September_Environmental Protection｜Thermal Cracking Technology to Solve the Problem of Waste Plastics
The convenience of plastics has driven a dramatic increase in demand over the last century, with more than 50% of plastics ever produced in the history of mankind being produced after the 21st century, and global production of plastics exceeding 400 million tons in 2022 alone, and projected to reach 1.4 billion tons by 2050 based on this trend. Although we make a lot of plastics, these plastic products have a life span of up to 40% within 1 month, and the recycling rate of these waste plastics is less than 10%, which has led to the traces of these plastics from the peak of Our Lady of the Mount of Goddess of Mercy down to the Maryland Trench. According to statistics from the United Nations Environment Programme, more than 8 million tons of plastic waste flows into the oceans every year, and based on this trend, it is estimated that by 2050 there will be more plastic waste in the oceans than there are fish. What's more, after entering the ocean, these untreated waste plastics will be decomposed by sunlight and seawater to form tiny plastic particles, which will eventually return to our table through the food chain. According to a study conducted by the University of Vienna, widely used plastic materials such as polyethylene terephthalate (PET) and polypropylene (PP) have been found in human feces, confirming that plastic particles have entered every corner of the human living environment, and even our bodies are not immune.
塑膠需求存在總量就會上升，熱裂解技術可望成為解答
塑膠回收一直是最近這幾年各國政府持續推動的重要項目，隨著民眾環保意識抬頭，將廢塑膠分類、回收並利用化學或物理方式處理，重新造出新的塑膠再利用，一直是我們面對廢塑膠的主要方式，根據Fortune businessinsights數據顯示，全球塑膠回收市場將由2022年507億以年均成長率8.7%在2030年達到889億美金(如圖一)，市場穩定成長且規模龐大。但是由於塑膠本幾乎無法在自然界中分解，隨著我們對塑膠的需求持續存在，且短期內無法找到合適的替代材料，即使使用回收再造的塑膠，加上每年持續生產的新塑膠，塑膠總量的趨勢仍舊會持續上升。面對棘手的廢塑膠問題，熱裂解技術或許是一個解決方案。
圖一 塑膠回收市場規模
Source：Fortunebusinessinsights
熱裂解技術主要利用反應釜將大分子塑酯類如廢橡膠、廢輪胎、廢塑膠等在高溫下(依照材料600~900)由大分子化合物裂解為較小的分子。在熱裂解過程中，高溫會導致化學分子鍵斷裂，生成較小的分子片段。而這些分子片段重新組合，產生新的化合物，經催化、冷卻、排渣後，產出熱裂解產品，這些產物可以是液體燃料、氣體、化學中間體或其他有用的化學物質。對於以廢塑料做為原料，熱裂解技術可以將其轉化為石腦油、熱裂解油(再生柴油)、碳黑等石化產品(如圖二)。透過熱裂解技術，可將已經無法回收再利用的廢塑膠重新還原成石化原料，避免將其送入焚化爐燃燒產生二氧化碳、二氧化硫等廢氣。將此納入計算後每公噸廢塑膠處理過程，能減少約477 kg二氧化碳排放當量，且產生的熱裂解油產品相較於原生石油提煉每公噸減少了 2.3 kg碳排當量，熱裂解技術處理廢塑膠能充分發揮環保及減碳效果。
圖二 廢塑膠熱裂解技術
Source：海神全球
廢塑膠熱裂解技術產品需求龐大
熱裂解技術第一種產品為石腦油(naphtha) 又稱為『輕油』，為石化產業的中間產物，主要用途有兩種，第一種作為乙烯等有機材料裂解的原料，另一種則是作為其他石化產物如汽油、煤油等重整原料。根據Polaris Market Research報告指出全球石腦油市場規模2022年為2534億美元，將以年均成長3.6%在2030年達到3363億美元(如圖三)市場需求龐大，目前使用熱裂解技術生產的石腦油佔比只有約0.8%未來將有望提升。
圖三 全球石腦油市場規模
Source：Polarismarketresearch
熱裂解技術第二項產品為再生柴油(Disel Fuel)，柴油使用歷史已超過100年，在工業、發電、航運、交通運輸甚至製造業等領域皆看得到柴油的身影。利用熱裂解技術生產的柴油不但具備減碳效益，且此種再生柴油經反應釜內裂解、冷卻及油清洗後比原生柴油的含硫量更低，某些廠商已能生產含硫量僅為原生油1/20的再生柴油(燃料油)。整體柴油市場在2022年為2124億美金，將以年均成長率3.5%在2030年達到2901億美金(如圖四)，成長穩定且需求龐大。再生柴油能在相同熱值下提供更好的綠能效果且價格較原生柴油低，預計將能在各產業領域中站穩腳跟。
圖四 全球柴油市場規模
Source：Mordor Intelligence
熱裂解技術的第三種產品為碳黑(Carbon Blake)，最主要的應用為硬化劑、染色劑以及催化劑，過去在橡膠業、輪胎業及工業扮演重要角色，近期某些熱裂解廠商已具備將碳黑鍵結以片狀連結讓其具備導電效果，未來預計將有機會進一步打入電子製造業作為抗靜電機構材料之一。整體碳黑市場在2022年為205億美金，將以年均成長率4.3%在2030年達到287億美金(如圖五)，雖然市場規模不像前兩種油品如此龐大，但產業上對其依賴性度高使其無法被取代。
圖五 全球碳黑市場規模
Source：Markets&markets
綜觀熱裂解技術，在廢塑膠垃圾的需求端，熱裂解技術解決了塑膠總量持續往上升的問題；處理廢塑膠過程中相對於傳統的焚燒方法，熱裂解技術大幅減少了碳排放，帶來的減碳效果在應對氣候變化和碳足跡方面具有正面價值；熱裂解技術生產的三大產品，擁有龐大的市場需求，石化行業的燃料供應、工業化學品的製造，以及能源領域，都為這些產品提供了廣闊的應用前景。因此，可推測熱裂解技術是處理廢塑膠的最佳方案之一，並期待熱裂解技術在廢塑膠處理領域發揮作用，為地球環境帶來好處。
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