열적 중합

Thermal depolymerization

열탈중합(TDP)은 주로 열수단에 의해 폴리머단량체 또는 [1]단량체의 혼합물로 변환하는 과정입니다.는 촉매작용 또는 비강화작용이 있을 수 있으며 화학약품 또는 생물학적 작용에 의존할 수 있는 다른 형태의 탈중합과는 구별된다.이 과정은 엔트로피의 증가와 관련이 있습니다.

대부분의 폴리머에서 열적 중합은 카오스 과정으로 휘발성 화합물의 혼합물을 생성한다.폐기물 관리 과정에서 생성된 휘발성 성분이 폐기물 에너지 프로세스에서 합성 연료의 형태로 연소되면서 물질은 이러한 방식으로 탈중합될 수 있습니다.다른 폴리머의 경우 열적 중합은 단일 제품 또는 제한된 제품 범위를 제공하는 순서 있는 프로세스입니다. 이러한 변환은 일반적으로 더 가치가 있으며 일부 플라스틱 재활용 기술의 [2]기초를 형성합니다.

무질서한 탈중합

대부분의 고분자 재료는 열적 중합이 무질서한 방식으로 진행되며, 랜덤 체인 스크리션은 휘발성 화합물의 혼합물을 제공한다.그 결과는 높은 온도에서 가스화가 발생하지만 열분해와 대체로 유사하다.이러한 반응은 폐기물 관리 중에 볼 수 있으며, 폐기물을 에너지로 변환하는 과정에서 합성 연료로 연소됩니다.단순히 시동 폴리머를 소각하는 것에 비해, 탈중합은 더 높은 발열값을 가진 재료를 제공하므로, 보다 효율적으로 연소될 수 있고 판매될 수도 있습니다.소각은 또한 유해한 다이옥신다이옥신 유사 화합물을 발생시킬 수 있으며 안전하게 수행되려면 특별히 설계된 원자로와 배출물 관리 시스템이 필요하다.탈중합 단계는 열을 필요로 하기 때문에 에너지 소비량이 많기 때문에 에너지 효율의 최종적인 균형은 직선 소각과 비교할 때 매우 촘촘할 수 있으며 [3]비판의 대상이 되고 있습니다.

바이오매스

많은 농축산 폐기물을 처리할 수 있지만, 이미 비료, 동물 사료, 그리고 경우에 따라서는 제지 공장의 원료 또는 저질 보일러 연료로 사용되고 있습니다.열적 탈중합은 이러한 물질을 보다 경제적으로 가치 있는 물질로 바꿀 수 있습니다.액체 기술에 대한 수많은 바이오매스가 개발되었습니다.일반적으로 생화학에는 열분해 과정에서 유지되는 산소 원자가 포함되어 있어 페놀[4]프랑이 풍부한 액체 생성물을 얻을 수 있습니다.이것들은 부분적으로 산화되어 저급 연료를 위해 만들어진 것으로 볼 수 있습니다.열수액화 기술은 열가공 중에 바이오매스를 탈수시켜 보다 풍부한 에너지 생산물을 [5]생산합니다.비슷하게, 가스화는 매우 높은 에너지 연료인 수소를 생산한다.

플라스틱

플라스틱 폐기물은 대부분 일반 플라스틱으로 구성되며 도시 폐기물에서 능동적으로 분류될 수 있습니다.혼합 플라스틱의 열분해는 가스와 방향족 [6]액체를 포함한 화학 제품(약 1에서 15개의 탄소 원자 사이)을 상당히 광범위하게 혼합할 수 있습니다.촉매는 더 높은 [7]가치를 지닌 더 잘 정의된 제품을 제공할 수 있습니다.마찬가지로 하이드로 크래킹을 사용하여 LPG 제품을 만들 수 있습니다.PVC의 열적 탈중합은 많은 의 HCl을 생성하므로 PVC의 존재는 문제가 될 수 있으며, 이는 기기를 부식시키고 제품의 바람직하지 않은 염소를 발생시킬 수 있습니다.이염화 기술을 [8]도입하여 제외하거나 보상해야 한다.폴리에틸렌과 폴리프로필렌은 전 세계 플라스틱 생산량의 절반 미만을 차지하며, 순수 탄화수소가 [9]연료로 전환될 가능성이 더 높습니다.플라스틱 대 연료 기술은 역사적으로 플라스틱을 수집하고 분류하는 비용과 상대적으로 [9]낮은 연료 가치로 인해 경제적으로 실현되기 위해 고군분투해왔다.대형 플랜트는 소형 [10][11]플랜트보다 경제성이 뛰어나지만 건설에 더 많은 투자가 필요합니다.

