Kemisk återvinning av plast : Teknik, flöden och miljöaspekter

• Denna rapport är resultatet av ett projekt utfört av konsortiet SMED, tillsammans med underkonsulter, på uppdrag av Naturvårdsverket.SyfteDet övergripande syftet med uppdraget var att göra en analys av följande aspekter för kemisk återvinning: Vilka resurs-, miljö- och klimateffekter skulle en svensk anläggning kunna innebära, särskilt med avseende på aspekterna farliga ämnen, klimatpåverkan och resurseffektivitet, för olika kemiska återvinningstekniker, flöden och plastsorter?För vilka flöden och plastsorter kan kemisk återvinning vara aktuellt och för vilka plastsorter kan det göra mest nytta? Behövs reglering för att styra det?Vilka problem och hinder i plastflödet kan avhjälpas med kemisk återvinning? Vilka hinder och möjligheter finns med införandet av kemisk återvinning?MetodProjektet genomfördes huvudsakligen under perioden augusti till december 2020. De huvudsakliga momenten i genomförandet av projektet var attGå igenom litteratur, både vetenskaplig litteratur, andra rapporter och utredningar samt även mer marknadsorienterad information, såsom websidor, för att kartlägga olika tekniker, pilotstudier och anläggningar, och extrahera relevant information.Identifiera och intervjua relevanta aktörer inom forskning, myndigheter och näringsliv med särskild kompetens och insyn i området och sammanställa samt bearbeta informationen från dessa.Hålla ett seminarium med brett urval av deltagare inklusive intervjuade personer för att få ytterligare synpunkter, inte minst inspel till analysen av hinder och möjligheterBearbeta och sammanställa underlag och resultat samt författa och uppdatera rapport inklusive granskningar och återkopplingar från beställaren.Tekniker för kemisk återvinningKemisk återvinning av plast är idag under stark utveckling och många anläggningar byggs eller är under projektering, främst på kontinenten. Kemisk återvinning innebär att plasterna genomgår en process eller följd av processer där polymerkedjorna bryts upp till mindre molekyler. Det finns många olika tekniker och varianter av kemisk återvinning, vilket delvis också beror på att det finns många olika plastsorter, och olika tekniker har utvecklats för att passa för olika plasttyper. Vi har här gjort en indelning i sex kategorier av tekniker, där ordningen ungefär motsvarar graden av nedbrytning av polymererna, så att ju längre ner på listan, desto högre grad av nedbrytning.De kategorier av tekniker som beskrivs i rapporten ärUpplösning/utfällningDepolymeriseringSolvolysPyrolysFörgasningCCU – koldioxidinfångning och nyttiggörande (Carbon Capture and Utilization)Inom varje kategori finns oftast ett stort antal specifika teknikspår, och kategoriseringen är inte helt enkel. Det finns många olika begrepp som används inom området och terminologin är i dagsläget inte standardiserad.Upplösning/utfällning innebär som benämningen antyder att polymeren löses upp i något lösningsmedium, med avsikt att sedan fällas ut igen efter avlägsnande av oönskade komponenter. Tanken är att separera polymerkedjor, men inte ha sönder dem, vilket dock inte helt undviks. Metoden kan kategoriseras som en fysikaliskkemisk process.Depolymerisering avser i denna studie en kategori av teknologier som innebär att polymerer genomgår en process där de specifikt delas sönder i sina byggstenar, monomerer, som därmed återskapas. Även processer som ospecifikt sönderdelar polymerer till mindre delar kan anses vara depolymerisering. Men enligt praxis avser depolymerisering just processer där återskapande av monomerer avses.Solvolys avser i denna studie en process som utförs i ett vätskeformigt medium vid hög temperatur och högt tryck bryter ned polymerer till en oljeprodukt. Då mediet är vatten kallas det också hydrotermisk förvätskning eller HTL (hydrothermal liquefaction) och sker vid 200-400 grader och 50-250 bar.Pyrolys innebär en process som sker i en syrefri eller syrefattig miljö, där plasterna upphettas och bryts sönder till mindre beståndsdelar, och där man vanligtvis eftersträvar en vätskeformig produkt. Därför används ibland även begreppet termisk förvätskning inom denna kategori.Förgasning innebär att plasterna upphettas och bryts ned, med viss tillförsel av syre, till i huvudsak gasformiga ämnen, däribland kolmonoxid.CCU - Koldioxidinfångning och -nyttiggörande innebär som namnet antyder att koldioxid fångas in och nyttiggörs. I kombination med förbränning av plast skulle CCU vara en form av kemisk plaståtervinning.Egenskaperna hos de olika teknikkategorierna 1–6 har sammanfattats i tabell S1. De huvudsakliga för- och nackdelarna med olika tekniker har sammanställts i tabell S2.Resurs-, miljö- och klimataspekterResurs- och KlimataspekterResurs- energi- och klimataspekter är nära sammankopplade då man studerar plaståtervinning. Kemisk återvinning som teknikfamilj intar ett resurs-, energi- och klimatmässigt mellanläge mellan mekanisk återvinning och förbränning. Lokala