Целесообразность газификации смешанных пластиковых отходов для производства водорода, улавливания и хранения углерода

Коммуникации Земля и окружающая среда, том 3, Номер статьи: 300 (2022 г.) Цитировать эту статью

4517 Доступов

2 цитаты

9 Альтметрика

Подробности о метриках

Газификация пластиковых отходов для производства водорода в сочетании с улавливанием и хранением углерода является одним из технологических вариантов решения проблемы пластиковых отходов. Здесь мы провели технико-экономический анализ и оценку жизненного цикла, чтобы оценить этот вариант. Минимальная отпускная цена водорода для завода по производству смешанных пластиковых отходов производительностью 2000 метрических тонн/день, предназначенного для сушки в печи, с улавливанием и хранением углерода, составляет 2,26–2,94 доллара США за кг-1 водорода, который может конкурировать с водородом из ископаемого топлива с улавливанием и хранением углерода (1,21–1,21 доллара США). 2,62 кг-1 водорода) и текущий электролизный водород (3,20–7,70 долларов США за кг-1 водорода). В анализе улучшений изложена дорожная карта по снижению средней минимальной отпускной цены водорода с 2,60 долларов США до 1,46 долларов США за кг-1 водорода, которая может быть дополнительно снижена до 1,06 долларов США за кг-1 водорода, если углеродные кредиты будут близки к затратам на улавливание и хранение углерода, а также к затратам на улавливание и хранение углерода. с низкой стоимостью сырья. Результаты оценки жизненного цикла показывают, что водород, полученный из смешанных пластиковых отходов, оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, чем однопоточный пластик.

Пластик является важнейшим материалом во многих отраслях, включая строительство, упаковку, транспорт, электронику, текстиль и другие1,2. За последние полвека мы стали свидетелями быстрого роста спроса и производства пластмасс1, что привело к образованию значительного количества пластиковых отходов из-за низкого уровня переработки пластика. С 1950 по 2015 год только 9% совокупного количества пластиковых отходов (6300 миллионов метрических тонн (Мт)) было переработано, по сравнению с более чем 60% выброшенных (накапливающихся на свалках или в окружающей среде)1. Захораниваемые или утилизируемые пластиковые отходы и их фрагменты, т.е. микропластики и нанопластики, вызывают растущую экологическую озабоченность3,4,5,6. Увеличение переработки пластика является одной из важнейших стратегий по сокращению утилизации пластиковых отходов7. Существует два распространенных типа переработки пластмасс: механическая (например, магнитно-плотностное разделение) и химическая переработка (например, газификация)7. В последнее время также привлекает внимание другой тип метода переработки – переработка с использованием растворителей (или так называемая физическая переработка)8. Проблемы механической переработки пластика включают термомеханическую деградацию (например, вызванную нагреванием и механическим сдвигом полимера)7, деградацию пластика (например, вызванную процессом фотоокисления в течение срока службы), несовместимость между различными полимерами при переработке смешанных пластиков9 и загрязнения (например, покрытия, чернила, добавки, остатки металлов или перекрестное загрязнение между различными потоками пластика)9,10. Некоторые отходы пластмассы трудно переработать механически из-за низкой объемной плотности (например, пленки), легкого веса (например, полистирол (ПС)), низкой экономической ценности (например, ПС) и пигментов сажи, которые поглощают инфракрасный свет и мешают сортировочная машина9,11. Следовательно, полагаться только на традиционный метод механической переработки недостаточно для решения проблемы растущего объема и разнообразия пластиковых отходов. По сравнению с механической переработкой термохимические методы, как один из видов химической переработки, имеют преимущества при переработке пластиковых отходов, которые трудно поддаются деполимеризации или механической переработке из-за экономических или технических барьеров7,12. Термохимические процессы включают пиролиз и газификацию, которые потенциально могут использоваться для переработки пластиковых отходов с высоким содержанием энергии, углерода и водорода, а также низким содержанием влаги13. Термохимические процессы позволяют производить разнообразные продукты, и водород является одним из продуктов, рынок которого развит и растет14. Водород является важным промышленным газом, широко используемым в нефтеперерабатывающей и химической промышленности, а также может использоваться в качестве экологически чистого источника энергии для транспорта15. Министерство энергетики США (DOE) оценило потребность США в водороде в 22–41 Мт в год к 2050 году, учитывая огромную потребность в чистой энергии16. В настоящее время 96% производства водорода использует риформинг ископаемого топлива (например, нефти, природного газа и угля)15. Преобразование MPW в водород потенциально может снизить спрос на ископаемое топливо для производства водорода и решить мировые проблемы, связанные с быстро растущим количеством пластиковых отходов17. Например, в Плане водородной программы Министерства энергетики США выделены «разнообразные внутренние ресурсы», включая отходы пластмассы, как важный источник производства водорода16.