Frontiers in Energy Research

Introducere

Producția și consumul de deșeuri din plastic cresc într-un ritm alarmant, odată cu creșterea populației umane, creșterea economică rapidă, urbanizarea continuă și schimbările în stilul de viață. În plus, durata scurtă de viață a plasticului accelerează producția zilnică de deșeuri de plastic. Producția globală de plastic a fost estimată la aproximativ 300 de milioane de tone pe an și este în continuă creștere în fiecare an (Miandad et al., 2016a; Ratnasari et al., 2017). Materialele plastice sunt fabricate din hidrocarburi petrochimice cu aditivi, cum ar fi substanțe ignifuge, stabilizatori și oxidanți, care fac dificilă biodegradarea (Ma et al., 2017). Reciclarea deșeurilor din plastic se realizează în diferite moduri, dar în majoritatea țărilor în curs de dezvoltare, eliminarea în aer liber sau la depozitul de deșeuri este o practică obișnuită pentru gestionarea deșeurilor din plastic (Gandidi et al., 2018). Eliminarea deșeurilor din plastic în depozitele de deșeuri oferă un habitat pentru insecte și rozătoare, care pot provoca diferite tipuri de boli (Alexandra, 2012). În plus, costul transportului, al forței de muncă și al întreținerii poate crește costul proiectelor de reciclare (Gandidi et al., 2018). În plus, din cauza urbanizării rapide, terenul disponibil pentru depozitele de deșeuri, în special în orașe, se reduce. Piroliza este o tehnică comună utilizată pentru a transforma deșeurile de plastic în energie, sub formă de combustibili solizi, lichizi și gazoși.

Piroliza este degradarea termică a deșeurilor de plastic la diferite temperaturi (300-900°C), în absența oxigenului, pentru a produce ulei lichid (Rehan et al., 2017). Diferite tipuri de catalizatori sunt utilizate pentru a îmbunătăți procesul de piroliză a deșeurilor de plastic în general și pentru a spori eficiența procesului. Catalizatorii au un rol foarte important în promovarea eficienței procesului, vizând reacția specifică și reducând temperatura și timpul procesului (Serrano et al., 2012; Ratnasari et al., 2017). O gamă largă de catalizatori au fost utilizați în procesele de piroliză a plasticului, dar cei mai utilizați catalizatori sunt ZSM-5, zeolitul, Y-zeolitul, FCC și MCM-41 (Ratnasari et al., 2017). Reacția catalitică în timpul pirolizei deșeurilor de plastic pe catalizatori acizi solizi poate include reacții de cracare, oligomerizare, ciclizare, aromatizare și izomerizare (Serrano et al., 2012).

Diverse studii au raportat utilizarea catalizatorilor microporoși și mezoporoși pentru conversia deșeurilor de plastic în ulei lichid și cărbune. Uemichi et al. (1998) au efectuat piroliza catalitică a polietilenei (PE) cu catalizatori HZSM-5. Utilizarea HZSM-5 a crescut producția de ulei lichid cu o compoziție de compuși aromatici și izoalcani. Gaca et al. (2008) au efectuat piroliza deșeurilor de plastic cu MCM-41 modificat și HZSM-5 și au raportat că utilizarea HZSM-5 a produs hidrocarburi mai ușoare (C3-C4) cu maximum de compuși aromatici. Lin et al. (2004) au utilizat diferite tipuri de catalizatori și au raportat că și amestecul de HZSM-5 cu SiO2-Al2O3 mezoporos sau MCM-41 a condus la o producție maximă de ulei lichid cu o producție minimă de gaz. Aguado et al. (1997) au raportat producția de compuși aromatici și alifatici din piroliza catalitică a PE cu HZSM-5, în timp ce utilizarea de MCM-41 mezoporos a redus compușii aromatici produși din cauza activității sale catalitice acide scăzute. Utilizarea catalizatorilor sintetici a îmbunătățit procesul general de piroliză și a îmbunătățit calitatea uleiului lichid produs. Cu toate acestea, utilizarea catalizatorilor sintetici a crescut costul procesului de piroliză.

Catalizatorii NZ pot fi utilizați pentru a depăși provocările economice ale pirolizei catalitice, care vin odată cu utilizarea catalizatorilor scumpi. În ultimii ani, NZ a câștigat o atenție semnificativă pentru potențialele sale aplicații de mediu. În mod natural, NZ se găsește în Japonia, SUA, Cuba, Indonezia, Ungaria, Italia și Regatul Arabiei Saudite (KSA) (Sriningsih et al., 2014; Nizami et al., 2016). Zăcământul de NZ din KSA se află în principal în Harrat Shama și Jabbal Shama și conține în principal minerale de mordenit cu o stabilitate termică ridicată, ceea ce îl face potrivit ca catalizator în piroliza deșeurilor de plastic. Sriningsih et al. (2014) au modificat NZ din Sukabumi, Indonezia, prin depunerea de metale de tranziție, cum ar fi Ni, Co și Mo, și au efectuat piroliza polietilenei de joasă densitate (LDPE). Gandidi et al. (2018) au utilizat NZ din Lampung, Indonezia, pentru piroliza catalitică a deșeurilor municipale solide.

