循環(huán)經(jīng)濟“黑科技”：廢舊輪胎脫硫再生技術(shù)

隨著全球經(jīng)濟的高速發(fā)展和城市化進程的不斷加快，大量堆積的固體廢棄物成為生態(tài)環(huán)境的沉重負擔(dān)，嚴(yán)重限制了社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和人類生活質(zhì)量的進一步提高。循環(huán)經(jīng)濟理念的出現(xiàn)為固體廢物的綜合管理提供了全新視角和廣闊發(fā)展空間，廢物資源化理念在全球掀起持續(xù)熱潮。

近年來，我國私家車保有量和貨車數(shù)量的快速增長使廢舊輪胎的產(chǎn)生量以每年8%-10%的速度急劇增加，廢舊輪胎資源化技術(shù)成為固廢處置行業(yè)的熱點?！堆h(huán)經(jīng)濟促進法》和《中國輪胎翻修與循環(huán)利用行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》等一系列法律法規(guī)的逐步落地實施給輪胎循環(huán)利用行業(yè)和輪胎生產(chǎn)企業(yè)帶來了前所未有的發(fā)展機遇，大量資源密集型與技術(shù)型企業(yè)均在該細分領(lǐng)域積極進行戰(zhàn)略和技術(shù)布局。本篇文章將為您介紹世界前沿的廢舊輪胎橡膠脫硫技術(shù)的創(chuàng)新理念與前世今生，并對其在循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展中的價值進行深度剖析。

一、廢舊輪胎處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及難點

據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國輪胎產(chǎn)量已連續(xù)10年位居世界前列，每年產(chǎn)生的廢舊輪胎數(shù)量位列全球首位。預(yù)計到2020年，我國廢舊輪胎產(chǎn)生量將達到2000萬噸。早在2010年，我國工業(yè)和信息化部制定的《廢舊輪胎綜合利用指導(dǎo)意見》就明確指出“提高輪胎翻新率、加強再生橡膠產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排等重點發(fā)展任務(wù)”。2017年，工業(yè)和信息化部、商務(wù)部、科技部聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快推進再生資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，將廢舊輪胎綜合利用列入再生資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點領(lǐng)域。

目前，我國廢舊輪胎的主要處置方法為填埋和用作燃料焚燒。每年約有5億個廢舊輪胎被焚燒，造成大量有毒污染物的排放，能源回收率低下。歐美等發(fā)達國家在汽車工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展較早，對廢舊輪胎的處理及資源化利用程度較高，廢舊輪胎回收率可達80%以上。幾十年來，這些國家不斷投入大量資金和人力進行廢舊輪胎回收利用技術(shù)的研發(fā)，已經(jīng)取得了顯著的技術(shù)突破以及產(chǎn)業(yè)化成果。目前國際上常用廢舊輪胎循環(huán)利用方法包括再生膠生產(chǎn)、橡膠粉制造和熱裂解回收等。自上個世紀(jì)末以來，我國廢舊橡膠處理行業(yè)也開始采用以上幾種廢舊輪胎回收利用方法。

上述回收再生方式在實施初期因其可帶來一定的經(jīng)濟價值從而受到社會各方面的認(rèn)可，但隨著應(yīng)用范圍的擴大，一系列的問題逐漸凸顯出來，其中包括：

1.再生過程對環(huán)境的二次污染問題：部分廢舊輪胎在處理工藝中涉及使用化學(xué)溶劑以及高溫高壓手段，將廢舊輪胎強行脫硫制造再生膠。該工藝過程不但對生態(tài)環(huán)境造成直接污染，而且對橡膠分子結(jié)構(gòu)也造成破壞。

2.再生過程的高運營成本問題：比如熱裂解資源回收工藝，為保證產(chǎn)出質(zhì)量以及廢氣控制要求，其工藝過程能耗相對較高。此外由于廢舊輪胎回收體系尚不完善，企業(yè)同時需要承擔(dān)回收過程中的運輸成本。

3.再生產(chǎn)品銷售渠道缺乏問題：目前再生橡膠產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性及可加工性能較差，造成市場需求相對有限。廢舊輪胎橡膠裂解生成的裂解油、裂解炭黑等再生工業(yè)原料產(chǎn)品缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致產(chǎn)品應(yīng)用市場定位不夠明確，再生產(chǎn)品市場銷售面臨較大挑戰(zhàn)。

需要指出的是，在廢舊輪胎再利用方面，我國該細分領(lǐng)域市場特性以及相關(guān)上下游產(chǎn)業(yè)鏈完整性與歐美等發(fā)達國家在不同維度存在一定差異，為真正實現(xiàn)我國廢舊橡膠產(chǎn)業(yè)(含廢舊輪胎)的高速綠色發(fā)展，需要結(jié)合中國市場實際量體裁衣，從歐美引入市場匹配度高的先進循環(huán)再生工藝，為輪胎橡膠企業(yè)開辟新的技術(shù)創(chuàng)新路徑。

