氫技術開啟塑料回收新方向，PAO轉化受關注

2022年，羅伯特·肯尼迪 （Robert Kennedy） 和聯合創始人瑞安·哈克勒 （Ryan Hackler） 從美國能源部阿貢國家實驗室 （Argonne National Laboratory） 分拆出 Aeternal Upcycling，以應對世界上最緊迫的環境挑戰之一：塑料垃圾。與產生低價值燃料或不一致材料的傳統回收技術不同，他們的目標是將聚烯烴（聚乙烯 （PE） 和聚丙烯 （PP））進行化學升級回收，制成與聚 α 烯烴 （PAO） 相當的高價值合成基礎油。

肯尼迪是一位專門研究催化劑開發的化學家，突破發生時，他正在阿貢大學擔任博士后研究員。“我們意識到我們可以以與石油精煉同等的價格生產基礎油，”他告訴 F+L 雜志。“而且我們可以使用氫解來干凈地做到這一點。”

雖然化學回收在全球范圍內發展勢頭強勁，但并非所有方法都是平等的。最廣為人知的是熱解，涉及在無氧的情況下將塑料廢物加熱到高溫（~500°C），產生合成類原油液體、炭和氣體。盡管可擴展，但熱解通常缺乏產品特異性，并且往往會產生更適合燃料混合而不是材料回收的低值輸出。

溶劑分解是另一種化學途徑，利用溶劑在中等條件下解聚縮合聚合物，例如 PET。雖然溶劑分解對清潔和回收單體有效，但不太適合聚烯烴，而聚烯烴占全球塑料廢物的大部分。

Aeternal Upcycling 采用的氫解技術提供了一種更有針對性的方法。通俗地說，氫解使用氫氣和貴金屬催化劑將大分子分解成更小、更有價值的分子。該工藝在中等溫度 （~200°C） 和較高壓力 （~30 bar） 下運行，將廢塑料轉化為烯烴或芳烴含量極低的高石蠟碳氫化合物。

“熱解可以得到合成原油，”肯尼迪解釋道。“我們的流程為您提供產品。”

Aeternal Upcycling 的與眾不同

之處在于其明確專注于生產合成潤滑油。“我們的目標是合成基礎油，”肯尼迪說。“在適當的條件下，我們可以從廢塑料中獲得 70-90% 的基礎油產量。”

最終產品含有超過 99% 的石蠟，使其成為傳統 PAO 的有力替代品，傳統 PAO 是合成基礎油，因其高粘度指數、低揮發性和出色的氧化穩定性而受到重視。

PAO 廣泛用于高性能潤滑油應用，包括汽車發動機油（特別是在冷啟動條件下）、齒輪油、壓縮機油、航空渦輪潤滑油和潤滑脂。它們的氧化和熱穩定性支持延長換油周期，并有助于提高燃油經濟性。在電動汽車和數據中心等新興應用中，對超低粘度、熱穩定流體的需求進一步推動了對 PAO 的需求。

其他玩家正在探索類似的領域。例如，總部位于盧森堡的科萊特公司開發了一種專利工藝，將塑料廢棄物化學升級再造成高純度溶劑、蠟和油。該公司在南非和波蘭運營試點設施，并正在荷蘭擴大規模，瞄準以下市場化妝品、工業潤滑劑和藥品。科萊特的技術是凈負碳的，可以處理超過 60% 的塑料廢物類型。

在加拿大，總部位于安大略省布蘭特福德的清潔技術公司 GreenMantra Technologies 正在從回收塑料中開發合成潤滑脂基礎油。他們的工藝在高壓反應器中使用熱量和專有催化劑來解聚聚乙烯和相關聚合物。由此產生的半固體碳氫化合物可作為工業潤滑脂的基礎液，并與鋰和鈣皂等常見增稠劑兼容。

“就規模而言，他們領先于我們，”肯尼迪承認。“但我們的工藝更簡單，規模化可能更具成本效益，并且特別專注于生產 PAO 等合成基礎油。”

盡管氫解前景廣闊，但與熱解相比，氫解仍然未得到充分利用。原因主要是實際的：熱解在塑料對塑料回收中更為成熟，這是一個更大的細分市場。此外，氫解需要加壓氫氣并在更高的壓力下運行，從而提高了設備、安全性和成本考慮。使用鉑或釕等昂貴的貴金屬催化劑也會增加前期資本成本，盡管這些材料具有高度可回收性。

盡管如此，氫解仍具有卓越的選擇性和能源效率。它對聚烯烴（PE 和 PP）特別有效，聚烯烴約占全球塑料廢物的 60%，而且眾所周知，它們難以機械回收。Aeternal 生產的 PAO 價格溢價很高，通常在每公噸 （MT） 2,500 至 3,000 美元之間，遠高于 II 類和 III 類基礎油的市場價格。這種溢價反映了它們卓越的物理特性以及用原始材料生產它們通常需要的成本密集型原料和基礎設施。

通過以具有競爭力的成本從聚烯烴廢料中生產 PAO，Aeternal Upcycling 將自己定位為服務于高價值市場，該市場由于需要乙烯和低聚化能力而經常面臨供應限制。在燃油經濟性法規收緊、電氣化和工業自動化不斷發展的推動下，全球 PAO 需求持續增長。

Aeternal 的工藝旨在處理消費后 PE 和 PP，它們在全球塑料廢物流中占主導地位。相比之下，科萊特的技術可以加工更廣泛的聚合物。原料的可用性和一致性對于化學回收至關重要，因為消費后廢物是異質的，而且經常受到污染。Aeternal 選擇性地專注于聚烯烴，簡化了分揀和加工，并與現有的市政收集系統保持一致，為高性能潤滑油提供了一條務實且可擴展的途徑。

“我們很挑剔，”肯尼迪承認，“但我們對最大的蛋糕份額很挑剔。

將實驗室規模的創新推向市場絕非易事。美國能源部的鏈式反應創新計劃加速了 Aeternal Upcycling 的進展，該計劃通過獲得國家實驗室基礎設施和技術專長來支持初創企業。

如今，該公司仍處于實驗室規模，但肯尼迪持樂觀態度。“我們已經證明了化學反應是有效的。現在是關于經濟上的擴展。

這將需要應對供應鏈物流、工程挑戰和市場開發。這也意味著應對監管變化，例如亞洲的生產者延伸責任 （EPR） 法和印度的回收成分強制要求。

“我們最大的機會之一在于政策要求潤滑油中含有回收成分的市場，”肯尼迪指出。“我們提供了一種方法來實現這些目標，不僅性能可比，而且可能更勝一籌。”

隨著全球對脫碳的關注日益加強，從塑料廢物中提取的合成基礎油可能成為一項關鍵戰略——不僅是為了減少污染，而且是為了實現潤滑油價值鏈的脫碳。

Aeternal Upcycling 押注其技術可以在兩個方面實現：可持續性和性能。

“本世紀真正的問題，”肯尼迪說，“我們如何重復利用我們已經提取的碳并繼續讓生活變得更美好？這是一個化學問題——我們認為我們已經找到了部分解決方案。

文章來源/F&L Asia*聲明：轉載內容僅為傳遞更多信息之目的，并不意味著本平臺贊同其觀點或證實其內容真實性；文中引用資料包括文字、圖片、音頻、視頻、特效等版權歸原作者所有，若涉及版權問題請及時聯系我們。