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通過輻照實(shí)現(xiàn)塑料回收的革命性變革

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一次性包裝等生活垃圾中的混合塑料很難回收利用,因?yàn)槠渲泻胁煌愋偷乃芰?。輻照有助于將這些廢物變成高性能塑料。(照片來源:M. Gaspar/原子能機(jī)構(gòu))

2024年12月,聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(環(huán)境規(guī)劃署)執(zhí)行主任英格·安德森在大韓民國釜山舉行的具有法律約束力的塑料污染(包括海洋環(huán)境污染)國際文書第五次談判會議結(jié)束時表示:“世界對終結(jié)塑料污染的承諾明確且無可爭辯?!?/p>

科學(xué)家和技術(shù)專家們正在應(yīng)對全球塑料污染危機(jī)的研究中取得進(jìn)展,170多個國家的代表和數(shù)百個組織的觀察員正準(zhǔn)備參加在瑞士日內(nèi)瓦舉行的下一屆會議。作為塑料廢物管理的最可行方案,回收和升級再造工作加緊進(jìn)行,輻射技術(shù)作為一種創(chuàng)新、清潔和高效的工具正在興起,用于將廢舊塑料和生物質(zhì)一起轉(zhuǎn)化為新產(chǎn)品。

塑料污染的危害并不是什么新鮮事。在合成塑料出現(xiàn)之前,橡膠和纖維素等天然聚合物已得到廣泛使用,比利時化學(xué)家利奧·貝克蘭于1907年發(fā)明了第一種完全合成的塑料 — 電木。

到20世紀(jì)中葉,全球塑料年產(chǎn)量達(dá)到約200萬噸。如今,塑料年產(chǎn)量已超過四億噸,我們幾乎不可能有一天不接觸到某種形式的塑料。如果事情照舊這樣發(fā)展下去,到2050年,全球初級塑料的產(chǎn)量預(yù)計將增加近兩倍,將達(dá)到11億噸。

傳統(tǒng)回收的挑戰(zhàn)

盡管在回收利用方面做出了努力,但迄今為止,在全球產(chǎn)生的70億噸塑料廢物中,只有不到10%得到了回收利用。塑料不可生物降解。就是說它不會分解,只會碎裂成更小的碎片,形成微塑料。從我們呼吸的空氣到南極洲的海洋,到處都可以找到這些微塑料。

菲律賓利用傳統(tǒng)回收技術(shù)生產(chǎn)的廉價課桌椅。利用輻照技術(shù)可以對塑料升級再造,實(shí)現(xiàn)更高價值的回收利用,形成用于各種應(yīng)用的新型材料。(照片來源:M. Gaspar/原子能機(jī)構(gòu))

目前主要的兩種回收技術(shù)是機(jī)械回收和化學(xué)回收。機(jī)械回收是最常見的方法,通過回收相似的塑料,生產(chǎn)出可以重新用于塑料生產(chǎn)的原材料。這個過程包括收集、分類、清洗和研磨塑料,然后進(jìn)行熔化并重新加工成新材料。

這種回收方式雖然相對便宜,但需要對不同的聚合物進(jìn)行分類,因此很難處理多層塑料或混合塑料。此外,該工藝不能使用兩次以上,因?yàn)榛厥詹牧系馁|(zhì)量會隨著每次回收利用而降質(zhì),而且只適用于熱塑性塑料(可反復(fù)熔化,冷卻成型而成為新產(chǎn)品的塑料)。

另一方面,化學(xué)回收可以處理更多類型的混合塑料廢物,包括受污染的劣質(zhì)廢物,將其分解為分子成分,轉(zhuǎn)化為可用于生產(chǎn)新塑料或其他產(chǎn)品(如燃料)的物質(zhì)。這種方法的成本相當(dāng)高,因?yàn)樗枰度氪罅磕茉?,而且開發(fā)大型化學(xué)回收設(shè)施,這就需要對基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行大量投資。

輻照對塑料回收有什么好處?

