廃プラスチックの急速熱分解とは？廃棄プラスチックを価値あるオイルに変える

本質的に、急速熱分解とは、酸素のない環境下で極めて急速な加熱を利用してプラスチック廃棄物を分解するケミカルリサイクルプロセスです。より遅い方法とは異なり、急速熱分解の主な目的は、固体プラスチックを速やかに液体（熱分解オイル）に変換し、これを燃料に精製したり、新しい化学製品やプラスチックの原料として使用したりすることです。

急速熱分解は単にプラスチックを加熱するだけでなく、価値の低い、混合されたプラスチック廃棄物から価値ある液体オイルの生成を最大化するために、速度と温度を制御することです。

急速熱分解の仕組み：速度が鍵

「熱分解（Pyrolysis）」という用語は、酸素の不在下での熱分解を指します。「急速（Fast）」という修飾語が、プラスチックに適用された場合のプロセスの特定の目標と結果を定義します。

基本原理：熱分解

すべての熱分解は、材料を酸素なしで高温に加熱することによって機能します。これにより燃焼（燃焼）を防ぎ、代わりにプラスチックを構成する長いポリマー鎖を、より小さく価値のある分子に分解させます。

急速熱分解における「急速」とは

鍵となる変数は加熱速度と滞留時間です。急速熱分解では、非常に高い加熱速度を使用して、プラスチックを数秒以内に目標温度（通常450～600°C）まで上昇させます。生成された蒸気も非常に速く（通常2秒未満で）除去され、冷却（クエンチ）されます。

目標：液体オイル収率の最大化

この急速な加熱・冷却プロセスは、熱分解オイルの生成を最大化するように特別に設計されています。対照的に、より遅い熱分解方法は、より低い加熱速度と長い処理時間を使用し、固体炭（チャー）とガスの生成を優先します。

プラスチック熱分解の生成物

急速熱分解はプラスチックを主に3つの生成物に分解しますが、オイルが最も望ましい生成物です。

熱分解オイル

これは主要な液体生成物であり、バイオオイルまたはプラスチック由来オイルと呼ばれることがよくあります。これは炭化水素の複雑な混合物であり、アップグレードおよび精製されてディーゼルなどの燃料になったり、新しいプラスチックを製造するための化学原料として使用されたりし、循環型経済を実現します。

合成ガス（非凝縮性ガス）

これは、冷却時に液体に凝縮しない可燃性ガス（水素、メタン、一酸化炭素など）の混合物です。このガスはほぼ常に回収され、熱分解炉自体の稼働に必要なエネルギーを供給するために使用され、プロセスのエネルギー効率を高めます。

チャー（固体残渣）

チャーと呼ばれる少量の固体で炭素豊富な物質も生成されます。この残渣には、元のプラスチック廃棄物からの汚染物質や充填剤が含まれています。固体燃料、土壌改良材、または活性炭を製造するための原料として使用できます。

トレードオフと課題の理解

有望である一方で、急速熱分解は万能薬ではありません。その技術的課題を理解することは、現実的な評価のために極めて重要です。

原料変動性の問題

炉に投入されるプラスチック廃棄物の種類と品質は大きく変動します。プラスチックの組成、水分含有量、非プラスチック汚染物質の違いは、最終的な熱分解オイルの品質と収率に直接影響します。

特定のプラスチックの問題

一部のプラスチックは大きな問題を引き起こします。例えば、PVC（ポリ塩化ビニル）は加熱されると腐食性の塩化水素を放出するため、装置を損傷させる可能性があります。PET（ポリエチレンテレフタレート）もオイルに酸素を混入させ、品質を低下させることがあります。

後処理の必要性

生成された生の熱分解オイルは「そのまま使用できる」燃料ではありません。多くの場合、酸性で不安定であり、従来の精製所や化学プラントで使用される前に、二次的なアップグレードまたは精製プロセスによって除去する必要のある汚染物質を含んでいます。

適したプラスチックは？

熱分解の大きな強みの一つは、従来の機械的リサイクルには適さない廃棄物ストリームを処理できる能力です。

理想的な候補

熱分解は、混合プラスチックの処理に特に効果的です。これには、消費者後の包装材、都市固形廃棄物から分別されたプラスチック、および機械的リサイクル施設の処理には汚染がひどすぎる廃棄物が含まれます。

混合および多層廃棄物を処理できる理由

このプロセスはプラスチックを分子レベルで分解するため、混合ストリームや多層食品包装のような複雑な材料に対してより耐性があります。これらの材料は機械的に分離・リサイクルすることがほぼ不可能であるため、熱分解は重要な回収経路となります。

廃棄物管理目標への熱分解の適用

急速熱分解を使用するかどうかの決定は、プラスチック廃棄物ストリームに対する特定の目的に完全に依存します。

主な焦点が循環型経済と新しい化学製品の生産である場合： 液体オイルの収率を最大化するため、急速熱分解が優れた方法です。これは、新しい燃料やプラスチックを製造するための多用途な原料となります。
主な焦点が廃棄物量の削減と土壌改良材の製造である場合： 安定したバイオチャーの収率を最大化するように最適化されているため、遅い熱分解プロセスの方が適している可能性があります。
主な焦点がリサイクルが困難なプラスチックの管理である場合： 急速熱分解と遅い熱分解の両方が、他に実行可能なリサイクル経路のない多層、混合、または汚染されたプラスチックに対して堅牢なソリューションを提供します。

結局のところ、急速熱分解は、低価値のプラスチック廃棄物を価値ある資源に変える強力なケミカルリサイクル技術です。

要約表：

主要な側面	詳細
プロセス	酸素のない環境下での急速加熱（450-600°C）
主要生成物	熱分解オイル（燃料/化学原料用）
副生成物	合成ガス（プロセスエネルギー用）およびチャー（固体残渣）
理想的な対象	混合、汚染、および多層のプラスチック廃棄物
主な課題	原料の変動性とオイルのアップグレードの必要性