Este primul studiu care investighează efectul zeolitului natural saudit modificat, asupra calității și randamentului produsului din piroliza catalitică a deșeurilor de plastic. Catalizatorul de zeolit natural saudit a fost modificat prin activare termică nouă (TA-NZ) la 550°C și activare acidă (AA-NZ) cu HNO3 pentru a îmbunătăți proprietățile sale catalitice. S-a efectuat pentru prima dată piroliza catalitică a diferitelor tipuri de deșeuri de plastic (PS, PE, PP și PET), singure sau amestecate în diferite proporții, în prezența catalizatorilor de zeolit natural (NZ) modificați, într-un reactor de piroliză de mici dimensiuni, la scară pilot. Au fost studiate calitatea și randamentul produselor de piroliză, cum ar fi uleiul lichid, gazul și cărbunele. Compoziția chimică a uleiului lichid a fost analizată prin GC-MS. În plus, au fost discutate potențialul și provocările biorefinăriilor bazate pe piroliză.

Materiale și metode

Prepararea materiei prime și pornirea reactorului

Deșeurile de plastic utilizate ca materie primă în procesul de piroliză catalitică au fost colectate din Jeddah și au inclus pungi de cumpărături, pahare și farfurii de unică folosință pentru sucuri și sticle de apă potabilă, care constau în polietilenă (PE), polipropilenă (PP), polistiren (PS) și, respectiv, plastic din polietilen tereftalat (PET). Selectarea acestor materiale plastice a fost făcută pe baza faptului că acestea reprezintă sursa principală de deșeuri de plastic produse în KSA. Pentru a obține un amestec omogen, toate probele de deșeuri au fost zdrobite în bucăți mai mici de aproximativ 2 cm2. Piroliza catalitică a fost realizată folosind un singur deșeu sau un amestec al acestor deșeuri de plastic în diferite proporții (tabelul 1). S-au utilizat 1000 g de materie primă, cu 100 g de catalizator în fiecare experiment. Zeolitul natural saudit (NZ), colectat din Harrat-Shama, situat în nord-vestul orașului Jeddah, KSA (Nizami et al., 2016), a fost modificat prin tratament termic și acid și utilizat în aceste experimente de piroliză catalitică. NZ a fost zdrobit în pulbere (<100 nm) într-o mașină de măcinat cu bile (Retsch MM 480) timp de 3 h folosind 20 Hz/sec, înainte de modificare și de utilizarea sa în piroliză. Pentru activarea termică (TA), NZ a fost încălzit într-un cuptor cu mufă la 550°C timp de 5 h, în timp ce pentru activarea acidă (AA) NZ a fost înmuiat într-o soluție 0,1 M de acid azotic (HNO3) timp de 48 h și a fost agitat continuu cu ajutorul unui agitator digital IKA HS 501 cu 50 rpm. Ulterior, proba a fost spălată cu apă deionizată până când s-a obținut un pH normal.

Experimentele au fost efectuate într-un mic reactor de piroliză la scară pilot la 450°C, folosind o viteză de încălzire de 10°C/min și un timp de reacție de 75 min (figura 1). Randamentul obținut din fiecare produs de piroliză a fost calculat pe baza greutății, după finalizarea fiecărui experiment. Caracterizarea uleiului lichid produs a fost efectuată pentru a investiga efectul compoziției materiei prime asupra calității uleiului lichid produs în prezența NZ modificat. TGA a fost efectuată pe materia primă pentru a obține condițiile optime de proces, cum ar fi temperatura și timpul de reacție (75 min) în condiții controlate. În TGA, s-a luat câte 10 μg din fiecare tip de deșeu de plastic și s-a încălzit cu o rată de 10°C de la 25 la 900°C sub un flux continuu de azot (50 ml/min). Autorii acestui studiu au publicat recent o lucrare privind efectul compoziției materiei prime și al catalizatorilor de zeolit natural și sintetic fără modificarea catalizatorului asupra diferitelor tipuri de deșeuri de plastic (Miandad et al., 2017b; Rehan et al., 2017).

Configurație experimentală

Reactorul la scară pilot de mici dimensiuni are capacitatea de a fi utilizat atât ca piroliză termică, cât și ca piroliză catalitică, folosind diferite materii prime, cum ar fi materiale plastice și biomasă (Figura 1). În acest studiu, catalizatorii NZ modificați au fost adăugați în reactor împreună cu materia primă. Reactorul de piroliză poate conține până la 20 L de materie primă, iar temperatura maximă de lucru sigură de până la 600°C poate fi atinsă cu ratele de încălzire dorite. Parametrii detaliați ai reactorului de piroliză au fost publicați anterior (Miandad et al., 2016b, 2017b). Pe măsură ce temperatura crește peste anumite valori, deșeurile de plastic (polimeri organici) se transformă în monomeri care sunt transferați în condensator, unde acești vapori sunt condensați în ulei lichid. Pentru a asigura menținerea temperaturii de condensare sub 10 °C și pentru a asigura o condensare maximă a vaporilor în ulei lichid, a fost utilizat un sistem de condensare continuă care utilizează o baie de apă și un lichid de răcire ACDelco Classic. Uleiul lichid produs a fost colectat din rezervorul de colectare a uleiului, iar caracterizarea ulterioară a fost efectuată pentru a-i descoperi compoziția chimică și caracteristicile pentru alte aplicații potențiale.

Metode analitice

Uleiul de piroliză a fost caracterizat folosind diferite tehnici, cum ar fi cromatografia în fază gazoasă cuplată cu spectrofotometrie de masă (GC-MS), spectroscopia în infraroșu cu transformată Fourier (FT-IR),

Calorimetru cu bombă și TGA (Mettler Toledo TGA/SDTA851) prin adoptarea metodelor standard ASTM. Grupurile funcționale din uleiul de piroliză au fost analizate cu ajutorul unui instrument FT-IR, Perkin Elmer’s, Marea Britanie. Analiza FT-IR a fost efectuată utilizând un minim de 32 de scanări cu o medie de 4 semnale IR de 4 cm-1 în intervalul de frecvență de 500-4.000 cm-1.