二、廢舊輪胎脫硫再生技術(shù)及其經(jīng)濟價值

全球超過50%的橡膠用于輪胎制造，任何回收處理技術(shù)只有以實現(xiàn)廢舊輪胎的二次重復(fù)利用方能形成商業(yè)閉環(huán)。輪胎回收最大的難點在于反硫化即脫硫。在輪胎制造過程中，通過硫化作用，再經(jīng)一系列加熱、固定等工藝，使橡膠具有不變黏、不易折斷等特性，從而達到使用標(biāo)準(zhǔn)。脫硫是指利用物理、化學(xué)或其他方法有選擇性地將硫化橡膠中的交聯(lián)硫鍵斷裂，同時保證聚合物鏈鍵不發(fā)生斷裂。通過此種脫硫方法回收的橡膠仍然保留著原來的分子特性，能夠直接重新用于橡膠制品生產(chǎn)。通過這種創(chuàng)新處理方法回收并重新利用廢舊輪胎橡膠，大大提高了廢棄輪胎的資源化程度，可以削減全球約10%的橡膠消耗量。脫硫技術(shù)對橡膠制造行業(yè)和市場的影響力不可小覷，該技術(shù)的產(chǎn)生和推廣是橡膠和輪胎制造工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的重要推動力。

1. 輪胎橡膠脫硫與傳統(tǒng)橡膠化學(xué)再生技術(shù)

傳統(tǒng)的橡膠化學(xué)再生是將硫化橡膠通過加熱、添加化學(xué)藥劑和機械處理等一系列物理化學(xué)過程，使硫化膠結(jié)構(gòu)破壞降解后重新具備可塑性，從而使處理后的硫化膠能夠投入新的橡膠復(fù)合材料生產(chǎn)。傳統(tǒng)橡膠再生過程中通常會對廢舊橡膠進行軟化、膨脹處理，同時通過剪切作用和化學(xué)作用降低粘度，使處于具有一定彈性的回收橡膠變成具有可塑性并能夠再硫化的橡膠。這種回收方式會造成C-C鍵斷裂進而縮短聚合物分子鏈。同時由于再生過程中會產(chǎn)生大量難以處理的化學(xué)溶液，為生態(tài)環(huán)境造成巨大負擔(dān)，這種方法在大部分北美國家已基本淘汰。

相較而言，橡膠脫硫是裂解硫化橡膠的單硫化（C-S-C），二硫化（C-S-S-C）和多硫化（C-Sx-C）交聯(lián)的過程，同時保持橡膠聚合物分子的主鏈完整，因此再生后的橡膠與新橡膠性質(zhì)近乎相同。

2. 新型橡膠脫硫技術(shù)代表：特力馬(Tyromer)

加拿大滑鐵盧大學(xué)Tzoganakis教授開創(chuàng)性的發(fā)明了一種新型橡膠脫硫技術(shù)，并通過特力馬公司完成技術(shù)的商業(yè)化流程。該技術(shù)利用惰性超臨界二氧化碳以及先進的熱導(dǎo)機械擠壓技術(shù)，將膠粉連續(xù)快速轉(zhuǎn)化成為高品質(zhì)的特力馬環(huán)保脫硫橡膠Tyromer-TDP，成功實現(xiàn)廢橡膠的綠色脫硫，無需有毒化學(xué)溶劑，且不產(chǎn)生其他廢棄副產(chǎn)物。相比于其他橡膠再生方法，該工藝大大降低了碳排放量以及空氣污染可能。該工藝的快速脫硫過程僅需1分鐘。處理每噸廢舊橡膠僅耗電400千瓦時。橡膠回收率高達99%，且回收后橡膠質(zhì)量高，保質(zhì)期長。

特力馬環(huán)保脫硫膠的抗拉強度、硬度、耐切割性能和撕裂測試等均符合國際標(biāo)準(zhǔn)。其抗拉強度可高達12兆帕，具體取決于輪胎膠粉類型、尺寸、質(zhì)量和來源。對于一般市售的廢輪胎膠粉，生產(chǎn)出的脫硫膠抗拉強度范圍一般為6.6 -7.5 兆帕。特力馬環(huán)保脫硫膠擁有輪胎橡膠所需的一切動態(tài)性能，能夠重新用于輪胎制造(包括工程卡車、商用轎車、自行車輪胎)，并可作為多種橡膠制品的原材料，比如操場和塑膠地基質(zhì)等。該技術(shù)為廢橡膠提供了環(huán)?？沙掷m(xù)且具高經(jīng)濟效益的解決方案。