그러나 다른 연구들이 이에 대해 이의를 제기하고 있지만, 이 접근방식은 온실 가스 [12]배출의 순감소로 이어질 수 있다.예를 들어, 레놀즈가 자체 개발한 덩치 에너지백 프로그램에 대해 발표한 2020년 연구에 따르면 온실가스 순배출량이 나타났습니다.이 연구에 따르면 요람에서 무덤까지의 모든 에너지 비용이 집계될 때 시멘트 가마에서 연소하는 것이 훨씬 우수했습니다.시멘트 킬른 연료는 +905 kg CO2 eq에 비해 -61.1 kg CO2 당량을 기록했다.또한 매립지 감소량 [13]대 가마 연료량 면에서도 훨씬 더 악화되었다.다른 연구들은 연료 프로그램에 대한 플라스틱 열분해 또한 더 에너지 [14]집약적이라는 것을 확인했다.[15]

타이어 폐기물 관리에서는 타이어 열분해도 하나의 옵션입니다.타이어 고무 열분해에서 추출된 오일은 황 함량이 높아 오염물질로서 잠재력이 높고 [16][17]사용 전 수소탈황 작업이 필요합니다.이 지역은 입법,[18] 경제 및 마케팅 장애에 직면해 있습니다.대부분의 경우 타이어는 단순히 타이어 유래 연료로 소각됩니다.

도시 폐기물

도시 폐기물의 열처리는 플라스틱과 바이오매스를 포함한 매우 광범위한 화합물의 탈중합과 관련될 수 있습니다.기술에는 간단한 소각뿐만 아니라 열분해, 가스화플라즈마 가스화가 포함될 수 있습니다.이 모든 것은 혼합 및 오염된 공급 원료를 수용할 수 있습니다.주된 장점은 폐기물의 부피가 줄어든다는 것입니다. 특히 새로운 매립지를 위한 적절한 장소가 없는 인구 밀집 지역에서 그렇습니다.많은 국가에서 에너지 회수를 통한 소각은 여전히 가장 일반적인 방법으로 남아 있으며, 보다 발전된 기술은 기술적 및 비용 [19][20]장벽에 의해 방해를 받고 있다.

순서적 탈중합

일부 재료는 열분해되어 단일 제품 또는 제한된 제품 범위를 제공합니다.순수한 물질이기 때문에 일반적으로 무질서한 열 중합으로 생성된 혼합물보다 더 가치가 있습니다.플라스틱의 경우, 이것은 보통 시작 단량체이며, 이것이 새로운 폴리머로 재활용될 때 공급 원료 재활용이라고 불립니다.실제로 모든 탈중합 반응이 완전히 효율적인 것은 아니며 일부 경쟁적 열분해가 종종 관찰된다.

바이오매스

바이오 제련소는 저가의 농수 폐기물을 유용한 화학 물질로 변환합니다.헤미셀룰로오스의 산성 촉매 열처리에 의한 푸르푸랄의 산업 생산은 1세기 이상 사용되어 왔다.리그닌은 BTX 및 기타 방향족 [21]화합물의 잠재적 생산 가능성에 대한 중요한 연구의 대상이었지만, 이러한 과정은 아직 상용화되지 않았으며 지속적인 [22]성공을 거두지 못했다.

