的化学回收未来。

本文系中华环境保护基金会美团外卖青山公益专项基金“环保顾问团专家视点栏目”特约专家李斌教授撰写，更多专家观点敬请期待。