Compoziția chimică a uleiului a fost studiată cu ajutorul unui GC-MS (Shimadzu QP-Plus 2010) cu detector FI. S-a utilizat o coloană GC capilară de 30 m lungime și 0,25 mm lățime, acoperită cu o peliculă de 0,25 μm grosime de 5% fenil-metilpolisiloxan (HP-5). Cuptorul a fost setat la 50°C timp de 2 minute și apoi a crescut până la 290°C folosind o rată de încălzire de 5°C/min. Temperatura sursei de ioni și a liniei de transfer a fost menținută la 230 și 300°C, iar injecția fără diviziune a fost aplicată la 290°C. Biblioteca de date spectrale de masă NIST08s a fost utilizată pentru a identifica vârfurile cromatografice, iar procentajele vârfurilor au fost evaluate pentru aria totală a vârfurilor din cromatograma ionică (TIC). Valorile ridicate de încălzire (HHV) ale uleiului lichid produs, obținut din diferite tipuri de deșeuri de plastic, au fost măsurate conform metodei standard ASTM D 240 cu un instrument de calorimetru cu bombă (Calorimetru Parr 6200), în timp ce producția de gaz a fost estimată folosind formula standard de bilanț masic, luând în considerare diferența de greutate a uleiului lichid și a cărbunelui.

Rezultate și discuții

Analiza TGA a materiei prime

TGA a fost efectuată pentru fiecare tip de deșeu de plastic în parte pentru a determina temperatura optimă de degradare termică. Toate tipurile de deșeuri de plastic prezintă un comportament de degradare similar, cu pierderea rapidă a greutății hidrocarburilor în intervalul îngust de temperatură (150-250°C) (Figura 2) (Figura 2). Degradarea maximă pentru fiecare tip de deșeu de plastic a fost atinsă în intervalul 420-490°C. PS și PP au prezentat o singură etapă de descompunere, în timp ce PE și PET au prezentat o descompunere în două etape în condiții controlate. Descompunerea într-o singură etapă corespunde prezenței unei legături carbon-carbon care promovează mecanismul de scindare aleatorie odată cu creșterea temperaturii (Kim et al., 2006). Degradarea PP a început la o temperatură foarte scăzută (240°C) în comparație cu alte materii prime. Jumătate din carbonul prezent în lanțul de PP este format din carbon terțiar, ceea ce favorizează formarea de carbocationi în timpul procesului de degradare termică a acestuia (Jung et al., 2010). Acesta este probabil motivul pentru care se obține o degradare maximă a PP la o temperatură mai scăzută. Degradarea inițială a PS a început la 330°C și degradarea maximă a fost atinsă la 470°C. PS are o structură ciclică, iar degradarea sa în condiții termice implică atât scindarea lanțului aleatoriu, cât și a lanțului final, ceea ce sporește procesul de degradare (Demirbas, 2004; Lee, 2012).

PE și PET au prezentat un proces de descompunere în două etape; degradarea inițială a început la temperaturi mai scăzute, urmată de cealaltă etapă de degradare la o temperatură mai ridicată. Degradarea inițială a PE-urilor a început la 270°C și s-a propagat lent, dar treptat, până când temperatura a ajuns la 385°C. După această temperatură, s-a observat o degradare bruscă, iar o degradare de 95% a fost atinsă la o creștere suplimentară de aproximativ 100°C. Un model similar de degradare în două etape a fost observat pentru plasticul PET, iar degradarea inițială a început la 400°C cu o scădere bruscă a pierderii de greutate. Cu toate acestea, a doua degradare a început la o temperatură ușor mai ridicată (550°C). Degradarea inițială a PE și PET se poate datora prezenței unor impurități volatile, cum ar fi încărcătura de aditivi utilizată în timpul sintezei plasticului (Dimitrov et al., 2013).

Diferiți cercetători au raportat că degradarea PE și PET necesită temperaturi mai ridicate în comparație cu alte materiale plastice (Dimitrov et al., 2013; Rizzarelli et al., 2016). Lee (2012) a raportat că PE are o structură ramificată cu lanț lung și că degradarea sa are loc prin scindarea aleatorie a lanțului, necesitând astfel o temperatură mai ridicată, în timp ce degradarea PET urmează scindarea aleatorie a legăturii esterice, ceea ce duce la formarea de oligomeri (Dziecioł și Trzeszczynski, 2000; Lecomte și Liggat, 2006). Degradarea inițială a PET s-a datorat, probabil, prezenței unor impurități volatile, cum ar fi dietilenglicolul (Dimitrov et al., 2013). Literatura de specialitate raportează că prezența acestor impurități volatile favorizează și mai mult procesul de degradare a polimerilor (McNeill și Bounekhel, 1991; Dziecioł și Trzeszczynski, 2000). Diferența dintre curbele TGA ale diferitelor tipuri de materiale plastice s-ar putea datora structurii lor mezoporoase (Chandrasekaran et al., 2015). În plus, Lopez et al. (2011) au raportat că utilizarea catalizatorilor scade temperatura procesului. Prin urmare, 450°C ar putea fi considerată temperatura optimă, în prezența NZ activat, pentru piroliza catalitică a deșeurilor de plastic menționate mai sus.