플라스틱

PTFE, 나일론 6, 폴리스틸렌PMMA[23] 같은 특정 고분자는 초기 단량체를 만들기 위해 탈중합 과정을 거칩니다.이것들은 화학 물질 또는 원료 재활용이라고 불리는 새로운 플라스틱으로 다시 바뀔 수 있다.[24][25][26]이론적으로 이것은 무한한 재활용 가능성을 제공하지만, 다른 형태의 플라스틱 재활용보다 더 비싸고 탄소 배출량도 높지만, 실제로는 오염으로 인해 여전히 초기 폴리머 생산보다 더 높은 에너지 비용으로 열등한 제품을 생산합니다.

관련 프로세스

오늘날에는 거의 사용되지 않지만, 석탄 가스화는 역사적으로 대규모로 수행되었습니다.열적 중합은 직접 열수성 [27]액상화와 같은 연료를 생산하기 위한 주요 단계로 과열수를 사용하는 다른 프로세스와 유사합니다.이러한 과정은 열분해와 같은 건조한 재료를 사용하여 탈중합하는 과정과는 다릅니다.열화학적 변환(TCC)이라는 용어는 과열수를 사용하여 바이오매스를 기름으로 변환하는 데에도 사용되었지만, 일반적으로 열분해를 [28][29]통한 연료 생산에 더 많이 사용됩니다.네덜란드에 설립 예정인 시범공장은 하루 64t의 바이오매스(건조 기준)를 [30]석유로 가공할 수 있는 것으로 알려졌다.열적 탈중합은 수성 과정을 포함하고 그 다음에 무수 분해/증류 과정을 포함한다는 점에서 다릅니다.

