多年來，廢棄輪胎一直是一個(gè)嚴(yán)峻的環(huán)境難題。其耐用性使得它們難以被分解，而焚燒又會釋放有害污染物。研究人員逐漸將目光轉(zhuǎn)向熱解技術(shù)，這是一種將廢輪胎轉(zhuǎn)化為有價(jià)值產(chǎn)品的熱化學(xué)過程，其產(chǎn)物為熱解油（TPO）、回收炭黑（rCB）和可燃性氣體。
在過去20年里，人們對輪胎熱解的興趣急劇增加。最近一項(xiàng)對2000年至2024年間發(fā)表的1400多篇研究報(bào)告的分析表明，這一領(lǐng)域的研究速度正在加快。尤其是自2020年以來，在日益增長的環(huán)境問題和對廢棄物可持續(xù)管理需求的推動(dòng)下，中國、印度和歐洲諸國已成為該領(lǐng)域科研成果工業(yè)化的主要貢獻(xiàn)者。科學(xué)家們主要致力于優(yōu)化熱解技術(shù)，以提高效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量，并將其推廣到工業(yè)應(yīng)用中去。
熱解研究報(bào)告明顯增多
致力于廢輪胎熱解研究報(bào)告的數(shù)量顯著增加，反映出廢棄物向可持續(xù)處理方式的轉(zhuǎn)變。2000年時(shí)，相關(guān)研究成果極少，但到2024年，已有超過1,400篇出版物問世。這一趨勢與全球范圍內(nèi)更加嚴(yán)格的環(huán)境政策相一致，例如歐盟對輪胎填埋的限制以及中國對替代性廢物處理技術(shù)的投資等。
研究人員尤其關(guān)注三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域：即共熱解技術(shù)的開發(fā)、熱解油的精煉和回收炭黑（rCB）的提純。這些領(lǐng)域?qū)τ趶U輪胎熱解潛力的最大化，并確保其商業(yè)可行性至關(guān)重要。
共熱解技術(shù)取得進(jìn)展
傳統(tǒng)的熱解技術(shù)僅涉及對輪胎的處理，而共熱解技術(shù)——將廢輪胎與生物質(zhì)或塑料等其他材料結(jié)合——已顯示出令人矚目的成果。研究表明，這種方法能夠增加生物油的產(chǎn)量并提高可燃?xì)怏w的產(chǎn)率。
微波輔助共熱解是一項(xiàng)提高工藝效率的創(chuàng)新技術(shù)。研究人員通過使用炭黑作為微波吸收劑，實(shí)現(xiàn)了更好的加熱分布和更高質(zhì)量的產(chǎn)出。此外，化學(xué)活化劑如ZnCl?和KOH也被用于提高氣體和液體的產(chǎn)率，使得該工藝在大規(guī)模應(yīng)用中更具有可行性。
然而，共熱解技術(shù)也面臨一些挑戰(zhàn)。不同材料之間的加熱不均勻以及微波輔助工藝難以放大規(guī)模，仍然是工業(yè)應(yīng)用的障礙。盡管如此，催化共熱解技術(shù)的進(jìn)展表明，這種方法可能很快就能優(yōu)化并適用于大規(guī)模生產(chǎn)。
提升熱解油在燃料應(yīng)用中的性能
廢輪胎熱解過程中最有前景的副產(chǎn)品之一是熱解油料，它具有作為替代燃料的潛力。然而，其高硫含量和多環(huán)芳烴（PAHs）的存在限制了其直接使用，需要進(jìn)一步精煉。
研究人員已開發(fā)出加氫處理和氧化脫硫（ODS）技術(shù)來提升其質(zhì)量。研究表明，像Co/SBA-15和氮摻雜生物炭（nitrogen-doped biochar）這樣的催化劑可以去除高達(dá)99%的硫，使熱解油料更清潔、更穩(wěn)定。此外，超聲波輔助溶劑萃取在減少PAH含量方面也顯示出顯著效果。
盡管取得了這些進(jìn)展，挑戰(zhàn)依然存在。精煉熱解油的成本仍然較高，且某些方法需要使用有毒溶劑。需要進(jìn)一步研究以開發(fā)出成本效益高、可規(guī)模化生產(chǎn)的解決方案，使熱解油成為一種具有競爭力的燃料替代品。
回收炭黑的精制與再利用
