埃信华迈（IHS Markit）精选│塑料回收对未来能源转型的影响
发布时间：2020-07-20
来源：IHSMarkitEnergy
作者：张荣宗博士（埃信华迈副总裁 负责石油、中游、化工以及工艺技术经济评估）
石油化工行业正面临越来越大的环境压力，必须通过增加回收来减少塑料废料。但塑料回收十分复杂，不仅涉及塑料生产商，还涉及品牌所有者、消费者、市政机关、废物管理公司和废物回收商。回收产业链、政府监管和技术发展也至关重要。为了描述这些问题并评估决定未来塑料回收率的因素，埃信华迈（IHS Markit）提出了一个能对塑料回收进行系统定量评估的工艺技术经济评估（见图1）。
在原生塑料的生产中，原料成本通常是每吨100-500美元。每个转化步骤都需要资本投资并涉及运营成本，产出的最大价值以典型消费品产值衡量为每吨2000美元。然而，由于缺乏有效的分类和回收产业链，大多数消费后的塑料最终被填埋或成为环境污染物。这些废弃消费后塑料的价值为零或负值，这是资源利用的巨大损失。塑料回收最紧迫的问题是减低环境污染，但也必须从资源有效再利用和价值保存的角度来思考塑料回收。
收集起来的消费后塑料材料可视为循环经济中的“新石油”。每个地理区域都已经有了废塑料市场。随着回收活动的增加和市场的扩大，废塑料将成为一种重要的新商品，其价格由供求关系决定。分类效率、收集成本和质量都会体现在市场价格中，这与其他商品类似。
收集起来的废塑料可通过机械回收制成塑料、通过化学回收制成单体，或通过分子回收制成原料。每条回收路线都会对原生塑料、原生单体和原生原料的供求产生影响。所有回收路线最终都会影响现有原料——原油、天然气凝析液（NGL）、天然气或煤炭——的供应。
回收材料对原生塑料未来需求的影响程度取决于未来的回收率和总需求增长率。图2以聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的机械回收为例阐述了这一概念。
在图2中，每年的塑料总需求为Dt，即原生塑料需求Dv与再生塑料需求Dr之和，因此，在任一年份中，Dv=Dt-Dr。塑料回收对原生塑料未来需求的影响可按以下方法估计:
Dv₀=Dt₀-Dr₀
令R₀=Dr₀/Dt₀，R₀为第0年的回收率:
Dv₀= Dt₀(1-R₀)
3.假设年总需求以x%的速度增长、回收率以y%的速度增长：
Dvn = Dt₀ (1+x)ⁿ * [1-R₀(1+y)ⁿ]
原生树脂的未来增长率取决于三个因素：总需求增长率（x）、当前回收率（R₀）和塑料回收的未来增长率（y）。
方程式（1）-（3）的适用范围可以延及任何塑料和多个终端市场，每个终端市场各自有不同的需求增长率、当前回收率和未来回收增长率。埃信华迈（IHS Markit）的工艺技术经济评估项目创建了一个交互式模板，用于定量评估未来回收率对任何地区的原生塑料未来需求所产生的影响。该模板还能评估未回收废料年度和累计对环境的泄漏量，无论其形式是垃圾填埋还是污染物。类似的分析可针对化学和分子回收分别应用于单体和原料层面。
未来的回收增长率将取决于回收材料相对于原生材料的生产经济性和质量。图3比较了18 千吨/年产能下机械回收PET（rPET）的生产成本结构与650 千吨/年产能下采用以单乙二醇（MEG）及精对苯二甲酸（PTA）生产原生PET的生产成本结构。同时，该图还显示了每个过程的碳足迹，以反映相对可持续性。
当前PET机械回收的规模相对较小，这意味着每吨rPET的固定成本和其他成本相对于vPET生产是非常高的。但是，由于原料（废弃PET砖）价格相对较低，rPET的总生产成本低于vPET。但rPET的价格低于vPET，因为它的质量普遍较差，导致rPET盈利能力较低。要提高rPET的经济效益和盈利能力，必须大幅扩大生产规模，并提高质量，以获得更高的市场价格。
从可持续性角度来看，rPET的总碳足迹低于直接用MEG和PTA生产vPET。当MEG生产追溯到乙烷蒸汽裂解制成乙烯的环节以及芳烃联合装置中以PX（对二甲苯）和重石脑油（HN）为原料的PTA生产，rPET与vPET的可持续性差异便更为显著。
未来的回收操作将需要多种解决方案。化学和原料回收提供了在更大范围操作的可能性，它们可能适合某些情况。然而，这些过程需要能量将大分子分解成小分子，也需更多能量，再通过重复冗长的转化步骤，将小分子转化成塑料，与生产原生聚合物时一样。最终的结果是，化学回收和原料回收的碳排放比机械回收高得多。
从可持续性、资源利用和价值保存的观点来看，行业应优先关注机械回收，高于化学回收和原料回收。机械回收面临的挑战要靠行业创新来解决。机会包括：开发更好的材料标记或跟踪技术，显著增加高纯度消费后塑料的分类收集；提供混合原料，以弥补再生塑料的劣质属性；开发新的大容量市场，减少短生命周期用途的再生塑料使用，如包装材料，而将其用于生命周期较长的用途，如纺织品、管道材料，甚至住房建筑材料。
随着EPR（生产者责任延伸）政策的出台，生产者至少在操作和财务上对回收其生产的产品负有一定责任。新规定有望建立更有效的回收产业链，从而增加分类良好的消费后塑料的供应——这将显著扩大机械回收的规模，并进一步提升其经济效益。
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