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塑膠回收之後還能幹嘛?煉成汽油獲新生

塑膠的大量生產與廢棄傷害環境和生態

塑膠自問世以來改變了我們的生活,讓生活變得更便利。時至今日放眼生活周遭,隨處都是塑膠製品。但這樣便利的背後帶來大量的環境汙染問題。自 1950 年,塑膠首次大量生產,那一年總共製造出 200 萬噸塑膠。2017 年總量來到 83 億噸,2050 年預估將達到 340 億噸。

英國衛報的調查揭露,全世界每分鐘購買 100 萬個寶特瓶,2021 年將增加 20%。但美國學術機構領軍的全球性塑膠生產總量分析研究發現,有半數塑膠在四年內就變成垃圾;研究也指出,2015 年共生產了 70 億噸的塑膠垃圾,只有 9% 被回收,12% 被焚燒,剩餘的 79% 通通進入了掩埋場或環境中,汙染全球的陸地、海洋,嚴重傷害環境和生態。但每年仍然有大量新的塑膠被產出。

那麼廢棄的塑膠要如何回收處理呢?是否有機會再利用?科學家一直在思考這個問題。首先先來理解一些關於塑膠的基本知識。

塑膠是怎麼來的 ?

塑膠的原料是從石油當中提煉出來。石油如果利用分餾的方式,可以依沸點不同而分離加工得出煤油、苯、汽油、石蠟、瀝青等產品。石油主要是由碳原子與氫原子所構成的化合物,僅由碳原子與氫原子所組成的碳氫化合物又統稱為烴,而僅碳氫作簡單直鏈狀排列的稱之為烷。

以汽油成分之一的「辛烷」為例說明,如圖一所示,辛烷的主要骨架由 8 個碳原子排列而成,周圍與氫原子形成鍵結,這樣的簡單排列稱為「烷」類。因為有 8 個碳,分子以天干(甲、乙、丙、丁…….)命名,數字 8對應的字是「辛」,所以稱為辛烷。

圖一:8 個碳原子與 18 個氫原子作簡單直鏈狀排列組成的辛烷。source:wikimedia

從石油到塑膠

由於石油裡面成分混雜,若要生產塑膠,需要先將石油的分子切成較小的片段,再將它組裝成較大分子的塑膠。在學術專業領域中,將分子切割成小片段的過程稱為裂解(Pyrolysis),而重組後具有大分子量的化合物稱為聚合物(Polymer)。

將從石油中得出的輕油在 800℃~900℃ 的無氧狀態(有氧氣就變成燃燒反應)加熱,分子的鏈段會局部斷裂,被裁切成好幾段,以小分子的組成存在,這個過程稱為裂解。再經過一連串的分餾程序,將不同的化學成分利用沸點的差異分離後,取得氫氣、乙烯、丙烯、丁二烯、芳香烴等一系列石化基本原料。而主要產品是乙烯,是塑膠的重要原料。裂解的產物有多種成分,在此僅以最重要的成分來進行說明。

圖二:分子的高溫裂解。source:wikipedia

石油裂解後產生的乙烯分子(如圖三所示),可以經由化學反應讓彼此連結起來形成大的分子鏈(高分子聚合物),這樣的反應稱為聚合反應。

圖三:石油裂解後可得到乙烯

以乙烯為基本單元聚合而成的聚乙烯(如圖四所示),由於加熱為熔融狀態,就可將之擠壓成型,形成塑膠製品。所以我們使用的塑膠是經過石油裂解後再聚合所產生的。

圖四:乙烯分子經過聚合反應成為聚乙烯(塑膠)。source:newsmov                   

廢塑膠回收裂解煉油,怎麼來的怎麼去

讀到這裡讀者可能會想到,如果應用前面提到的熱裂解方法來處理(如圖二),是否就可以將已經聚合的高分子裂解成小分子烷類燃料?答案是肯定的。

為了提高分解聚乙烯分子的效率,科學家在裂解過程中加入催化劑來幫助裂解反應的進行,在 400℃~500℃ 的溫度下進行無氧裂解,使其回到原始的氫與碳原子狀態,接著再重新排列分子組成,就可將廢塑膠轉換成有用的燃料與蠟。

不過分解過程中所需用到的催化劑原料銥(Ir)與錸(Re)金屬,價格並不便宜。科學家的目標將致力於改善塑膠與催化劑間使用量的比例,將催化劑的比例降低,或提高催化劑回收率;除此之外也研究以更低價格的催化劑來取代昂貴的金屬,並期望未來若技術更成熟進步,可以處理未經分類、特殊分類或複合材質的塑膠。

廢塑膠回收裂解煉油,約 80~85% 可轉化為燃料油,其餘 5% 為天然氣,10% 則為碳黑。這項技術為塑膠垃圾的處理提供了一個可行的方法,讓危害環境和生態的塑膠垃圾有機會變成有價值的資源。

回收的廢塑膠轉化成汽油 [1] 。source:america.aljazeera.com

參考文獻

  1. Ostashevsky, L. (2014, November 11). The afterlife of plastic. Al Jazeera America.
  2. Taylor, M. (2017, July 19). Plastic pollution risks ‘near permanent contamination of natural environment’. The Guardian.
  3. 全球塑膠生產總量分析 揭83億噸的「重量級」傷害。環境資訊中心。
  4. 塑膠廢料萬年不滅? 回收煉油再創資源價值。環境資訊中心。
 

 

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關於作者

李赫

中央大學理學博士。為熱愛傳播知識與吸收知識的 作家/教育/研究學者。 對於居家設計與生活時尚亦有高度興趣 (FB作者專頁)。

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