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　　愛達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Idaho National Laboratory)的研究人員與密歇根理工大學(xué)(Michigan Technological University)以及威斯康星州格林灣(Green Bay)的Convergen Energy公司合作，開創(chuàng)了一種技術(shù)，將不可回收的塑料和紙纖維結(jié)合起來，形成與煤炭熱值相當(dāng)?shù)念w粒。

　　關(guān)鍵是碳化，這是INL之前使用過的一種將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為類似煤的材料的熱過程。Torrefaction使用溫和的加熱，通常在200°C至320°C之間，使生物質(zhì)材料更加均勻和一致，同時(shí)還去除氯和其他化合物，這些化合物在燃燒過程中可能變成有害氣體。

　　Convergen首席執(zhí)行官泰德·漢森(Ted Hansen)說：“我們正在努力尋找一種解決方案，讓廢塑料遠(yuǎn)離環(huán)境。”

　　雖然塑料汽水瓶和牛奶容器可以回收，但你在當(dāng)?shù)爻胸浖苌献哌^的大多數(shù)東西——疊層袋、標(biāo)簽、蠟紙——都是不可回收的，只能被送往垃圾填埋場(chǎng)。這些塑料要幾百年才能分解。(雖然生物降解塑料正在開發(fā)中，但在2021年，它們只占全球塑料產(chǎn)量的不到1%)

　　另一方面，紙制品雖然可生物降解，但在垃圾填埋場(chǎng)分解會(huì)產(chǎn)生甲烷，這是一種比二氧化碳強(qiáng)25倍的溫室氣體。將紙張和塑料結(jié)合起來，形成穩(wěn)定的原料，可以替代煤炭，減少垃圾填埋量，這將是一種雙贏的綠色能源。

　　漢森說：“這些是我們的目標(biāo)產(chǎn)品。“我們不想把它們送到垃圾填埋場(chǎng)，而是想把它們變成燃料或升級(jí)為循環(huán)產(chǎn)品。”

　　將伙伴關(guān)系的優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于協(xié)作

　　多年來，Convergen一直在生產(chǎn)一種工程燃料，將不可回收的工業(yè)副產(chǎn)品從垃圾填埋場(chǎng)轉(zhuǎn)移出來，以減少二氧化碳排放。

　　自2009年以來，該公司向致力于國(guó)家要求的綠色能源生產(chǎn)水平的電力公司和將可再生燃料整合到其運(yùn)營(yíng)中以減少煤炭消耗的制造商提供燃料芯塊。

　　自2009年成立以來，Convergen已經(jīng)從垃圾填埋場(chǎng)轉(zhuǎn)移了超過60萬噸的廢棄材料，以替代煤炭的使用。

　　Convergen與INL和MTU合作開展了一個(gè)由美國(guó)能源部(DOE)生物能源技術(shù)辦公室(BETO)資助的項(xiàng)目，該項(xiàng)目名為“用于統(tǒng)一生物發(fā)電原料的分類垃圾顆粒的碳化”。

　　Convergen切碎的材料尺寸小于6英寸（15厘米），并將其運(yùn)送到INL和MTU進(jìn)行加工和測(cè)試。

　　INL研究人員重點(diǎn)研究了顆粒的形成、特性、耐久性和通過烘烤的均勻性，以及用于分析的樣品生成。INL的分析規(guī)模的支持系統(tǒng)發(fā)揮了關(guān)鍵作用。與此同時(shí)，MTU研究人員收集了工藝數(shù)據(jù)并生成樣本進(jìn)行分析和跨系統(tǒng)驗(yàn)證。

　　不可回收塑料壓制成顆粒的研究進(jìn)展

　　無論它們是來自不可回收材料還是生物質(zhì)殘?jiān)谔蓟剂献鳛榱畠r(jià)的綠色能源被廣泛接受之前，它們必須在化學(xué)和物理上均勻，耐候，并且足夠穩(wěn)定，可以運(yùn)輸和儲(chǔ)存。

