sou · H6B384 · 2018-12-20 00:00:00 — Metoden kan delas in i tre generella metoder – fluidise- rad bädd, fixerad bädd och betingad flödesförgasning, vilka har en högre temperaturjämfört med pyrolys (480–1 650˚C). Den höga temperaturen som krävs gör att processen är mycket energikrävande och verkningsgraden blir därför ofta låg. Ökad och säker matierialåtervinning En del av plastavfallet kan användas som hjälpenergi för att göra kolmonoxid och vätgas (). Men sedan behöver en extern energikälla tillsättas processen. Grovt räknat skulle plast- avfall (exklusive additiv) kunna ge 600–plastprodukt (om avfallet delvis används som energikälla). Forskare (, 2018) bedömer att det är möjligt att nå återvinningsgrad i slutändan. Fixerad bädd innebär att plastmaterialet tillförs en bädd av fast material i ett förgasningsmedium (vanligen luft). Luften kan an- tingen tillföras medströms eller motströms med det fasta bränslet. Metoden är inte så beroende av fukt och storlek på det inkommande materialet men är däremot känslig för att det kan bildas kanaler i bädden varför det finns en övre storleksgräns. De bildade rökgaserna får ofta låg kvalitet om förgasningsmediet tillförs motströms med det fasta bränslet. Om de i stället förs in i samma riktning fås en rökgas med bättre kvalitet. Anledningen är att en gas kommer genereras vid en högre temperatur som kan utvecklas vidare. Det uppstår även en mindre mängd tjära om de tillsätts med- ströms. Den högre temperaturen kräver dock en bättre värme- integrering eftersom gasreningen ofta sker vid en låg temperatur (, 2018). Förgasning genom en fluidiserad bädd kan beskrivas som en bädd av partiklar, bestående av inert eller katalytiskt material, genom vilken det strömmar en fluidiserad gas bestående av syre, luft eller vatten- ånga. Det fasta bränslet placeras oftast över bädden men kan även matas in inuti bädden. Genom att öka trycket i förgasningsprocessen minskar volymen av de bildade gaserna vilket resulterar i en minskad kostnad för efterföljande gasrening. Ett ökat tryck medför också lägre kostnader för gaskompression. Processen har vissa begräns- ningar, exempelvis temperatur då en för hög temperatur delvis skulle smälta bäddpartiklarna vilket bildar större klumpar som måste tas Ökad och säker matierialåtervinning bort för att processen ska kunna fungera. Det finns även begräns- ningar för storleken på det inkomna materialet som ska behandlas för att behålla optimala blandningsegenskaper i processen. Betingad flödesförgasning är den förgasningsmetod som kräver mest förbehandling av inkomna materialet och generellt gäller att ju mindre partiklar som matas in desto bättre blir resultatet. Detta in- nebär höga kostnader. Men metoden kan uppnå den högsta flödes- genomströmningen och hålla en hög temperatur som kraftigt minskar mängden tjära. Metoden används för fossilbaserat material som petroleumkoksuppslamning. Det går att öka trycket vilket särskilt är en fördel om råmaterialet är pumpbart, såsom en vätska. Detta har utvecklats för förgasning av biomassa som flerstegsprocesser, av exempelvis Woodroll, Choren och . Inom ramen för ett RE:Source-projekt som tittat på feedstock återvinning av polymerer framgår att det finns en rad fullskaliga för- gasningsanläggningar i (, 2018). Kartläggningen visar att de flesta inriktar sig på trä som råmaterial men flera skulle enligt projektrapporten kunna användas som testanläggningar eller åtminstone utgöra en modell för en ny anläggning med plast/poly- merer som råmaterial. Kärnteknologin kan appliceras men föränd- ringar kan behövas för gasbehandling och inmatning av bränsle be- roende på vilken produkt som efterfrågas. Hydrotermisk kondensation, HTL Hydrotermisk kondensation (HTL13) omvandlar organiska material till flytande kolväten genom att bryta ner kolstrukturen i närvaro av en katalysator eller ett lösningsmedel. Processen genomförs i en temperatur mellan 250–450 ˚C vid ett tryck mellan 5–20 MPa. HTL är en bra metod om ingående material är mycket fuktigt och när en flytande slutprodukt eftersöks. Det är en metod under utveckling och av växande intresse internationellt för att behandla plastavfall (och , 2017). 