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可持續(xù)發(fā)展既是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，也是全世界關(guān)注的焦點(diǎn)。解決人類生存、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間的三重底線，要在滿足社區(qū)和員工需求的情況下減少對環(huán)境的影響，同時(shí)為企業(yè)創(chuàng)造利潤并非易事。消費(fèi)者和企業(yè)都在重新審視目前的情況，尋求解決可持續(xù)性發(fā)展的方案。

塑料的生產(chǎn)和使用是可持續(xù)問題中的重要部分，而疫情進(jìn)一步提高了人們對塑料廢棄物處理的關(guān)注。事實(shí)上，在疫情期間，所有可持續(xù)發(fā)展相關(guān)的題材都吸引了更多的關(guān)注。企業(yè)對風(fēng)險(xiǎn)的意識(shí)越來越強(qiáng)，對減少塑料廢棄物等環(huán)境問題的關(guān)注也越來越多。與此同時(shí)，我們看到，在疫情期間，人們更多地使用一次性塑料制品來確保食品衛(wèi)生和防止病毒傳播。 

多年來，塑料的回收利用率一直不高，不過，加大塑料回收卻是邁向循環(huán)經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵。這個(gè)苛刻的概念基于以下原則：制造過程需從當(dāng)前的線性生命周期轉(zhuǎn)變?yōu)檎蠌U棄物和副產(chǎn)品并消除排放，同時(shí)從整體上減少對自然環(huán)境的影響。

圖1 - 塑料回收是邁向循環(huán)經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵

根據(jù)艾倫·麥克阿瑟基金會(huì) (Ellen MacArthur Foundation)的數(shù)據(jù)，全球只有約14%的塑料包裝被回收利用，多達(dá)三分之一的塑料包裝最終進(jìn)入生活環(huán)境當(dāng)中。在最近的CERAWeek對話中，IHS Markit副總裁Anthony Palmer估計(jì)，到2050年，將有超過40萬公噸的塑料廢棄物滲入生活環(huán)境當(dāng)中。

消費(fèi)品公司紛紛制定宏偉目標(biāo)，將再生塑料整合到其最終產(chǎn)品和包裝之中，其中一大難題是擴(kuò)大回收和收集流程，以解決塑料廢棄物數(shù)量大、分散范圍廣的問題。

圖2 - 將再生塑料用于最終消費(fèi)品和包裝的必要性

令人欣慰的是，在整個(gè)塑料價(jià)值鏈上, 許多公司都在積極努力開展工作與合作，以解決塑料廢棄物問題。而數(shù)字化解決方案正在幫助解決回收過程中的一些大難題。

對于使用機(jī)械回收工藝來說，當(dāng)塑料廢棄物被熔化并制造新的塑料制品時(shí)，很難將材料重新整合到價(jià)值鏈中?；诔煞莶煌?，由回收標(biāo)志#1-#6標(biāo)識(shí)的不同塑料類型（如圖3所示）往往需要不同的解決方案和勞動(dòng)密集型的分揀。許多包裝更使用了混合塑料，通常標(biāo)記為#7，這類材料需要用特殊方法處理。

圖3 - 塑料回收標(biāo)志

日本公司FP Corporation在其包裝和物流業(yè)務(wù)中面臨著復(fù)雜的運(yùn)營和可持續(xù)性問題。最終，F(xiàn)P公司成功地應(yīng)用了數(shù)字化供應(yīng)鏈解決方案來優(yōu)化復(fù)雜的生產(chǎn)和配送流程，以實(shí)現(xiàn)盈利和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

FP公司與Time Commerce合作制定了一個(gè)詳細(xì)的調(diào)度計(jì)劃，將需求計(jì)劃和倉庫容量與生產(chǎn)、庫存和運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵成本要素相結(jié)合。該計(jì)劃包括從消費(fèi)者所在地回收廢舊塑料容器，以及在生產(chǎn)現(xiàn)場對主要由聚苯乙烯（PS#6）和聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET或PETE#1）的材料進(jìn)行再利用。FP公司估計(jì)，在2019財(cái)年，公司減少了44.3萬公噸的塑料廢棄物填埋并減少16萬公噸的碳排放，延續(xù)了往年的持續(xù)增長。

數(shù)字化技術(shù)還有助于企業(yè)提升和改進(jìn)新的回收能力，即“先進(jìn)回收”。這種先進(jìn)的方法與機(jī)械回收的不同之處在于，它將聚合物分解成初始單體或原料，或另一種可用作原料的中間物。先進(jìn)回收將大量塑料廢棄物轉(zhuǎn)化為可用的材料。隨著工藝的改進(jìn)，它還可以在可回收塑料的種類和可變性方面提供更大的靈活性。  