Efectul materiei prime și al catalizatorilor asupra randamentului produselor de piroliză

A fost examinat efectul activării termice și acide a NZ asupra randamentului produselor din procesul de piroliză (Figura 3). Piroliza catalitică a plasticului PS individual cu ajutorul catalizatorilor TA-NZ și AA-NZ a prezentat cele mai mari randamente de ulei lichid, de 70 și, respectiv, 60%, în comparație cu toate celelalte tipuri de deșeuri de plastic individuale și combinate studiate. Randamentul ridicat de ulei lichid din piroliza catalitică a PS a fost, de asemenea, raportat în alte câteva studii (Siddiqui și Redhwi, 2009; Lee, 2012; Rehan et al., 2017). Siddiqui și Redhwi (2009) au raportat că PS are o structură ciclică, ceea ce duce la randamentul ridicat de ulei lichid din piroliza catalitică. Lee (2012) a raportat că degradarea PS a avut loc atât prin scindarea lanțului aleatoriu, cât și prin scindarea lanțului final, conducând astfel la producerea structurii stabile a inelului benzenic, care îmbunătățește cracarea ulterioară și poate crește producția de ulei lichid. Mai mult, în prezența catalizatorilor acizi, degradarea PS a urmat un mecanism de carbeniu, care a suferit în continuare hidrogenare (transfer de hidrogen inter/intramolecular) și β-scindare (Serrano et al., 2000). În plus, degradarea PS a avut loc la o temperatură mai scăzută, în comparație cu alte materiale plastice, cum ar fi PE, datorită structurii sale ciclice (Wu et al., 2014). Pe de altă parte, piroliza catalitică a PS a produs o cantitate mai mare de cărbune (24,6%) cu catalizatorul AA-NZ decât cu catalizatorul TA-NZ (15,8%). Ma et al. (2017) au raportat, de asemenea, producția ridicată de carbon din piroliza catalitică a PS cu un catalizator de zeolit acid (Hβ). Cifrele ridicate de producție de carbonizare s-au datorat acidității ridicate a catalizatorului, care favorizează producția de carbonizare prin reacții intense de reticulare secundară (Serrano et al., 2000).

Piroliza catalitică a PP a produs un ulei lichid mai mare (54%) cu catalizatorul AA-NZ decât cu catalizatorul TA-NZ (40%) (figura 3) (figura 3). Pe de altă parte, catalizatorul TA-NZ a produs cantități mari de gaz (41,1%), ceea ce se poate datora activității catalitice mai scăzute a catalizatorului TA-NZ. Conform lui Kim et al. (2002), catalizatorul cu aciditate scăzută și suprafețe BET cu structuri microporoase, favorizează degradarea inițială a PP, ceea ce poate duce la producerea maximă de gaze. Obali et al. (2012) au efectuat piroliza PP cu un catalizator încărcat cu alumină și au raportat producția maximă de gaze. Mai mult, formarea de carbocationi în timpul degradării PP, datorită prezenței carbonului terțiar în lanțul său de carbon, poate favoriza, de asemenea, producția de gaze (Jung et al., 2010). Syamsiro et al. (2014) au raportat, de asemenea, că piroliza catalitică a PP și PS cu un catalizator de zeolit natural activat cu acid (HCL) a produs mai multe gaze decât procesul cu un catalizator de zeolit natural activat termic, datorită acidității sale ridicate și a suprafeței BET.

Piroliza catalitică a PE cu catalizatori TA-NZ și AA-NZ a produs cantități similare de ulei lichid (40 și 42%). Cu toate acestea, cele mai mari cantități de gaze (50,8 și 47,0%) au fost produse din PE, folosind AA-NZ și, respectiv, TA-NZ, în comparație cu toate celelalte tipuri de plastic studiate. Producția de carbonizare a fost cea mai mică în acest caz, 7,2 și 13,0% cu AA-NZ și, respectiv, TA-NZ. Diverse studii au raportat, de asemenea, producția mai mică de carbonizare din piroliza catalitică a PE (Xue et al., 2017). Lopez et al. (2011) au raportat că catalizatorii cu aciditate ridicată au îmbunătățit cracarea polimerilor în timpul pirolizei catalitice. Creșterea cracării, în prezența unui catalizator cu aciditate ridicată, favorizează producerea de gaze (Miandad et al., 2016b, 2017a). Zeaiter (2014) a efectuat piroliza catalitică a PE cu zeolit HBeta și a raportat o producție de gaze de 95,7 % datorită acidității ridicate a catalizatorului. Batool et al. (2016) au raportat, de asemenea, producția maximă de gaz din piroliza catalitică a PE, cu catalizatorul ZSM-5 foarte acid. Potrivit lui Lee (2012) și Williams (2006), PE are o structură de carbon cu lanț lung, iar degradarea sa are loc în mod aleatoriu în molecule cu lanț mai mic prin scindarea aleatorie a lanțului, ceea ce poate favoriza producția de gaz. În timpul pirolizei PE, care deține doar legăturile C-H și C-C, inițial, a avut loc ruperea coloanei vertebrale a macromoleculelor și a produs radicali liberi stabili. În continuare, au avut loc etapele de hidrogenare, ceea ce a dus la sinteza radicalilor liberi secundari (noua legătură C-H stabilă), care au dus la scindarea β și au produs o grupare nesaturată (Rizzarelli et al., 2016).