　　產(chǎn)品的一致性對(duì)于燃料銷售協(xié)議的兼容性至關(guān)重要，例如燃料鍋爐所要求的協(xié)議，在燃料鍋爐中，一致的加熱量與污染物和無機(jī)物水平都得到了認(rèn)證。

　　對(duì)于任何生物質(zhì)，如果管理不當(dāng)，顆粒存儲(chǔ)都是一個(gè)挑戰(zhàn)。無論是谷倉(cāng)里的干草，還是貨船貨艙里的木屑顆粒，如果生物質(zhì)變濕，自熱和自燃就會(huì)成為一個(gè)嚴(yán)重的、潛在的災(zāi)難性問題。還可能出現(xiàn)與廢氣排放有關(guān)的環(huán)境、健康和安全問題。

　　碳化生物質(zhì)在本質(zhì)上是能量密集和疏水的，已被確定為更安全的替代品。通過他們的合作，INL的Jordan Klinger博士和Eric Fillerup博士，MTU的Ezra Bar-Ziv博士和Hansen發(fā)現(xiàn)不可回收塑料可以幫助提高顆粒密度，同時(shí)提高安全性。由于在壓實(shí)過程中高溫高壓下的柔軟性，塑料提供了一種包裹纖維的骨架結(jié)構(gòu)，并形成一個(gè)屏障，防止氧氣和水與碳化纖維發(fā)生反應(yīng)。這減少了可能導(dǎo)致自燃的自熱。

　　隨著材料的聚合運(yùn)往INL， Klinger和Fillerup研究了尺寸減小技術(shù)，以追求特定的平均顆粒尺寸，在INL的生物質(zhì)原料國(guó)家用戶設(shè)施中進(jìn)行致密化和應(yīng)用熱解條件。¼-½的顆粒具有統(tǒng)一的幾何形狀和成分，并進(jìn)行了成分、燃料性能、排放和污染物(特別是氯)測(cè)試。這些處理方法適用于傳入的廢料原料的組成，從而產(chǎn)生更清潔的燃料。

　　為了證明該工藝的可行性，最終目標(biāo)是在中試規(guī)模(每小時(shí)超過10公斤)生產(chǎn)均勻的顆粒，其能量至少與煙煤相當(dāng)。研究中使用的樣品來自纖維-塑料廢料混合物(40%塑料和60%纖維)，這些混合物來自各種各樣的紙、層壓紙、塑料和含有已知雜質(zhì)的纖維。Convergen使用強(qiáng)大的電磁鐵去除黑色金屬，而有色金屬是手動(dòng)去除的。然后用剪切磨床將材料粉碎至75-125mm粒度，隨后風(fēng)干至含水率5-7%的水平。

　　測(cè)試的目的是將氯和硫的含量降低到與使用煙煤相當(dāng)?shù)乃健５?021年9月項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，MTU的工藝開發(fā)和實(shí)施實(shí)現(xiàn)了所有這些目標(biāo)，生產(chǎn)顆粒的速度超過100kg/小時(shí)。

　　利用垃圾的未來能源

　　Convergen一直在與MTU公司合作，在Green Bay開發(fā)一個(gè)商業(yè)示范裝置。漢森說：“我們已經(jīng)加工了大量不可回收的紙張和塑料。現(xiàn)在的目標(biāo)是擴(kuò)大我們可以在更大范圍內(nèi)使用的材料類型和數(shù)量。”

　　對(duì)于INL來說，該項(xiàng)目具有多重含義。Klinger表示：“INL的研究記錄了如何將這些材料轉(zhuǎn)化為Convergen所需的首選燃料特性的技術(shù)障礙。老實(shí)說，我認(rèn)為它有可能成為產(chǎn)生能源和解決垃圾積累的短期解決方案。這是我們今天可以做的事情。”從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，INL的研究人員正在尋求一種材料加工途徑，以創(chuàng)造顆粒作為替代化石燃料的先進(jìn)燃料和化學(xué)品源材料。