13HTL, förkortning av engelska benämningen Hydrothermal liquefaction. Ökad och säker matierialåtervinning Kemisk de-polymerisation är begränsad till vissa typer av polymerer som har funktionella grupper (t.ex. estrar). Främst handlar det om polyestrar, lignin och nylon som reagerar med exempelvis vatten, syror, alkoholer eller aminer för att producera ursprungsmonomerer eller andra oligomerer. De-polymerisation är intressant särskilt för recirkulering av blan- dade material som textil av polyester och bomull. Polyestern i detta fall de-polymeriseras till monomererer och monomererna återan- vänds sedan som byggstenar i en ny polyestersyntes (, 2018). Monomererna kan även användas som kemikalier vid tillverkning av andra applikationer. Det bedrivs och har bedrivits mycket forskning för att kemiskt återvinna polyesterfibrer inklusive PET. PET tillhör volymplasterna och användningen har ökat markant. Av den globala produktionen går till produktion av poly- esterfibrer, till flaskor och till övrigt (Swerea IVF, 2018). av flaskorna återvinns i men när det gäller fibrer (textil) och övrig PET saknas system för reell materi- alåtervinning. Denna PET går främst till energiåtervinning. Forskare har studerat olika de-polymerisationsmetoder för att bryta esterbindningarna i PET-kedjor, exempelvis metanolys, gly- kolys, hydrolys, aminolys med flera. Det japanska företaget var först i världen med återvinning av polyester i ”closed-loop”. En livscykelanalys av företagets process visar att både koldioxidutsläpp och energiförbrukning minskar med när ett ton monomer framställs från återvunnen polyester i jämförelse med framställning från råolja. Företagets process är utvecklad enbart för återvinning av deras egen polyester.14 Det finns fler företag som tagit fram kemiska processer för att i pilotskala återvinna PET. Oxfall (2018) pekar på följande exempel: 14https:///on/demandware.static/Sites-patagonia-us-Site/Library-Sites- PatagoniaShared/en_US/PDF-US/common_threads_whitepaper.pdf Ökad och säker matierialåtervinning •Gr3N använder mikrovågor för att driva på hydrolys av PET. Fö- retaget satte 2017 igång DEMETO för att skala upp sin återvinningsprocess. Projektet har fått finansiering från EU:s Horizon 2020 forsknings- och innovationsprogram och be- står av partners från hela , till exempel HM och ().15 •Loop Industries är ett utvecklingsbolag som hydrolyserar PET till monomerer. De erhållna monomererna används sedan som byggstenar för att syntetisera ny PET. Företaget är ensam om att hävda att de har en process för återvinning av alla typer av poly- ester, inklusive PET.16 •Resinate de-polymeriserar PET till oligomerer som därefter används för att producera polyoler.17 •Det pågår även viss nationell forskning inom den svenska textil- industrin. Ett exempel är i det av Mistra finansierade Future fa- shion där polyester separeras från bomullsblandningar med hjälp av ett de-polymeriseringssteg.18 En del av processerna har utvecklats för de-polymerisering av speci- fikt flask-PET eftersom den är avsevärt renare än förpackningsavfall och fibrer. Flask-PET är allsidig som råmaterial för andra använd- ningar, såsom film och fiber, därutöver är återvinningsgraden mycket hög. Detta gör att priset på flakes från PET-flaskor som har hög renhet är fyra till per kilogram vilket kan jämföras med priset för nyråvara som ligger på . Men för flask-PET finns som bekant ett välfungerande system för att återvinna dessa mekaniskt. Det finns därför fortfarande ett stort behov av att ut- veckla kemisk återvinning som kan uppgradera PET-avfall som inte kan hanteras i den mekaniska återvinningen, såsom textil- och för- packningsavfall, till högvärdiga produkter. Utmaningen med återvinning av PET från textil och förpack- ningar är att dessa avfall ofta har komplexa strukturer som