Piroliza catalitică a PP/PE (raport 50/50%) nu a prezentat nicio diferență semnificativă în ceea ce privește randamentul global al produselor atunci când s-au utilizat atât AA-NZ, cât și TA-NZ. Uleiul lichid produs în urma pirolizei catalitice a PP/PE a fost de 44 și 40% în cazul catalizatorilor TA-NZ și, respectiv, AA-NZ. O ușoară scădere a randamentului uleiului lichid obținut cu AA-NZ s-ar putea datora acidității sale ridicate. Syamsiro et al. (2014) au raportat că AA-NZ cu HCl are o aciditate ridicată în comparație cu TA-NZ, a produs un randament mai mic de ulei lichid și a avut o producție ridicată de gaze. În general, piroliza catalitică a PP/PE a produs cantitatea maximă de gaz cu cantități scăzute de carbonizare. Producția mare de gaz se poate datora prezenței PP. Degradarea PP îmbunătățește procesul de carbocatizare datorită prezenței carbonului terțiar în lanțul său de carbon (Jung et al., 2010). În plus, degradarea PE în prezența catalizatorului favorizează, de asemenea, producția de gaz cu un randament scăzut de ulei lichid. Cu toate acestea, atunci când piroliza catalitică a PP și PE a fost efectuată separat cu PS, a fost observată o diferență semnificativă în ceea ce privește randamentul produsului.

A existat o diferență semnificativă în ceea ce privește randamentul de ulei lichid de 54 și 34% pentru piroliza catalitică a PS/PP (raport 50/50%) cu catalizatori TA-NZ și, respectiv, AA-NZ. În mod similar, a fost observată o diferență semnificativă în ceea ce privește randamentul de carbonizare de 20,3 și 35,2%, în timp ce randamentul ridicat al gazelor a fost de 25,7 și 30,8% folosind catalizatorii TA-NZ și, respectiv, AA-NZ. Lopez et al. (2011) și Seo et al. (2003) au raportat că un catalizator cu aciditate ridicată promovează procesul de cracare și produce o producție maximă de gaze. În plus, prezența PP sporește, de asemenea, producția de gaz datorită procesului de carbocatizare în timpul degradării (Jung et al., 2010). Kim et al. (2002) au raportat că degradarea PP produce maximum de gaz în prezența unor catalizatori acizi.

Piroliza catalitică a PS cu PE (raport 50/50%) în prezența catalizatorului TA-NZ a produs 44% ulei lichid, însă cu ajutorul catalizatorului AA-NZ s-a obținut 52% ulei lichid. Kiran et al. (2000) au efectuat piroliza PS cu PE în diferite proporții și au raportat că o creștere a concentrației de PE a scăzut concentrația de ulei lichid odată cu creșterea cantității de gaz. Prezența PS cu PE favorizează procesul de degradare datorită producerii unui inel benzenic stabil activ din PS (Miandad et al., 2016b). Wu et al. (2014) au efectuat TGA a PS cu PE și au observat două vârfuri, primul pentru PS la o temperatură scăzută, urmat de degradarea PE la o temperatură ridicată. În plus, degradarea PE urmează un proces de lanț radicalic liber și un proces de hidrogenare, în timp ce PS urmează un proces de lanț radicalic care include diferite etape (Kiran et al., 2000). Astfel, chiar și atunci când se iau în considerare fenomenele de degradare, PS a dus la o degradare mai mare în comparație cu PE și a produs inele benzenice stabile (McNeill et al., 1990).

Piroliza catalitică a PS/PE/PP (raport 50/25/25%) a arătat randamente de ulei lichid ușor mai mici în comparație cu piroliza catalitică a tuturor tipurilor individuale de plastic. Randamentul de ulei de la ambii catalizatori, TA-NZ și AA-NZ, în acest caz, este similar, 44 și, respectiv, 40%. Producția de carbonizare a fost mai mare (29,7 %) cu catalizatorul AA-NZ decât (19,0 %) cu catalizatorul TA-NZ, ceea ce se poate datora reacțiilor de polimerizare (Wu și Williams, 2010). În plus, adăugarea de PET cu PS, PE și PP (raport 20/40/20/20/20%) a redus producția de ulei lichid până la 28 și 30% în total, folosind catalizatori TA-NZ și, respectiv, AA-NZ, cu fracții mai mari de carbonizare și gaz. Demirbas (2004) a efectuat piroliza PS/PE/PP și a raportat rezultate similare în ceea ce privește randamentul produsului. Adnan et al. (2014) au efectuat piroliza catalitică a PS și PET folosind catalizatorul He Al-Al2O3 cu rapoarte de 80/20% și au raportat doar 37% ulei lichid. Mai mult, Yoshioka et al. (2004) au raportat o producție maximă de gaz și de cărbune cu o producție neglijabilă de ulei lichid din piroliza catalitică a PET-ului. În plus, producția maximă de cărbune a fost, de asemenea, raportată atunci când piroliza catalitică a PET a fost efectuată împreună cu alte materiale plastice (Bhaskar et al., 2004). Producția mai mare de cărbune din piroliza PET s-a datorat reacțiilor de carbonizare și condensare în timpul pirolizei sale la o temperatură ridicată (Yoshioka et al., 2004). În plus, prezența atomului de oxigen favorizează, de asemenea, producția ridicată de cărbune din piroliza catalitică a PET-ului (Xue et al., 2017). Thilakaratne et al. (2016) au raportat că producția de radicali fără benzen, cu doi carboni activi, este precursorul cocsului catalitic din degradarea PET.

