Tepelná depolymerizace - Thermal depolymerization
Termální depolymerace ( TDP ) je proces přeměny polymeru na monomer nebo směs monomerů, převážně tepelnými prostředky. Může být katalyzován nebo nekatalyzován a liší se od jiných forem depolymerace, které se mohou spoléhat na použití chemických látek nebo biologického působení. Tento proces je spojen se zvýšením entropie .
U většiny polymerů je tepelná depolymerizace chaotická, což vede ke směsi těkavých sloučenin. Materiály mohou být tímto způsobem depolymerovány během nakládání s odpady , přičemž těkavé složky, které se vyrábějí, se spalují jako forma syntetického paliva v procesu přeměny odpadu na energii . U jiných polymerů je tepelná depolymerizace uspořádaným procesem, který poskytuje jediný produkt nebo omezený rozsah produktů, jsou tyto transformace obvykle cennější.
Neuspořádaná depolymerizace
U většiny polymerních materiálů probíhá tepelná depolymerace neuspořádaně, s náhodným štěpením řetězce za vzniku směsi těkavých sloučenin. Výsledek je zhruba podobný pyrolýze , i když při vyšších teplotách dochází ke zplyňování . Tyto reakce lze pozorovat při nakládání s odpady , přičemž produkty se spalují jako syntetické palivo v procesu přeměny odpadu na energii . Ve srovnání s jednoduchým spalováním výchozího polymeru poskytuje depolymerace materiál s vyšší výhřevností, který lze efektivněji spalovat a také prodávat. Při spalování mohou také vznikat škodlivé dioxiny a sloučeniny podobné dioxinům . Jelikož je však krok depolymerizace energeticky náročný, konečná rovnováha energetické účinnosti může být velmi těsná a byla předmětem kritiky.
Biomasa
Lze zpracovat mnoho zemědělských a živočišných odpadů, ale ty se často již používají jako hnojivo , krmivo pro zvířata a v některých případech jako suroviny pro papírny nebo jako nekvalitní palivo pro kotle . Tepelná depolymerizace je může převést na ekonomicky cennější materiály. Byla vyvinuta řada technologií využívajících biomasu až kapaliny . Obecně platí, že biochemické látky obsahují atomy kyslíku, které se zadržují během pyrolýzy, čímž vznikají kapalné produkty bohaté na fenoly a furany . Lze je považovat za částečně oxidované a vytvářejí palivo nízké kvality. Technologie hydrotermálního zkapalňování dehydratují biomasu během tepelného zpracování a vytvářejí energeticky bohatší proud produktu. Podobně zplyňování produkuje vodík, palivo s velmi vysokou energií.
Plasty
Plastový odpad se skládá převážně z komoditních plastů a lze jej aktivně třídit z komunálního odpadu . Pyrolýza směsných plastů může poskytnout poměrně širokou směs chemických produktů (mezi asi 1 a 15 atomy uhlíku), včetně plynů a aromatických kapalin. Katalyzátory mohou poskytnout lépe definovaný produkt s vyšší hodnotou. Podobně lze k výrobě produktů LPG použít hydrokrakování . Přítomnost PVC může být problematická, protože jeho tepelná depolymerace generuje velké množství HCl , což může způsobit korozi zařízení a způsobit nežádoucí chloraci produktů. Musí být buď vyloučeno, nebo kompenzováno instalací dichloračních technologií. Polyetylen a polypropylen tvoří jen necelou polovinu celosvětové výroby plastů a jelikož jsou čistými uhlovodíky, mají vyšší potenciál pro přeměnu na palivo. Technologie plastu na palivo se historicky potýkaly s tím, aby byly ekonomicky životaschopné kvůli nákladům na sběr a třídění plastů a relativně nízké hodnotě vyrobeného paliva. Velké závody jsou považovány za ekonomičtější než menší, ale jejich výstavba vyžaduje více investic. Tento přístup však může vést k mírnému čistému snížení emisí skleníkových plynů.
V oblasti nakládání s odpady z pneumatik je také možnost pyrolýza pneumatik . Olej získaný pyrolýzou gumy z pneumatik obsahuje vysoký obsah síry, což mu dává vysoký potenciál jako znečišťující látky a před použitím vyžaduje hydrodesulfurizaci . Tato oblast čelí legislativním, ekonomickým a marketingovým překážkám. Ve většině případů jsou pneumatiky jednoduše spalovány jako palivo pocházející z pneumatik .