är svåra att separera och ta bort, till exempel lim, etiketter och färgämnen. Swerea IVF har i en förstudie tagit fram en process för återvinning 15http:///news/launch-new-european-project-chemical-recycling- demeto 16http:///en/ 17http:/// 18http:///sv/hem/ Ökad och säker matierialåtervinning av industriellt fiberspill från polyester. Materialet de-polymerise- rades till bis(hydroxyetylen) tereftalat (BHET) som sedan utgjorde råmaterial för syntes av mjukgörare. Det visade sig inte vara några problem att separera färgämnena efter de-polymeriseringsprocessen. Den framställda mjukgöraren utvärderas i PVC. Ett preliminärt första resultat av de-polymerisering av förpacknings- PET med kvarvarande etiketter och lim, visade att ren monomer er- hölls. Det var även möjligt att ta bort föroreningarna i filtrerings- steget. Jämfört med andra depolymerisationsmetoder har glykolyspro- cessen låg kostnad och energiförbrukning, och den erhållna mono- meren kan direkt polymeriseras till PET för att åstadkomma ”closed loop” återvinning. Vid polymerisering av PET från monomer av ny- råvara19 börjar reaktionen med esterifiering som ger mellanpro- dukten BHET. I ett nästa steg av reaktionen länkas mellanprodukten ihop till en polymer. BHET bildas alltså under polymerisation av PET från nyråvara. Det ger flera fördelar när den används i stället för nyråvara för polymerisering, bland annat kan reaktionstiden för- kortas. Swerea IVF har dessutom gjort en förstudie för mekanisk återvin- ning av PET-förpackningar och industriellt polyesterspill, där uppgra- dering genomfördes med hjälp av kedjeförlängning och reaktiv extru- dering. Resultaten visade på svårigheterna att få bort etiketter och pro- duktrester i förpackningsavfallet. Kvarvarande etiketter bränns in i plasten på grund av den höga processtemperaturen. I viss utsträckning fungerade kedjeförlängningen av polyesterspill men inte för spinning av nya fibrer. Enligt forskarna beror detta huvudsakligen på att fibrerna hydrolyseras under smältbearbetning och bryts ned i större utsträck- ning än kedjeförlängningen kan väga upp för. Kedjeförlängningen fun- gerade däremot bra på nyproducerat PET. Forskarnas slutsats från förstudien var att mekanisk återvinning är mycket svårt och att kemisk de-polymerisering förmodligen är en mer framkomlig väg. Swerea IVF vill därför vidareutveckla pro- cessen. 19Till exempel tereftalsyra. Ökad och säker matierialåtervinning Dehydrokloreringg omfattar nedbrytningsprocesser som i ett första steg avlägsnar klor, vilket sedan kan följas av förgasning eller pyro- lys. Dehydroklorering kan ske under tryck i jonhaltiga vätskor, i vatten eller i torra processer, såsom smältning eller genom genere- ring av väte. Metoder för olika material in och ut i processen Även om möjligheterna är stora vid feedstock återvinning är de be- roende av ingående råvara, det vill säga vilket plastavfall som sätts till processen. Termoplaster ger endast gas och olja vid upphettning. Förekomst av syre och/eller kväve i termoplaster kan bilda fasta eller reaktiva föreningar och efterbehandling eller katalytisk behandling är nödvändig. Härdplaster bildar koks vid upphettning vilket gynnar en förgasning och förvätskning. Extra reningssteg behöver även finnas för att ta omhand oönskade ämnen, exempelvis när det gäller förekomst av klor och brom. Oorganiska föreningar kan följa med i gasfasen vid höga temperaturer. En annan aspekt är plastmaterialets fukthalt. En hög fukthalt kan störa processen och innebär därför ofta att materialet behöver torkas. Material med hög andel av PVC kan hanteras genom extra steg och frigörande av klor. Övergripande finns tre huvudspår som bör vara utgångspunkt för val av process. Beräkningar görs med hänsyn till följande: •Energibalans – Ger ett energibidrag, exempelvis ånga, det vill säga för att driva själva processen. Tittar på energivärdet in och ut. Detta är generellt det minst kostsamma och processmässigt enklaste alternativet. •Massbalans – Innebär