熱裂解是聚乙烯（HDPE#2和LLDPE#4）和聚丙烯（#5）先進(jìn)回收的主要工藝。一些跨國公司正在致力于熱裂解工藝研究，尤其是數(shù)字化模擬解決方案，如艾斯本公司的Aspen Plus。這些解決方案可用于對聚合物分解過程中發(fā)生的復(fù)雜反應(yīng)進(jìn)行建模，針對成本和排放，進(jìn)而優(yōu)化工藝操作條件。熱裂解可以作為本地回收計(jì)劃中有用的第一步，因?yàn)闊崃呀猥@得的液態(tài)產(chǎn)品比大量塑料廢棄物更容易運(yùn)輸。

最近一項(xiàng)使用Aspen Plus對廢舊輪胎熱解進(jìn)行建模的研究顯示，模擬模型可以“作為一個(gè)強(qiáng)大的工具來響應(yīng)決定燃料需求和價(jià)格的市場條件，同時(shí)由工藝經(jīng)濟(jì)分析驅(qū)動(dòng)來確定最優(yōu)的工藝操作條件（如溫度）”。運(yùn)營商可以根據(jù)當(dāng)?shù)厥袌鰧ζ?、柴油和其他碳?xì)浠衔锏男枨髞韮?yōu)化生產(chǎn)。(1)

在回收過程中的下一個(gè)步驟中，數(shù)字化技術(shù)仍然可以發(fā)揮作用，因?yàn)橛纱水a(chǎn)生的熱解油將作為原料集成到生產(chǎn)烯烴的蒸汽裂解裝置中。如Aspen PIMS等計(jì)劃調(diào)度解決方案能幫助企業(yè)評估替代原料的裝置處理能力，并就最優(yōu)的加工條件提供指導(dǎo)。隨著操作經(jīng)驗(yàn)的積累，過程分析可以幫助操作員針對可靠性和維護(hù)工作（例如裂解爐除焦）提供操作指導(dǎo)，在平衡運(yùn)營需求的同時(shí)確保運(yùn)營高能效。

塑料在其應(yīng)用中的價(jià)值，包括提高質(zhì)量和耐久性，是整個(gè)塑料價(jià)值鏈的另一個(gè)重點(diǎn)。一些消費(fèi)品公司正在轉(zhuǎn)向可以重復(fù)使用的更耐用的包裝，而塑料生產(chǎn)商則在努力提升產(chǎn)品質(zhì)量，使其更易于回收，并從整體上降低目前生產(chǎn)中的浪費(fèi)。

聚合物特性和工藝的模擬加速了新產(chǎn)品的開發(fā)，使生產(chǎn)廠商能夠以更低的成本，更快將新產(chǎn)品推向市場。例如，陶氏化學(xué)公司利用動(dòng)態(tài)模擬來調(diào)整工藝條件，從而加快產(chǎn)品上市并縮短聚合物生產(chǎn)的批次周期時(shí)間。SCG化學(xué)公司通過取消新HDPE牌號(hào)的工廠試驗(yàn)，節(jié)省了30多萬美元。

塑料價(jià)值也受生產(chǎn)質(zhì)量影響。數(shù)字化解決方案消除了在大批量生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的低價(jià)值產(chǎn)品，同時(shí)優(yōu)化當(dāng)前的聚合工藝生產(chǎn)操作，以最大限度地減少低質(zhì)量產(chǎn)品產(chǎn)量并降低能耗。計(jì)劃調(diào)度解決方案可用于聚合裝置的生產(chǎn)操作，通過優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度和工藝操作條件，確保在高質(zhì)量產(chǎn)品牌號(hào)切換之間所產(chǎn)生的過渡料最少。

全世界都需要做出重大努力來解決塑料廢棄物的挑戰(zhàn)，推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。企業(yè)可以利用數(shù)字化解決方案，更好地加速實(shí)現(xiàn)聚合物的回收、優(yōu)化和重新設(shè)計(jì)方面的宏偉目標(biāo)。

參考資料：

(1) 《廢舊輪胎的熱解：使用Aspen Plus?進(jìn)行建模和參數(shù)估計(jì)研究》，Hamza Y. Ismail, Ali Abbas, Fouad Azizi 和 Joseph Zeaiter. Waste Management，第60卷，2017年2月。

循環(huán)經(jīng)濟(jì)要求整合過程以消除廢棄物和排放