Komunální odpad
Tepelné zpracování komunálního odpadu může zahrnovat depolymerizaci velmi širokého spektra sloučenin, včetně plastů a biomasy. Mezi technologie patří jednoduché spalování, pyrolýza, zplyňování a zplyňování plazmou . To vše je schopné pojmout smíšené a kontaminované suroviny. Hlavní výhodou je zmenšení objemu odpadu, zejména v hustě osídlené oblasti, kde chybí vhodná místa pro nové skládky . V mnoha zemích zůstává spalování s využitím energie nejběžnější metodou, přičemž pokročilejším technologiím brání technické a nákladové překážky.
Objednaná depolymerizace
Některé materiály se tepelně rozkládají uspořádaným způsobem, čímž se získá jeden nebo omezený sortiment produktů. Vzhledem k tomu, že jsou čistými materiály, jsou obvykle cennější než směsi vyrobené neuspořádanou tepelnou depolymerací. U plastů je to obvykle výchozí monomer, a pokud se recykluje zpět do čerstvého polymeru, nazývá se to recyklace surovin. V praxi nejsou všechny depolymerizační reakce zcela účinné a často je pozorována určitá kompetitivní pyrolýza.
Biomasa
Biorafinerie přeměňují zemědělský a živočišný odpad s nízkou hodnotou na užitečné chemikálie. Průmyslová výroba furfuralu kyselinou katalyzovanou tepelnou úpravou hemicelulózy funguje již více než století. Lignin byl předmětem významného výzkumu pro potenciální produkci BTX a dalších aromatických sloučenin, ačkoli tyto procesy ještě nebyly plně komercializovány.
Plasty
Některé polymery, jako je PTFE , Nylon 6 , polystyren a PMMA, podléhají depolymeraci za vzniku svých výchozích monomerů . Ty lze převést zpět na nový plast, což je proces zvaný chemická recyklace nebo recyklace surovin. Teoreticky to nabízí nekonečnou recyklovatelnost, ale je také dražší a má vyšší uhlíkovou stopu než jiné formy recyklace plastů.
Související procesy
Přestože se dnes zplyňování uhlí používá jen zřídka, historicky se provádí ve velkém měřítku. Tepelná depolymerizace je podobná jako u jiných procesů, při nichž se jako hlavní krok při výrobě paliv používá přehřátá voda , například přímé hydrotermální zkapalňování . Ty se liší od procesů využívajících k depolymeraci suché materiály, jako je pyrolýza . Termín termochemická přeměna (TCC) se také používá pro přeměnu biomasy na oleje pomocí přehřáté vody, ačkoli se běžněji používá při výrobě paliva pyrolýzou. Mezi další procesy v komerčním měřítku patří proces „SlurryCarb“ provozovaný společností EnerTech, který používá podobnou technologii k dekarboxylaci mokrého pevného biologického odpadu, který lze poté fyzicky odvodnit a použít jako pevné palivo s názvem E-Fuel. Závod v Rialtu v Kalifornii byl navržen tak, aby denně zpracoval 683 tun odpadu. Nepodařilo se mu však splnit konstrukční standardy a bylo uzavřeno. Zařízení společnosti Rialto neplnilo své splátky dluhopisů a je v procesu likvidace. Proces Hydro Thermal Upgrading (HTU) využívá přehřátou vodu k výrobě oleje z domácího odpadu. Demonstrační závod, který má být spuštěn v Nizozemsku, je schopen zpracovat 64 tun biomasy ( suché bázi ) denně na ropu. Termální depolymerizace se liší v tom, že obsahuje vodnatý proces následovaný bezvodým krakovacím / destilačním procesem.
Kondenzační polymery vylučující štěpitelné skupiny, jako jsou estery a amidy, lze také zcela depolymerovat hydrolýzou nebo solvolýzou , může to být čistě chemický proces, ale může být také podporován enzymy. Tyto technologie jsou méně rozvinuté než technologie tepelné depolymerizace, ale mají potenciál pro nižší náklady na energii. Doposud byl polyethylentereftalát nejvíce studovaným polymerem. Alternativně lze odpadní plast přeměnit na jiné cenné chemikálie (ne nutně monomery) mikrobiálním působením.