att en annan typ av produkt tillverkas än det som förs in i processen. Räknar på ton produkt in och ut. Detta kan ses som ett alternativ som kräver en dyrare och mer komplicerad process när en syngas av låg kvalitet produceras, i jämförelse med om enbart energin tas med i beräkning. •Molekylbalans – En kolatom blir ny kolatom, det vill säga plast blir till ny plast. Detta är den väg som är mest resurskrävande. Ökad och säker matierialåtervinning Termiska processer kan omvandla allt organiskt till produkter. Det vill säga, det spelar ingen roll om det är bio, eller fossilt eller vilken form det är i. Allt är beroende på vilken ansträngning som görs, främst energiinsats, men även hur komplex process som ekonomiskt kan försvaras. Ett kluster för kemikalietillverkning behöver ånga, bränngas, syngas, samt rena strömmar av olika kolväten såsom eten och propen. Beroende på hur plasten eller eventuellt annat organiskt material är uppbyggd på molekylnivå så kommer den brytas ner till olika molekylblandningar när den värms upp. Detta oavsett typ av plast och om det är organiskt eller inte. För ett kemikluster är använd- ningen av återvunnen plast eller annat organiskt material, exempelvis biomassa, som ingående råvara en optimeringsfråga baserat på ambition. Det minst komplicerade och billigaste är att bygga ett kluster ba- serat på energibalansen, då en förbränningsanläggning kompletterad med förgasare byggs för att förse klustret med ånga och bränngas. Ett sådant kluster kan sedan, liksom vanliga avfallsförbränningsan- läggningar, blanda vad som helst — plast, annat avfall och biomassa. Ett kemikluster som i stället baseras på cirkulation av kolatomer kräver mer. Här kommer den molekylära uppbyggnaden av det material som kommer in ge ett ”fingeravtryck” i den gasblandning som produceras och med en vilja att optimera mot att få tillbaka så mycket byggstenar som möjligt med en så liten ansträngning som möjligt är en viss sortering fördelaktig. Generellt är då termo- plasterna mer effektiva att återvinna än härdplaster. De molekylstrukturer som inte direkt kan brytas ner till efterfrå- gade byggstenar (t.ex. eten och propen) måste om de ska kunna åter- vinnas delvis oxideras, så att allt organiskt material omvandlas med en högre energiinsats till vätgas och kolmonoxid, det vill säga syngas. Syngas har en viss direkt användning i klustret, men om den ska er- sätta exempelvis eten och propen måste de först omvandlas till en mellanprodukt, såsom metanol/etanol eller destillat av kolväten för att i ett andra steg ska kunna omvandlas till de efterfrågade byggstenarna. Oorganiska komponenter, såsom klor, ger en komplikation i form av behov av rening som kommer påverka kostnaden för pro- cessen, men tekniskt går det att lösa. Om möjligt bör en försortering ske innan plastavfallet förs in i processen. Men i de fall det inte går, till exempel aluminiumfilm i en Ökad och säker matierialåtervinning förpackning, tunna koppartrådar med mera, kommer det komma ut tillsammans med askan från processen. Ska även dessa återvinnas är det viktigt att separera askan innan det kommer i kontakt med luft vid hög temperatur. Skulle det ske kommer dessa material oxideras, det vill säga gå tillbaka till sitt grundtillstånd som de ser ut i naturen och att reducera tillbaka dem sedan till metaller blir oerhört energi- krävande och därför i de flesta fall omotiverat. Målet bör dock vara att optimera de processerna för att undvika detta och grundinställ- ningen bör vara att allt material som går in i processen ska skapa värdefulla strömmar ut från den samma. har baserat på en litteraturstudie utvärderat olika termo- kemiska processer för feedstock återvinning av plastavfall rörande ut- bytet av nya olefiner, det vill säga eten, propen och buten (, 2018). Utbytet varierade mellan 0,40–0,olefiner per kilo- gram torrt och askfritt plastavfall, där högtemperatursförgasning med elektrolys gav det högsta utbytet. var det även den mest komplexa metoden vilket