利用γ射線和電子束的輻射技術(shù)獨(dú)具優(yōu)勢,可以提供更清潔的生產(chǎn)和回收過程,避免使用可能有害的添加劑,并提高能源效率,從而減少塑料廢物。

原子能機(jī)構(gòu)輻射處理官員Azillah Binti Othman說:“輻照對塑料回收的主要好處在于它能夠在分子層面改變塑料的化學(xué)結(jié)構(gòu)。輻照通過兩種方式有助于減少塑料廢物量:一是將難以回收的塑料轉(zhuǎn)化為有價值的產(chǎn)品,增加對其再利用;二是開發(fā)生物基塑料,減少對石油基塑料的依賴。”

使用伽馬射線或電子束進(jìn)行輻照可以補(bǔ)充傳統(tǒng)的塑料回收方法。(信息圖來源:R. Kenn/原子能機(jī)構(gòu))

輻照是一種非常有效的工具,可根據(jù)聚合物類型對已清洗和研磨的回收塑料進(jìn)行分類。這樣可以提高回收塑料的純度,從而提高其價值。

輻照還可以補(bǔ)充和加強(qiáng)傳統(tǒng)的回收方法。當(dāng)與一種稱為熱解的化學(xué)回收方法結(jié)合使用時,廢塑料聚合物可被分解并轉(zhuǎn)化為燃料或化學(xué)成分,從而在不添加原生(非回收)聚合物的情況下生產(chǎn)出新產(chǎn)品。

在菲律賓的一座電子束設(shè)施中,工人們等待傳送帶上紙板箱中裝的塑料顆粒送入輻照室。(照片來源:菲律賓核研究所)

除了傳統(tǒng)的回收利用,輻照還為創(chuàng)新方法鋪平了道路,使塑料廢物能夠與其他材料混合,制造出更耐用的產(chǎn)品。這有助于生產(chǎn)高性能材料,應(yīng)用于汽車或建筑行業(yè)。例如,由回收塑料制成的建筑材料(如瓷磚、磚塊、木材和木板)在菲律賓經(jīng)過輻照處理,以提高其拉伸強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、耐磨性和其他機(jī)械性能。

此外,輻射輔助技術(shù)在利用生物質(zhì)這種可再生資源制造更耐用的最終產(chǎn)品方面也顯示出了前景。這樣能制造出生物基塑料和其他高價值化合物,例如新型包裝材料,以取代傳統(tǒng)的石油基塑料。

在印度尼西亞,經(jīng)輻照的塑料廢物被用作這種由回收塑料和稻殼制成的茅草屋頂?shù)南嗳輨?。(照片來源:Vero)

核技術(shù)用于控制塑料污染:從回收塑料到監(jiān)測微塑料

原子能機(jī)構(gòu)“核技術(shù)用于控制塑料污染”倡議利用輻射技術(shù)的力量,協(xié)助各國從兩頭處理塑料污染:在源頭上,通過引進(jìn)新技術(shù)改進(jìn)塑料回收;而另一頭則是大部分塑料廢物的最終去向 — 海洋。

原子能機(jī)構(gòu)放射化學(xué)和輻射技術(shù)處處長塞莉納·霍拉克說“在源頭上,重點(diǎn)是通過創(chuàng)新的升級再造減少塑料廢物量,增加對難以回收塑料的再利用,使其成為有價值的產(chǎn)品,并開發(fā)生物基塑料。在‘核技術(shù)用于控制塑料污染’倡議的幫助下,亞洲、拉丁美洲和非洲的九個國家正在建立輻射輔助中試廠?!?/p>

原子能機(jī)構(gòu)即將召開的第三屆輻射科學(xué)和技術(shù)應(yīng)用國際會議會討論輻照在幫助消除塑料污染方面的作用。2025年4月7日至11日,數(shù)百名來自輻射相關(guān)物理學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)、生物學(xué)和工程學(xué)領(lǐng)域的專家將齊聚奧地利維也納,舉行會議 #ICARST2025,任何感興趣的人都可以通過直播觀看。

此外,2025年10月將在大韓民國舉辦國際活動,介紹原子能機(jī)構(gòu)循環(huán)經(jīng)濟(jì)評定工具和技術(shù)成熟度工具;2025年11月將在菲律賓舉辦首屆“核技術(shù)用于控制塑料污染”國際高級別論壇。這兩項(xiàng)活動都將涵蓋“核技術(shù)用于控制塑料污染”倡議的另一個方面,即海洋監(jiān)測部分,利用核科學(xué)來確定、追蹤和監(jiān)測海洋中的塑料,尤其是微塑料。

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