förutsättningar i det enskilda fallet, såsom tillgång på klimatsnål processenergi, påverkar hur utfallet blir. Utsläppen från mekanisk återvinning är generellt mycket små. Det finns en viss miljöpåverkan, bland annat från produktionen av den elektricitet eller andra energibärare, som behövs för separation och tvättprocesser. Utsläpp från kemisk återvinning för de olika teknikerna är sinsemellan i samma storleksordning, större än de från mekanisk återvinning, då kemisk återvinning kräver mer energi, men mindre än utsläppen från avfallsförbränning. Indirekta effekter, i detta fall främst mängd elektricitet och produktionssätt för denna, samt förhållanden i och kring avfallsförbränningsanläggningar (som är ett alternativt sätt att behandla plastavfall som inte kan återvinnas mekaniskt) kommer att ha stor inverkan på systemets prestanda. Om processen använder energi från koldioxidsnåla källor så kommer den ha en högre klimatnytta än om processen använder fossila energi- och råvarukällor. En del av det gasflödet skulle också kunna återvinnas som produkt, i en storskaligare, mer optimerad anläggning, och där energin istället tillförs från annan källa, som då kan vara en klimatsnål energikälla, till exempel grön el.Farliga ämnenEftersom det handlar om kemiska processer kan man egentligen aldrig fullständigt garantera frihet från potentiellt riskabla ämnen. Det har varit ganska svårt att få helt klarlagd och likvärdig information för de olika teknikerna och för de olika varianterna av olika teknik, hur de hanterar tillsatser och eventuellt bildade farliga ämnen, delvis för att flertalet tekniker är ganska nya och inte helt utredda. Tillsatsämnen kan delas in i fyra huvudgrupper i form av funktionella tillsatser, färgämnen, fyllmedel och förstärkningar. I dessa grupper finns bland annat flamskyddsmedel, mjukgörare, biocider, färgpigment, talk och glasfiber. Dessa ämnen kan bete sig olika under processer för kemisk återvinning beroende på kemisk struktur, mängd, processegenskaper samt om additiven är inbundna i polymeren. De olika teknikerna har olika karakteristik avseende detta. Genom att kontrollera och eventuellt förbehandla ingående plastavfallsström kan man styra den kemiska nedbrytningsprocessen och minska bildandet av farliga och oönskade ämnen.För processer som sker under lägre temperatur på upp till 250°C, till exempel upplösning/utfällning och depolymerisering, kommer tillsatsämnets kemiska och termiska stabilitet bestämma hur ämnet påverkas. Detta medför att tillsatsämnena kan vara helt eller delvis nedbrutna, eller helt opåverkade. Därför behöver föroreningsprofil och reaktivitet undersökas för att optimera renhet på slutprodukten. Biprodukten i form av urlakade tillsatsämnen behöver också hanteras, exempelvis via destruktion eller återcirkulering. Om tillsatsämnet är klassat som farligt ämne enligt REACH kan detta ge problem i hantering och utökade krav på tillstånd för återvinningsaktörerna.Under högre temperaturer på 300–1000°C, såsom i solvolys, pyrolys, förgasning och förbränning, kommer organiska molekyler påverkas via termisk eller kemisk nedbrytning. En viss bildning av aromatiska strukturer sker i dessa processer, och återfinns typiskt i fraktionerna tjära eller koks. Sådana ämnen kan därmed hittas i produkter från metoder för kemisk återvinning liksom vid förbränning. Tillsatser i form av färgämnen och flamskyddsmedel kan bilda nedbrytningsprodukter som kan störa processen eller bilda nya farliga ämnen. Förenklat kan man säga att allt som följer med in i dessa processer kan också till någon del komma att ingå i reaktionsprodukter. Så om syre, kväve, svavel, klor eller brom följer med in i processen, så kan nya ämnen bildas där dessa ingår, och detta behöver man beakta om man vill undvika sådana ämnen, antingen genom noggrann förseparering, eller lämpliga reningssteg. Variationerna i hur dessa ämnen hanteras är stora, beroende på specifik teknik och processbetingelser.Användarna av produkter från kemisk återvinning vill inte ha med föroreningar av olika slag i sitt råvaruinflöde. Det talar för att man kommer vara tvungen att säkerställa att oönskade farliga ämnen i vid mening undviks i kemiskt återvunna produktflöden. Kemiska återvinningsanläggningar kommer generellt att lyda under liknande miljölagstiftning som kemiindustri. Det talar för att man kan via tillståndsprocesser och miljörelaterad övervakning bevaka potentiella flöden av farliga ämnen. Rätt utförd kemisk återvinning kan därmed ge en ny möjlighet att hantera kontaminerade plastavfallsströmmar vilket skulle minska miljöpåverkan av dessa farliga ämnen.Särskilt intressanta flödenOlika tekniker passar bättre för olika plastsorter. I tabell

Ämnesord

NATURVETENSKAP  -- Geovetenskap och miljövetenskap -- Miljövetenskap (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Earth and Related Environmental Sciences -- Environmental Sciences (hsv//eng)

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

rap (ämneskategori)