에스테르아미드와 같은 분해 가능한 그룹을 배제한 응축 중합체는 가수분해 또는 용해로 완전히 탈중합될 수 있으며, 이는 순수 화학 과정일 수 있지만 [31]효소에 의해 촉진될 수도 있다.이러한 기술은 열적 탈중합 기술에 비해 잘 개발되지 않았지만 에너지 비용을 낮출 수 있습니다.지금까지 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 가장 많이 연구된 [32]폴리머였다.폐플라스틱이 미생물의 [33][34]작용에 의해 다른 귀중한 화학물질(단량체일 필요는 없음)로 변환될 수 있다는 주장이 제기되었지만, 그러한 기술은 아직 걸음마 단계에 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ IUPAC, 화학 용어집, 제2판('골드북') (1997).온라인 수정판: (2006–) "중합 해제".doi:10.1351/goldbook.D01600
  2. ^ Thiounn, Timmy; Smith, Rhett C. (15 May 2020). "Advances and approaches for chemical recycling of plastic waste". Journal of Polymer Science. 58 (10): 1347–1364. doi:10.1002/pol.20190261.
  3. ^ Rollinson, Andrew Neil; Oladejo, Jumoke Mojisola (February 2019). "'Patented blunderings', efficiency awareness, and self-sustainability claims in the pyrolysis energy from waste sector". Resources, Conservation and Recycling. 141: 233–242. doi:10.1016/j.resconrec.2018.10.038. S2CID 115296275.
  4. ^ Collard, François-Xavier; Blin, Joël (October 2014). "A review on pyrolysis of biomass constituents: Mechanisms and composition of the products obtained from the conversion of cellulose, hemicelluloses and lignin". Renewable and Sustainable Energy Reviews. 38: 594–608. doi:10.1016/j.rser.2014.06.013.
  5. ^ Kumar, Mayank; Olajire Oyedun, Adetoyese; Kumar, Amit (January 2018). "A review on the current status of various hydrothermal technologies on biomass feedstock". Renewable and Sustainable Energy Reviews. 81: 1742–1770. doi:10.1016/j.rser.2017.05.270.
  6. ^ Kaminsky, W.; Schlesselmann, B.; Simon, C.M. (August 1996). "Thermal degradation of mixed plastic waste to aromatics and gas". Polymer Degradation and Stability. 53 (2): 189–197. doi:10.1016/0141-3910(96)00087-0.
  7. ^ Aguado, J.; Serrano, D. P.; Escola, J. M. (5 November 2008). "Fuels from Waste Plastics by Thermal and Catalytic Processes: A Review". Industrial & Engineering Chemistry Research. 47 (21): 7982–7992. doi:10.1021/ie800393w.
  8. ^ Fukushima, Masaaki; Wu, Beili; Ibe, Hidetoshi; Wakai, Keiji; Sugiyama, Eiichi; Abe, Hironobu; Kitagawa, Kiyohiko; Tsuruga, Shigenori; Shimura, Katsumi; Ono, Eiichi (June 2010). "Study on dechlorination technology for municipal waste plastics containing polyvinyl chloride and polyethylene terephthalate". Journal of Material Cycles and Waste Management. 12 (2): 108–122. doi:10.1007/s10163-010-0279-8. S2CID 94190060.
  9. ^ a b Butler, E.; Devlin, G.; McDonnell, K. (1 August 2011). "Waste Polyolefins to Liquid Fuels via Pyrolysis: Review of Commercial State-of-the-Art and Recent Laboratory Research". Waste and Biomass Valorization. 2 (3): 227–255. doi:10.1007/s12649-011-9067-5. hdl:10197/6103. S2CID 98550187.
  10. ^ Fivga, Antzela; Dimitriou, Ioanna (15 April 2018). "Pyrolysis of plastic waste for production of heavy fuel substitute: A techno-economic assessment" (PDF). Energy. 149: 865–874. doi:10.1016/j.energy.2018.02.094.
  11. ^ Riedewald, Frank; Patel, Yunus; Wilson, Edward; Santos, Silvia; Sousa-Gallagher, Maria (February 2021). "Economic assessment of a 40,000 t/y mixed plastic waste pyrolysis plant using direct heat treatment with molten metal: A case study of a plant located in Belgium". Waste Management. 120: 698–707. doi:10.1016/j.wasman.2020.10.039. PMID 33191052. S2CID 226972785.
  12. ^ Benavides, Pahola Thathiana; Sun, Pingping; Han, Jeongwoo; Dunn, Jennifer B.; Wang, Michael (September 2017). "Life-cycle analysis of fuels from post-use non-recycled plastics". Fuel. 203: 11–22. doi:10.1016/j.fuel.2017.04.070. OSTI 1353191.
  13. ^ Sustainable Solutions. "Hefty® EnergyBag® Program Life Cycle Assessment" (PDF). hefty.com. Reynolds/Sustainable Solutions. Retrieved 21 June 2022.
  14. ^ Brock, Joe; VOLCOVICI, VALERIE; Geddie, John. "The Recycling Myth". Reuters. Retrieved 21 June 2022.
  15. ^ "Plastic Recycling Doesn't Work and Will Never Work". The Atlantic. 30 May 2022.
  16. ^ Choi, G.-G.; Jung, S.-H.; Oh, S.-J.; Kim, J.-S. (2014). "Total utilization of waste tire rubber through pyrolysis to obtain oils and CO2 activation of pyrolysis char". Fuel Processing Technology. 123: 57–64. doi:10.1016/j.fuproc.2014.02.007.