特力馬橡膠脫硫技術(shù)創(chuàng)造了一種嶄新的可再生資源。該專利技術(shù)成熟、穩(wěn)定且回收率高，已在國際上斬獲多項大獎，是目前市場上最環(huán)保、最具經(jīng)濟效益的廢輪胎橡膠回收方法，特力馬公司已在加拿大正式投產(chǎn)，其環(huán)保脫硫膠產(chǎn)品已在北美、歐洲、亞洲被國際知名混合橡膠生產(chǎn)商及一級輪胎制造商所采用，同時公司正在積極推進全球各地生產(chǎn)線的建立。這個具有重大環(huán)保革新意義的“黑科技”必將快速成為市場主導(dǎo)，帶動全球輪胎業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展。

3. 橡膠脫硫技術(shù)與循環(huán)經(jīng)濟

目前多數(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)行業(yè)仍采取“開發(fā)-制造-廢棄”的線性模式來面對日益增長的市場需求，循環(huán)經(jīng)濟是將經(jīng)濟活動與有限資源的消耗分離開來，將報廢的產(chǎn)品通過回收和處理賦予新生，使其能夠重新投入到新一輪的生產(chǎn)使用當(dāng)中。循環(huán)經(jīng)濟以重新定義增長模式為目標(biāo)，以產(chǎn)品清潔生產(chǎn)、資源循環(huán)利用和廢物高效回收為手段，將對生態(tài)環(huán)境的破壞降到最低程度，并且最大限度地利用資源，從根本上降低經(jīng)濟發(fā)展的社會成本，著眼于更加積極的生產(chǎn)及獲利方式。對于 我國而言，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，是走經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展及新型工業(yè)化道路過程中的必選動作。

就廢舊輪胎橡膠再生行業(yè)而言，每條廢舊輪胎的平均重量約為9公斤，全球每年廢舊輪胎的生產(chǎn)數(shù)量超過10億條。如果每條新生產(chǎn)輪胎將再生橡膠添加率提高到5%，即可節(jié)約價值數(shù)十億美元的各類資源，并大大減少溫室氣體排放。中國是世界上主要的再生橡膠生產(chǎn)國，去年再生橡膠產(chǎn)量約為500萬噸。隨著再生橡膠的大量生產(chǎn)，再生過程即使僅添加1%的化學(xué)藥劑，按重量計算每年也需多使用5萬噸的藥劑，會對環(huán)境造成嚴(yán)重的負擔(dān)。橡膠脫硫技術(shù)的誕生直觀降低了橡膠行業(yè)的生產(chǎn)成本，延長了再生橡膠的使用周期，也增強了各方推動行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展的直接動力。

三、新型橡膠脫硫技術(shù)的發(fā)展前景

我國廢舊橡膠循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止至2015年底我國已有登記注冊的輪胎翻新生產(chǎn)企業(yè)約800 多家，年產(chǎn)能約為 2000 萬條；廢輪胎循環(huán)利用企業(yè)約 1500 多家，再生橡膠年加工能力約 500萬噸，橡膠粉年加工能力約 100 萬噸，熱裂解年加工能力約20 萬噸。但是企業(yè)普遍規(guī)模較小，同時多數(shù)企業(yè)采用粗放型增長方式，這對行業(yè)和市場的長期穩(wěn)定發(fā)展十分不利。企業(yè)未來應(yīng)當(dāng)著眼于更加環(huán)保且可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)升級路徑，為企業(yè)發(fā)展贏得更廣闊的上升空間。

脫硫技術(shù)對輪胎和橡膠生產(chǎn)行業(yè)的未來市場走勢有著顯著影響，該技術(shù)能夠有效地減少化學(xué)再生橡膠的產(chǎn)量，優(yōu)化行業(yè)資源消耗。脫硫技術(shù)的應(yīng)用和推廣不僅會明顯減輕環(huán)境污染，同時幫助制造商、經(jīng)銷商和消費者實現(xiàn)成本節(jié)約。脫硫再生橡膠相比全新橡膠材料價格優(yōu)勢明顯，尤其當(dāng)天然橡膠價格上漲時，那些已經(jīng)使用脫硫橡膠的生產(chǎn)企業(yè)的市場競爭力與抗風(fēng)險能力將會更加凸顯。

四、結(jié)語

目前世界上各大生產(chǎn)橡膠制品的企業(yè)都在積極布局嘗試各類橡膠再生技術(shù)，為企業(yè)及行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展開拓新路徑。橡膠脫硫技術(shù)為輪胎行業(yè)和橡膠產(chǎn)業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展提供了開創(chuàng)性思路和拓展契機，終將進一步促進行業(yè)內(nèi)企業(yè)更好地貫徹落實來自各層面的節(jié)能減排和固廢資源化要求。