韓國研發低能耗工藝，實現混合廢塑料制高純度氫氣

梨花女子大學團隊開發低能耗堿性處理工藝，可將未經分類的混合塑料轉化為清潔氫氣，并減少碳排放。

韓國研究人員開發出一項新技術，可將因難以分類而長期無法回收利用的混合廢塑料轉化為高純度氫氣。與現有技術相比，該方法能夠在更低的溫度和壓力下運行，同時減少碳排放，因此被認為是一項能夠同時解決廢塑料處理和清潔能源生產問題的創新技術。

由梨花女子大學（Ewha Womans University）化學與材料工程系Kim U-jae教授領導的研究團隊表示，他們開發出一種名為“堿性熱處理（alkaline heat treatment）”的新工藝，可將混合塑料廢棄物轉化為高純度氫氣。相關研究成果于7日發表在國際權威期刊《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。

目前，全球塑料廢棄物中實際上只有約9%得到了回收利用，其余大部分被填埋或焚燒。研究團隊指出，約79%的塑料垃圾被填埋，約12%被焚燒處理。

塑料回收率低的一個重要原因在于，廢塑料通常是多種材料混合丟棄，導致回收效率大幅下降。例如：

• -PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）：廣泛用于飲料瓶；
• -PE（聚乙烯）：主要用于塑料袋和包裝材料；
• -PP（聚丙烯）：廣泛用于日用品和各種容器。

由于這些塑料具有不同的化學和物理性質，因此在回收之前必須逐一分類，而這一過程既復雜又昂貴。

為了克服這一難題，研究團隊不僅致力于處理廢塑料，還探索了將其作為制氫原料的新途徑。

他們開發的堿性熱處理工藝利用氫氧化鈉（NaOH）等堿性物質分解塑料，并在此過程中生成氫氣。

氫氧化鈉（俗稱燒堿或苛性鈉）是一種強堿，能夠破壞塑料穩定而堅固的化學結構，從而促進塑料分解。

事實上，將混合廢塑料轉化為氫氣的技術此前已經存在，其中最具代表性的是氣化（Gasification）技術。該方法需要在極高溫、高壓條件下分解廢塑料，產生可燃氣體。

然而，氣化技術存在明顯缺點，包括：

• -能耗高；
• -工藝條件苛刻；
• -處理過程中產生較多碳排放。

尤其是PE和PP這兩類塑料，由于化學結構非常穩定，因此很難直接分解。

針對這一問題，研究團隊增加了一個熱氧化預處理（thermal oxidation pretreatment）步驟。

在正式處理之前，先對塑料進行熱氧化，使其更容易發生化學反應。隨后，研究人員進一步優化了熱氧化條件，并調整了氫氧化鈉與塑料之間的配比，從而顯著提高了氫氣產率。

實驗結果表明，無論是單一種類塑料還是未經分類的混合廢塑料，都能夠生產出高純度氫氣。

研究團隊指出，與傳統氣化技術相比，這種新工藝無需對不同種類塑料進行精細分類，因此更具實際應用價值。

氫氣被認為是一種清潔能源，因為無論燃燒還是用于燃料電池發電，幾乎不會排放二氧化碳。

不過，如果制氫過程本身需要大量能源或伴隨大量碳排放，那么氫能的環保優勢就會大打折扣。

這項新技術的重要意義在于：

• -以廢棄塑料作為原料；
• -在相對低能耗條件下生產氫氣；
• -同時減少塑料污染和碳排放。

研究團隊表示：“與傳統氣化技術相比，這項技術能夠降低能源消耗和碳排放，因此有望成為一種可持續發展的塑料回收利用技術。”

他們還補充說：“堿性熱處理工藝有望成為一種全新的升級再利用（Upcycling）路徑，將廢塑料轉化為清潔氫燃料。”

原文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2537552123

（素材來自：梨花女子大學 全球氫能網、新能源網綜合）