sannolikt också skulle ge den högsta in- vesteringskostnaden jämfört med de andra undersökta systemen. Forskningen som studerat hela processkedjan från avfall till olefiner är dock begränsad och har ofta bara tittat på ett få delsteg och då främst för rena plastströmmar av PE, PP eller PS. foku- serade på att knyta ihop den samlade forskningen till en helhet där de olika (rena) produktströmmarna har antagits uppfylla kravspecifika- tionen att tillverkning av olefiner av tillräcklig kvalitet. Studien poäng- terar dock att i verkligheten är ofta plastströmmar komplext samman- satta blandningar som även innehåller föroreningar och tillsatser vilka kan vålla problem för processen och ge en försämrad produktkvalitet. Därför drogs slutsatsen att det skulle krävas vidare experimentell forskning med riktiga heterogena strömmar av plastavfall för att göra ett returraffinaderi möjligt i . På tittar forskare på att optimera nedbrytningen av plastavfall så en så värdefull molekyl som möjligt fås ut för nya plaster av likvärdig kvalitet som om plasten tillverkades av ursprunglig råvara. Optimeringen innebär här ett mellanting mellan pyrolys och förgasning, det vill säga slå sönder plastmoleky- lerna till den grad som krävs för att kunna bygga upp nya polymerer som största möjliga verkningsgrad erhålls. Likheten med pyrolys är att själva ”fingeravtrycket” eller grundbyggstenen bibe- Ökad och säker matierialåtervinning hålls medan så som vid förgasning drivs processen vid en högre tem- peratur. På detta sätt ser forskarna en möjlighet att få ett högre ut- byte jämfört med förgasning. samarbetar med projektet 2030 om ett returraffinaderi för återvunnen plast. Hållbar Kemi 2030 är ett ini- tiativ som drivs av kemiföretagen i . Normalt tillsätts nafta och etan in i processen tillsammans med ett bränsle för att få ut efter- frågad produkt såsom eten och propen. I processen bildas även rest- produkter i form av rökgas. Polyeten, PE, framställs genom polyme- risering av eten. Processen behöver ändras för att plastavfall ska kunna användas som råvara i stället för nafta och etan. Den måste vara anpassad för att kunna hantera plastens egenskaper och att plastavfallet är en heterogen fraktion. Plasten som sätts till processen passerar en rörlig bädd av sandkorn tillsammans med värme för att få ut gas av pro- dukter bestående av olika kolväten som i sin tur utgör byggstenar för eten och propen, det vill säga komponenter som kan bli plast. Det som kommer ut ur processen är dock beroende på vilket plast- avfall som stoppas in som råvara. I en osorterad plastfraktion kommer inte allt att kunna omvandlas till ny plast. En del, såsom förorenat plast kan då i processen tillverka syngas, såsom koloxid, och vätgas som kan användas som utgångskemikalier för att tillverka andra produkter. Genom försortering fås ett högre utbyte av ny plast. Beroende på sammansättning kan viss del av plastavfallet varken omvandlas till ny plast eller syngas och kan då användas för att pro- ducera ånga, det vill säga energi för att driva processen. Försöken på syftar till att ta fram flexibla tekniska lös- ningar som kan maximera värdet av det insamlade materialet till nya produkter. Möjlighet finns att styra utgående strömmar utifrån vad in- gående strömmar som ska omvandlas. Tanken är att detta bör göras utifrån någon form av livscykelperspektiv, vilket innebär att ett allt för snävt regelverk kopplat till cirkulation av kolatomer skulle medföra att den totala verkningsgraden kraftigt reducerades och investeringskost- naden för återvinningen kraftigt skulle gå upp, det vill säga medföra ett resursslöseri. som ett regelverk riktat mot energibalans skulle medföra ett mycket snabbt införande i en början då klustret kan ersätta energibehovet med återvunnet material med en cirka 20– återvinningsgrad. Ökad och säker matierialåtervinning Lärdomar från internationella anläggningar Globalt sett är det kanadensiska företaget ledande gäl- lande industriell feedstock återvinning