Efectul catalizatorilor asupra compoziției uleiului lichid

Compoziția chimică a uleiului lichid produs prin piroliza catalitică a diferitelor deșeuri de plastic folosind catalizatori TA-NZ și AA-NZ a fost caracterizată prin GC-MS (figurile 4, 5). Compoziția uleiului lichid produs este afectată de diferite tipuri de materii prime și catalizatori utilizați în procesul de piroliză (Miandad et al., 2016a,b,c). Uleiul lichid produs din tipurile individuale de plastic, cum ar fi PS, PP și PE, conținea un amestec de compuși aromatici, alifatici și alți compuși de hidrocarburi. Compușii aromatici găsiți în ulei, din PS și PE, au fost mai mari decât cei din PP folosind catalizatorul TA-NZ. Compușii aromatici au crescut în uleiul din PS și PP, dar au scăzut în PE atunci când s-a utilizat catalizatorul AA-NZ. Catalizatorul mezoporos și acid conduce la producerea de hidrocarburi cu lanț mai scurt datorită capacității sale ridicate de cracare (Lopez et al., 2011). Cu toate acestea, catalizatorii microporoși și mai puțin acizi favorizează producerea de hidrocarburi cu lanț lung, deoarece procesul de cracare a avut loc doar pe suprafața exterioară a catalizatorilor. În general, în prezența catalizatorilor, PE și PP urmează mecanismul de scindare a lanțului aleatoriu, în timp ce PS urmează mecanismul de scindare a lanțului de dezarhivare sau de scindare a lanțului final (Cullis și Hirschler, 1981; Peterson et al., 2001). Scindarea lanțului terminal duce la producerea de monomeri, în timp ce scindarea lanțului aleator produce oligomeri și monomeri (Peterson et al., 2001).

Uleiul lichid produs în urma pirolizei catalitice a PE, atunci când se utilizează ambii catalizatori, a produs în principal naftalină, fenantren, naftalină, 2-etil-, 1-pentadecenă, antracenă, 2-metil-, hexadecan și așa mai departe (figurile 4A, 5A). Aceste rezultate sunt în concordanță cu alte câteva studii (Lee, 2012; Xue et al., 2017). Producerea unui derivat de benzen relevă faptul că TA-NZ îmbunătățește procesul de aromatizare în comparație cu AA-NZ. Xue et al. (2017) au raportat că olefinele intermediare produse din piroliza catalitică a PE, s-au aromatizat în continuare în interiorul porilor catalizatorilor. Cu toate acestea, reacția de aromatizare conduce în continuare la producerea de atomi de hidrogen care pot spori procesul de aromatizare. Lee (2012) a raportat că ZSM-5 a produs mai mulți compuși aromatici în comparație cu catalizatorul mordenit, datorită structurii sale cristaline.

Există două mecanisme posibile care pot implica degradarea PE în prezența unui catalizator; abstracția de ioni hibrizi datorită prezenței situsurilor Lewis sau, datorită mecanismului ionilor de carbeniu prin adăugarea unui proton (Rizzarelli et al., 2016). Inițial, degradarea începe pe suprafața externă a catalizatorilor și, ulterior, continuă cu o degradare suplimentară în porii interiori ai catalizatorilor (Lee, 2012). Cu toate acestea, catalizatorii microporoși împiedică intrarea moleculelor mai mari și, astfel, se produc compuși cu catenă de carbon mai mare în urma pirolizei catalitice a PE cu catalizatori microporoși. În plus, în prezența catalizatorilor acizi, datorită mecanismului carbeniului, formarea de compuși aromatici și olefinici poate crește producția de compuși aromatici și olefinici (Lee, 2012). Lin et al. (2004) au raportat producerea de olefine foarte reactive, ca produse intermediare în timpul pirolizei catalitice a PE, care pot favoriza producerea de parafină și compuși aromatici în uleiul lichid produs. Mai mult, prezența unui catalizator acid și a unui atom de hidrogen liber poate duce la alchilarea toluenului și benzenului, transformând benzenul intermediar alchilat în producerea de naftalină datorită aromatizării (Xue et al., 2017).

Uleiul lichid produs prin piroliza catalitică a PS cu TA-NZ și AA-NZ, conține diferite tipuri de compuși. Alfa-metil-stirenul, benzenul, 1,1′-(2-butena-1,4-diil)bis-, bibenzilul, benzenul, (1,3-propandiil), fenantrenul, 2-fenilnaftalina și așa mai departe au fost principalii compuși găsiți în uleiul lichid produs (figurile 4A, 5A). Uleiul lichid produs în urma pirolizei catalitice a PS, cu ambii catalizatori activați, conține în principal hidrocarburi aromatice cu unele parafine, naftalină și compuși olefinici (Rehan et al., 2017). Cu toate acestea, în prezența unui catalizator, s-a obținut o producție maximă de compuși aromatici (Xue et al., 2017). Ramli et al. (2011) au raportat, de asemenea, producția de olefine, naftalină cu compuși aromatici din piroliza catalitică a PS cu Al2O3, susținută de catalizatori cu Cd și Sn. Degradarea PS începe cu cracarea pe suprafața exterioară a catalizatorului și este urmată apoi de reformare în interiorul porilor catalizatorului (Uemichi et al., 1999). Inițial, cracarea polimerului este realizată de către situsul acidului Lewis de pe suprafața catalizatorilor pentru a produce intermediari carbocationici, care ulterior se evaporă sau suferă reformare în interiorul porilor catalizatorului (Xue et al., 2017).