  17. ^ Ringer, M.; Putsche, V.; Scahill, J. (2006) 대규모 열분해 석유 생산: 웨이백 머신에 보관된 기술 평가경제 분석 2016-12-30; NREL/TP-510-3779; 국가 재생 에너지 연구소(National Relatory)
  18. ^ Martínez, Juan Daniel; Puy, Neus; Murillo, Ramón; García, Tomás; Navarro, María Victoria; Mastral, Ana Maria (2013). "Waste tyre pyrolysis – A review, Renewable and Sustainable". Energy Reviews. 23: 179–213. doi:10.1016/j.rser.2013.02.038.
  19. ^ Mukherjee, C.; Denney, J.; Mbonimpa, E.G.; Slagley, J.; Bhowmik, R. (1 March 2020). "A review on municipal solid waste-to-energy trends in the USA". Renewable and Sustainable Energy Reviews. 119: 109512. doi:10.1016/j.rser.2019.109512. S2CID 209798113.
  20. ^ Fernández-González, J.M.; Grindlay, A.L.; Serrano-Bernardo, F.; Rodríguez-Rojas, M.I.; Zamorano, M. (September 2017). "Economic and environmental review of Waste-to-Energy systems for municipal solid waste management in medium and small municipalities". Waste Management. 67: 360–374. doi:10.1016/j.wasman.2017.05.003. PMID 28501263.
  21. ^ Lok, C.M.; Van Doorn, J.; Aranda Almansa, G. (October 2019). "Promoted ZSM-5 catalysts for the production of bio-aromatics, a review". Renewable and Sustainable Energy Reviews. 113: 109248. doi:10.1016/j.rser.2019.109248. S2CID 198328225.
  22. ^ Wong, Sie Shing; Shu, Riyang; Zhang, Jiaguang; Liu, Haichao; Yan, Ning (2020). "Downstream processing of lignin derived feedstock into end products". Chemical Society Reviews. 49 (15): 5510–5560. doi:10.1039/D0CS00134A. PMID 32639496. S2CID 220405457.
  23. ^ Kaminsky, W; Predel, M; Sadiki, A (September 2004). "Feedstock recycling of polymers by pyrolysis in a fluidised bed". Polymer Degradation and Stability. 85 (3): 1045–1050. doi:10.1016/j.polymdegradstab.2003.05.002.
  24. ^ Kumagai, Shogo; Yoshioka, Toshiaki (1 November 2016). "Feedstock Recycling via Waste Plastic Pyrolysis". Journal of the Japan Petroleum Institute. 59 (6): 243–253. doi:10.1627/jpi.59.243.
  25. ^ Rahimi, AliReza; García, Jeannette M. (June 2017). "Chemical recycling of waste plastics for new materials production". Nature Reviews Chemistry. 1 (6): 0046. doi:10.1038/s41570-017-0046.
  26. ^ Coates, Geoffrey W.; Getzler, Yutan D. Y. L. (July 2020). "Chemical recycling to monomer for an ideal, circular polymer economy". Nature Reviews Materials. 5 (7): 501–516. Bibcode:2020NatRM...5..501C. doi:10.1038/s41578-020-0190-4. S2CID 215760966.
  27. ^ "Biomass Program, direct Hydrothermal Liquefaction". US Department of Energy. Energy Efficiency and Renewable Energy. 2005-10-13. Archived from the original on 2007-03-12. Retrieved 2008-01-12.
  28. ^ Demirba, Ayhan (2005-10-07). "Thermochemical Conversion of Biomass to Liquid Products in the Aqueous Medium". Energy Sources. Taylor Francis. 27 (13): 1235–1243. doi:10.1080/009083190519357. S2CID 95519993.
  29. ^ Zhang, Yuanhui; Gerald Riskowski; Ted Funk (1999). "Thermochemical Conversion of Swine Manure to Produce Fuel and Reduce Waste". University of Illinois. Archived from the original on 2008-05-15. Retrieved 2008-02-05. {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
  30. ^ Goudriaan, Frans; Naber, Jaap; van den Berg, Ed. "Conversion of Biomass Residues to Transportation Fuels with th HTU Process". Retrieved 2008-01-12.
  31. ^ Wei, Ren; Zimmermann, Wolfgang (November 2017). "Microbial enzymes for the recycling of recalcitrant petroleum‐based plastics: how far are we?". Microbial Biotechnology. 10 (6): 1308–1322. doi:10.1111/1751-7915.12710. PMC 5658625. PMID 28371373.
  32. ^ Geyer, B.; Lorenz, G.; Kandelbauer, A. (2016). "Recycling of poly(ethylene terephthalate) – A review focusing on chemical methods". Express Polymer Letters. 10 (7): 559–586. doi:10.3144/expresspolymlett.2016.53.
  33. ^ Ru, Jiakang; Huo, Yixin; Yang, Yu (21 April 2020). "Microbial Degradation and Valorization of Plastic Wastes". Frontiers in Microbiology. 11: 442. doi:10.3389/fmicb.2020.00442. PMC 7186362. PMID 32373075.
  34. ^ Wierckx, Nick; Prieto, M. Auxiliadora; Pomposiello, Pablo; Lorenzo, Victor; O'Connor, Kevin; Blank, Lars M. (November 2015). "Plastic waste as a novel substrate for industrial biotechnology". Microbial Biotechnology. 8 (6): 900–903. doi:10.1111/1751-7915.12312. PMC 4621443. PMID 26482561.