för att utnyttja avfall som en resurs, vilket inkluderar polymerer. Bioraffinaderiet Biofuels är den första kommersiella anläggningen som tidigare använt icke- återvinningsbart kommunalt fast avfall för att tillverka etanol och metanol. Men det har krävt för att skala upp företagets teknologi från pilotskala och demonstrationsstadiet till fullskalig anläggning som kan drivas kommersiellt. Enligt Enerkem (, 2018) är de främsta framgångsfaktorerna ett förbud mot förbränning utan miljökontroll och deponering, incitament för biobränsle, för- enlig med befintlig avfallshantering, nära samarbete med kommun- erna och komplett cykel med raffinaderi. Vid förgasningsprocessen produceras syngas som omvandlas till biobränsle och förnybara kemi- kalier. För att kunna nyttja ersättningssystemet i måste av det behandlade kolet ha biologiskt ursprung. I EU är kraven högre, här krävs , vilket sannolikt kommer ha inverkan på den nya projektanläggningen som Enerkem med flera utvecklar i , . Nederländska regeringen har åtagit sig att ta fram regleringar och mekanismer för att möjliggöra att den nya tekniken kan utvecklas till en anläggning i fullskala för kemikalieproduktion. Projektet har krävt en betydande investering, initialt och förväntas för det vidare arbetet. Det kommer finnas potential att producera metanol. Detta motsvarar avfall från 700 000 hushåll och en besparing på koldioxidutsläpp. Arbetet i indikerar att projekt kring feedstock återvinning måste vara tillräck- ligt omfattande för att få stöd från olika aktörer, inklusive staten. Befintligt system påverkar om det blir lönsamt eller ej vilket gör att det kan skilja sig åt länder emellan. 5.2.3Energiåtervinning – sista steget i en plastmolekyls livscykel går en stor del av det uppkomna plastavfallet till energiåtervin- ning. I finns väl uppbyggd och utvecklad teknik för detta. En stor del av den fjärrvärme som produceras kommer från avfall, även 20https:/// Ökad och säker matierialåtervinning importerad från länder där plasten annars skulle läggas på deponi. De svenska anläggningar för energiåtervinning som utredningen varit i kontakt med som utvinner fjärrvärme ur plastavfall ger dock en samstämmig bild om att de inte vill elda plast. Men de anser sig fylla ett behov från samhället som behöver hjälp att bli av med plast- avfallet. Anläggningarnas uppdrag är att ta hand om samhällets rester som inte är lämpliga att återanvända och miljömässigt eller eko- nomiskt rimligt att materialåtervinna. I strävan efter ett fossilfritt samhälle så behöver också hänsyn tas till det avfall som tas omhand och används i energiåtervinningen. Förbränningsanläggningarna har krav på att minimera klimat- påverkande utsläpp i enlighet med kommunernas mål om koldioxid- neutralitetsmål . Här ingår att övergå från fossila bränslen till biobränslen. Eftersom det fossila avfallet, som till största del består av plast, utgör en betydande del av bränslet ser många energi- anläggningar denna övergång som en stor utmaning för det svenska samhället. är dock förbränningen ofta den bästa tekniken och enda åtgärden att hantera problematiskt plastavfall. Ofta ställer förbränningsanläggningarnas kunder och ägare mål om förnybarhet. Exempelvis ställer , som ägare, upp mål för fjärrvärmen medan förbränningsanläggningen själva be- dömer att de inte kan vara fria från fossilt avfall vad gäller energi- återvinningen . Det kan till och med bli så att den fossila andelen kommer att öka i och med att allt mer biogent material sorteras ut till biologisk återvinning och till materialåtervin- ning. För att klara av kundkrav och uppsatta mål om att fjärrvärmepro- duktionen ska vara förnybar eller återvunnen energi har anläggning- arna därför valt att inte inkludera plastavfall i målen. Utredningen visar dock att energiproducenterna vill se en succesivt minskad energiåtervinning av plast där till slut bara mycket slitna plastfraktioner som inte kan materialåtervinnas samt kontaminerad plast används vid energiåtervinning.