Piroliza catalitică a PS produce în principal stiren și derivații săi ca fiind compușii majori în uleiul lichid produs (Siddiqui și Redhwi, 2009; Rehan et al., 2017). Conversia stirenului în derivatul său a crescut în prezența catalizatorilor protonați datorită hidrogenării (Kim et al., 2002). Shah și Jan (2015) și Ukei et al. (2000) au raportat că hidrogenarea stirenului a crescut odată cu creșterea temperaturii de reacție. Ogawa și colab. (1982) au efectuat piroliza PS cu catalizatorul alumină-siliciu la 300°C și au constatat hidrogenarea stirenului în derivatul său. Ramli et al. (2011) au raportat posibilul mecanism de degradare a PS pe catalizatori acizi, care poate avea loc datorită atacului unui proton asociat cu situsurile acide Bronsted, rezultând mecanismul ionului de carbeniu, care suferă în continuare o β-scisiune și este urmat ulterior de transferul de hidrogen. Mai mult, reacția de reticulare a fost favorizată de situsurile acide Bronsted puternice, iar atunci când această reacție a avut loc, cracarea de completare poate scădea într-o oarecare măsură și poate spori producția de cărbune (Serrano et al., 2000). În plus, catalizatorii siliciu-alumină nu au situsuri acide Bronsted puternice, deși este posibil să nu îmbunătățească reacția de reticulare, dar să favorizeze procesul de hidrogenare. Astfel, acesta poate fi motivul pentru care stirenul nu a fost găsit în uleiul lichid, însă derivatul său a fost detectat în cantități mari (Lee et al., 2001). Xue et al. (2017) au raportat, de asemenea, dezalchilarea stirenului, din cauza întârzierii evaporării în interiorul reactorului, ceea ce poate conduce la un proces de reformare îmbunătățit și poate duce la producerea unui derivat de stiren. TA-NZ și AA-NZ conțin o cantitate mare de alumină și siliciu care conduce la hidrogenarea stirenului în derivatul său, ceea ce duce la producerea de monomeri de stiren în loc de stiren.

Piroliza catalitică a PP a produs un amestec complex de ulei lichid care conține compuși aromatici, olefine și naftalină. Benzenul, 1,1′-(2-buten-1,4-diil)bis-, benzenul, 1,1′-(1,3-propandiil)bis-, antracenul, 9-metil-, naftalina, 2-fenil-, 1,2,3,4-tetrahidro-1-fenil-, naftalina, fenantrenul etc. au fost principalii compuși găsiți în uleiul lichid (figurile 4A, 5A). Aceste constatări sunt în concordanță cu alte studii care au efectuat piroliza catalitică a PP cu diferiți catalizatori (Marcilla et al., 2004). Mai mult, degradarea PP cu AA-NZ a dus la producția maximă de compuși fenolici. Producția mai mare s-a datorat, probabil, prezenței unor situsuri acide ridicate, deoarece favorizează producția de compuși fenolici. Mai mult, prezența unui situs acid ridicat pe catalizatori a îmbunătățit mecanismul de oligomerizare, aromatizare și dezoxidare care a condus la producerea de compuși poliaromatici și naftalină. Dawood și Miura (2002) au raportat, de asemenea, producția ridicată a acestor compuși din piroliza catalitică a PP cu un HY-zeolit modificat cu aciditate ridicată.

Compoziția uleiului rezultat din piroliza catalitică a PP cu PE conține compuși care se regăsesc în uleiul provenit din ambele materii prime individuale de tip plastic. Miandad et al. (2016b) au raportat că compoziția materiei prime afectează, de asemenea, calitatea și compoziția chimică a uleiului. Uleiul lichid produs în urma pirolizei catalitice a PE/PP conține compuși aromatici, olefine și naftalină. Compușii majori găsiți au fost; benzen, 1,1′-(1,3-propandiil)bis-, mono(2-etilhexil) ester, acid 1,2-benzendicarboxilic, antracenă, pentadecan, fenantren, 2-fenilnaftalină și așa mai departe (figurile 4B, 5B). Jung et al. (2010) au raportat că producția de substanțe aromatice din piroliza catalitică a PP/PE ar putea urma mecanismul de reacție Diels-Alder și este urmată apoi de dehidrogenare. Mai mult, piroliza catalitică a PP și PE efectuată individual cu PS, a produs în principal compuși aromatici datorită prezenței PS. Uleiul lichid produs din PS/PP conține benzen, 1,1′-(1,3-propandiil)bis, acid 1,2-benzendicarboxilic, ester disooctil, bibenzil, fenantren, 2-fenilnaftalină, benzen, (4-metil-1-decenil)- și așa mai departe (figurile 4A, 5A). Piroliza catalitică a PS cu PE a produs în principal ulei lichid cu compuși majori de azulen, naftalină, 1-metil-, naftalină, 2-etil, benzen, 1,1′-(1,3-propandiil)bis-, fenantren, 2-fenilnaftalină, benzen, 1,1′-(1-metil-1,2-etandiil)bis- și, de asemenea, alți compuși (figurile 4B, 5B). Miskolczi et al. (2006) au efectuat piroliza PS cu PE cu un raport de 10 și, respectiv, 90 %, și au raportat producția maximă de substanțe aromatice chiar și la un raport foarte mic de PS. Miandad et al. (2016b) au raportat că piroliza termică a PE cu PS fără catalizator, a dus la conversia PE în ulei lichid cu o compoziție ridicată de substanțe aromatice. Cu toate acestea, piroliza termică a numai PE fără catalizator l-a transformat în ceară în loc de ulei lichid din cauza structurii sale puternice cu lanț lung și ramificat (Lee, 2012; Miandad et al., 2016b). Wu et al. (2014) au efectuat TGA a PS cu PE și au raportat că prezența PS favorizează degradarea PE, datorită producerii de inele benzenice stabile.

