什么是化学回收？
什么是化学回收？
2025/01/29
化学品回收
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-可反复重复使用的理想回收技术-
用科学的眼光来看，
社会关注的真正原因
什么是化学回收？
化学回收是一种通过化学方式分解物质并将其恢复到原来的化学成分以供再利用的回收技术。例如，塑料回收主要包括材料回收和化学回收。近年来，世界各地强烈要求向“循环经济”转型，将塑料妥善回收并作为资源循环利用。因此，人们对化学回收的实际应用寄予厚望，它可以回收仅通过机械回收无法加工的塑料类型。
在日本、欧洲和美国，已经开发了化学回收技术，实现了“瓶对瓶”，即用过的PET瓶重新制成新的PET瓶。传统的化学回收需要在高温高压条件下进行反应，这就带来了能源消耗高的问题。然而，近年来，可以在低温下分解PET的技术已经开发出来，这一趋势正在引起人们的关注。我们采访了催化化学聚变研究中心硅化学团队首席研究员田中真司，了解了化学回收研究的现状、实际应用的挑战以及未来的前景。
什么是化学回收
塑料回收中的化学回收是通过化学方法分解废旧塑料，使其恢复到原来的化学成分，并重新利用的回收技术。塑料通常由长聚合物链组成，化学回收会分解这些链并将其返回到制造过程中使用的原始化学品。这种方法可以创造出质量下降较少的新塑料产品，从而可以重复回收利用。
化学回收和材料回收
回收废旧塑料并将其用作塑料的回收技术有两种：化学回收和材料回收。
材料回收是一种对废旧塑料进行机械回收的方法，通过破碎、清洗、造粒等工艺将其加工成可重复使用的形式。例如，PET瓶可以通过收集、清洗、去除标签和瓶盖，然后加热熔化来重塑。这一过程不会破坏塑料的分子结构并按原样回收，但问题是反复加热和冷却会逐渐恶化塑料的质量，导致其变色并失去强度。
另一方面，化学回收是通过化学方法分解废旧塑料，然后将其再生为其原始原料、单体和石脑油的回收技术。化学回收可以在分子水平上再生塑料，因此可以像新产品一样重复使用多次。这种方法的优点在于，它去除了机械材料回收无法去除的杂质和颜料，使得再次生产透明、高质量的塑料成为可能。
此外，在制作衣服时，由 PET 制成的聚酯纤维经常被染色或与其他纤维混合。通过化学回收，只能从这些有色复合纤维中分解提取出PET，而白色纤维则可以重新制造。尽管化学回收有许多优点，但它被认为存在一个问题，即它使用大量能源并且需要高温和高压进行反应。
废塑料回收现状。 （AIST参照塑料回收协会的《塑料回收基础知识》制作）
化学品回收引起关注的社会背景
自2015年《巴黎协定》通过以来，对塑料生产和使用以及促进回收利用的监管不断加强。推动塑料废物减少和再利用的运动日益盛行，特别是在欧洲和美国，在欧洲，塑料制品的回收和再利用正在严格的欧盟法规下得到推动。除了禁止一次性塑料制品、回收包装材料、禁止过度包装外，还引入了针对不可回收塑料的税收制度。
日本也在构建“塑料资源循环机制”，目标是到2040年消除额外污染。日本已制定法律促进塑料资源循环利用，从塑料制品的设计到处置都在加强力度。
然而，消除所有塑料是不现实的。塑料原料石油是一种有限资源，但塑料废物的再利用可以帮助解决资源安全和废物处理方面的问题。此外，化学回收也引起了人们的关注，因为回收利用具有高度可重复性并且可以一次又一次重复的高效技术非常重要。
化学回收技术
塑料的化学回收技术有多种类型，但最具代表性的是“解聚法”。
解聚法是一种将塑料分解为单体单元的方法，是一种可应用于由缩聚聚合物如PET、尼龙制成的塑料的技术。该技术利用水解和醇解等化学反应，选择性地在目标位置裂解聚合物链，将其分解为原始单体和低分子量物质。例如，在 PET 瓶的解聚过程中，它们被分解为单体对苯二甲酸和乙二醇，然后它们可以再次聚合以产生新的 PET 产品。解聚方法不会损害再生塑料的质量，因此具有使产品一次又一次焕然一新的优点。然而，这在技术上存在困难并且目前成本高昂。
热解涉及高温加热并在不使用氧气的情况下分解以产生单体和燃料，也用于某些塑料。
PET化学回收主流流程
AIST 的举措和未来展望
AIST 的化学品回收研究
AIST正在开发在不需要高温或高压条件的温和条件下将PET等缩聚聚合物分解为单体的技术。 （AIST 杂志“通过实验化学开发新的回收技术」）
我们对 PET 化学纤维的分解特别感兴趣。自然界中存在的纤维，比如棉花，可以被生物体分解，所以即使扔掉，最终也会分解。然而，聚酯纤维的原料PET是从石油中提取的人造产品，因此原则上它是不可生物降解的，如果丢弃到自然环境中，会导致微塑料等环境污染。
最近，人们发现了一种可以分解PET的酶，并正在努力将其投入实际应用。然而，这种方法存在许多问题，包括聚酯纤维中使用的结晶PET的分解速度极慢。
AIST 正在开发一种在相对较低的温度下以节能方式分解聚酯纤维的新方法，该方法用于许多 PET 应用。我们开发的PET化学回收技术目前已实现分解率90%以上。合作扩大反应规模并降低实际应用成本。
这项技术的独特之处在于，即使与其他材料混合，它也只能分解PET。由聚酯纤维制成的衣服通常是多种纤维的混合物，例如聚酯纤维和棉，但即使在这种情况下，也只有PET可以在温和的条件下分解，因此可以对PET进行化学回收，同时对其他材料进行物质回收。
服装等复合材料制成的塑料的化学回收流程。 AIST开发的方法可以在温和的条件下以低能耗仅分离和分解塑料。
我们还成功开发了分解超级工程塑料材料的技术，这种材料与金属一样坚固，通常不考虑进行化学回收。 （AIST 杂志“什么是超级工程塑料？」）
化学回收带来的未来
塑料因其方便而被广泛使用，是一种具有许多优点的重要材料。另一方面，为了减轻环境负担，传统上以石油为原料的重点行业必须主动出击，致力于创建一个系统，使它们能够继续利用化学回收技术以塑料为原料。塑料回收对许多行业来说都是一个挑战。如果您是对AIST的PET分解技术感兴趣的公司，请联系我们。
回收技术是现代社会的一个重要问题，但从长远来看，技术进步有望促进更坚固、更持久、更易于回收的新型塑料的开发。作为一名研究人员，我希望推动 PET 分解技术的社会实施，同时追求开发前所未见的新材料，超越符合环保法规的材料。