輪胎熱解的另一項(xiàng)有價(jià)值產(chǎn)品是回收炭黑（rCB），這種材料可用于制造輪胎、顏料和吸附劑。然而，rCB中殘留的灰分和結(jié)合橡膠等雜質(zhì)限制了其可用性。
近年來，基于酸化法的脫礦物質(zhì)處理和物理活化技術(shù)的進(jìn)步提高了rCB的質(zhì)量，使其成為傳統(tǒng)炭黑的更可行的替代品。通過使用鹽酸和磷酸的雙重酸處理，灰分含量減少了98%以上。同時(shí)，高溫下的CO?活化增加了其表面積，使其在水凈化和能量存儲應(yīng)用中更具實(shí)用性。
盡管這些方法改善了rCB的性能，但規(guī)?；a(chǎn)和成本仍然是挑戰(zhàn)。酸處理會產(chǎn)生有害廢物，而高溫活化需要大量能源。然而，隨著研究人員不斷優(yōu)化這些技術(shù)，rCB有望在循環(huán)經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮更重要的作用。
擴(kuò)大規(guī)模以實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用
盡管廢輪胎熱解技術(shù)已取得顯著進(jìn)步，但其商業(yè)化應(yīng)用仍相對緩慢。高昂的初始成本、能源密集型工藝以及監(jiān)管挑戰(zhàn)對大規(guī)模生產(chǎn)構(gòu)成了障礙。許多最有效的精煉方法仍局限于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。
然而，過去二十年的研究已表明，熱解技術(shù)是處理廢輪胎的一種可行解決方案。如果能夠適當(dāng)擴(kuò)大規(guī)模，這一工藝可以將廢輪胎轉(zhuǎn)化為寶貴資源，有助于減少環(huán)境污染，同時(shí)為化石燃料和傳統(tǒng)原材料提供可持續(xù)的替代品。通過持續(xù)投資于技術(shù)整合、協(xié)調(diào)和規(guī)?；?，這一逐漸成熟的行業(yè)正逐步克服廣泛應(yīng)用的障礙。
結(jié)論
過去二十年來，廢輪胎熱解研究報(bào)告的指數(shù)級增長，表明了對可持續(xù)發(fā)展和資源回收的更廣泛承諾?？茖W(xué)家們在優(yōu)化共熱解、精煉熱解油以及提升回收炭黑方面取得了顯著進(jìn)展，使這些工藝在大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用中更具可行性。然而，成本控制、規(guī)模效益和環(huán)境影響方面的挑戰(zhàn)，仍然是該項(xiàng)技術(shù)廣泛采用的主要障礙。
輪胎熱解的未來之路需要持續(xù)的創(chuàng)新、政府激勵(lì)和行業(yè)協(xié)作。在適當(dāng)?shù)闹С趾图夹g(shù)進(jìn)步下，熱解將在可持續(xù)廢棄物管理和循環(huán)經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。真正的挑戰(zhàn)在于如何把實(shí)驗(yàn)室成果轉(zhuǎn)化為工業(yè)化生產(chǎn)、規(guī)模化生產(chǎn)的穩(wěn)定性與污染物控制成本。未來研發(fā)將集中于催化熱解定向調(diào)控、熱解回收炭黑表面官能團(tuán)改性，以及AI驅(qū)動(dòng)的工藝優(yōu)化系統(tǒng)。從政策層面來看，歐盟碳邊境稅機(jī)制可能將熱解產(chǎn)物納入低碳材料認(rèn)證體系，可能會進(jìn)一步刺激全球產(chǎn)業(yè)鏈的整合。
綜上所述，廢輪胎熱解已突破實(shí)驗(yàn)室階段，步入產(chǎn)業(yè)化爆發(fā)期，技術(shù)迭代與跨區(qū)域合作正重塑全球循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展格局。
