双级热解技术实现纸浆废料到造纸厂能源的绿色转化

推荐：为解决造纸工业中纸浆废料(PR)处理难题，研究人员开展双级热解技术研究，将PR转化为高热值气体(33 MJ/kg)和油(32 MJ/kg)，工业模拟显示1800 kg/h湿PR可产1300 kg/h蒸汽和2 MWe电力，CO2 减排76%，符合欧盟REDIII标准，为造纸业碳中和提供创新方案。

　　

造纸工业作为典型的循环经济践行者，其72%的原料来自废纸回收，但这一环保举措却衍生出新的难题——纸浆废料(Pulper Reject, PR)的处理。这些富含塑料(64%)和纤维素(25%)的废弃物，每年以百万吨级规模产生，传统填埋或焚烧方式不仅造成资源浪费，更面临欧盟日益严格的碳排放政策压力。意大利某领先包装纸板生产商RDM Group的产线中，PR的堆积正成为制约可持续发展的瓶颈。

在此背景下，由Letizia Marchetti领衔的研究团队在《Journal of Environmental Management》发表创新成果，通过实验室规模双级热解系统(500°C初级反应器+800°C裂解反应器)，将PR转化为高附加值能源产品。研究采用热重分析(TGA)和差示扫描量热法(DSC)解析材料特性，利用UniSim Design?软件模拟工业级转化流程，并严格遵循欧盟REDIII法规进行碳排放评估。实验选取5个不同批次的PR样本(S0-S4)，通过氮气环境下的批量测试，系统评估了产物分布和能源特性。

材料表征方面，研究揭示PR具有显著能源潜力：平均低位热值(LHV)达31.2 MJ/kg，与低阶煤相当。DSC分析检测到LDPE、HDPE、PP和PET的熔融峰，解释了其热转化行为。双级热解实验显示，系统对原料差异具有强适应性，气体产物中H₂
(23.4%)、CH₄
(25%)和C₂
H₄
(24.5%)构成主要组分，气体和油的LHV分别达33 MJ/kg和32 MJ/kg。

过程模拟结果表明，每小时处理1.8吨湿PR的工业装置可产生：

• 2134 kg中压蒸汽(MPS，10 bar/215°C)
• 2046 kWe电力
• 76%的CO₂
  减排效益

碳排放评估采用REDIII方法论，将排放因子划分为原料输入(e_i
)、生产过程(e_p
)和终端利用(e_u
)三部分。关键发现是：

1. 气体产品满足可再生回收碳燃料(rRCF)标准(减排76%)
2. 油产品减排率仅44%，未达70%阈值
3. 系统对原料波动具有强鲁棒性，各样本气体减排率保持在73.7-82.1%

该研究的突破性在于：

1. 首创双级非催化热解工艺，避免催化剂失活问题
2. 通过短供应链实现"废料-能源"闭环，契合SDG13气候行动目标
3. 为欧盟"回收碳燃料"(RCF)政策提供实证案例

讨论部分指出，当前模型未考虑热解炭(Pyro-Char)的增值利用(如电子材料或吸附剂)，未来优化后可能进一步提升经济性。作者强调需建立更完善的动力学数据库来支持放大设计，并建议探索与现有纸厂能源系统的深度集成。这项技术若在欧盟470家纸厂推广，理论上每年可替代8.7万吨标准煤，相当于减少35万吨CO₂
排放。

这项研究为高湿度(30.9 wt%)、高灰分(11 wt%)工业废弃物的资源化提供了可复制的技术范式，其"以废治废"的理念尤其适合能源密集型制造业。随着REDIII对rRCF的1.2倍计数激励政策落地，该技术有望获得更广泛的经济可行性，推动造纸业从"循环经济模范生"向"负碳产业"转型。