Compoziția chimică a uleiului de piroliză, prin diferite grupe funcționale, a fost studiată cu ajutorul FT-IR. Datele obținute au evidențiat prezența în ulei a grupărilor funcționale aromatice și alifatice (figurile 6, 7). Un vârf foarte puternic la 696 cm-1 a fost observat în majoritatea uleiurilor lichide obținute folosind ambii catalizatori, ceea ce corespunde concentrației ridicate de compuși aromatici. Alte două vârfuri, care sunt evidente, au fost vizibile în jurul valorii de 1 456 și 1 495 cm-1 pentru C-C cu legături simple și duble, care corespund compușilor aromatici. În plus, la capătul spectrului, au fost observate vârfuri puternice la 2,850, 2,923 și 2,958 cm-1 în toate tipurile de uleiuri lichide, cu excepția PS, care corespund întinderii C-H a compușilor alcani. În general, uleiul lichid obținut din piroliza catalitică a diferitelor deșeuri de plastic cu ajutorul catalizatorului AA-NZ a prezentat mai multe vârfuri decât probele obținute cu catalizatorul TA-NZ. Aceste vârfuri suplimentare au corespuns compușilor aromatici, alcani și alchene. Acest lucru indică faptul că, așa cum era de așteptat, AA-NZ a avut proprietăți catalitice mai bune decât TA-NZ. Diverși cercetători au raportat rezultate similare, conform cărora uleiul lichid produs din PS era dominat de substanțe aromatice. Tekin et al. (2012) și Panda și Singh (2013) au raportat, de asemenea, prezența substanțelor aromatice cu unii alcani și alchene din piroliza catalitică a PP. Kunwar et al. (2016) au efectuat piroliza termică și catalitică a PE și au raportat că uleiul lichid produs conținea alcani și alchene ca grup funcțional majoritar. În general, analiza FT-IR a oferit o mai bună înțelegere a compoziției chimice a uleiului lichid produs, din piroliza catalitică a diferitelor deșeuri de plastic, folosind catalizatori NZ modificați și a confirmat în continuare rezultatele noastre GC-MS.

Aplicații potențiale ale produselor de piroliză

Uleiul lichid produs în urma pirolizei catalitice a diferitelor tipuri de materii prime din plastic are un număr mare de compuși aromatici, olefinici și naftalină care se găsesc în produsele petroliere. În plus, s-a constatat că HHV a uleiului lichid produs se situează în intervalul 41,7-44,2 MJ/kg (tabelul 2), ceea ce este foarte aproape de valoarea energetică a motorinei convenționale. Cea mai mică HHV de 41,7 MJ/kg a fost găsită în uleiul lichid obținut din PS folosind catalizatorul TA-NZ, în timp ce cea mai mare HHV de 44,2 MJ/kg a fost obținută din PS/PE/PP folosind catalizatorul AA-NZ. Astfel, uleiul lichid de piroliză produs din diverse deșeuri de plastic are potențialul de a fi utilizat ca sursă alternativă de energie. Potrivit lui Lee et al. (2015) și Rehan et al. (2016), producerea de energie electrică este realizabilă folosind uleiul lichid de piroliză într-un motor diesel. Saptoadi și Pratama (2015) au utilizat cu succes uleiul lichid pirolitic ca alternativă într-o sobă cu kerosen. În plus, compușii aromatici produși pot fi utilizați ca materie primă pentru polimerizare în diverse industrii chimice (Sarker și Rashid, 2013; Shah și Jan, 2015). În plus, diverși cercetători au utilizat uleiul lichid produs ca și combustibil pentru transport după ce a fost amestecat cu motorină convențională în diferite proporții. Studiile au fost efectuate pentru a explora potențialul uleiului lichid produs în contextul performanțelor motorului și al emisiilor de gaze de eșapament ale vehiculelor. Nileshkumar et al. (2015) și Lee et al. (2015) au raportat că raportul de amestec de 20:80 % dintre uleiul lichid pirolitic și motorina convențională, respectiv, a dat rezultate similare în ceea ce privește performanța motorului decât motorina convențională. Mai mult decât atât, la același raport de amestec, emisiile de gaze de eșapament au fost, de asemenea, similare, însă emisiile de gaze de eșapament au crescut odată cu creșterea cantității de ulei de piroliză amestecat (Frigo et al., 2014; Mukherjee și Thamotharan, 2014).

Reziduul (carbonizat) rămas după procesul de piroliză poate fi utilizat pentru mai multe aplicații de mediu. Mai mulți cercetători au activat carbonizarea prin abur și activare termică (Lopez et al., 2009; Heras et al., 2014). Procesul de activare a crescut suprafața BET și a redus dimensiunea porilor cărbunelui (Lopez et al., 2009). Mai mult, Bernando (2011) a îmbunătățit carbonizarea plasticului cu biomaterial și a realizat adsorbția (3,6-22,2 mg/g) a colorantului albastru de metilen din apele reziduale. Miandad et al. (2018) au folosit carbonul obținut din piroliza deșeurilor de plastic PS pentru a sintetiza un nanoadsorbant nou de oxizi dublu stratificați de carbon-metal (C/MnCuAl-LDOs) pentru adsorbția roșului Congo (CR) în apele reziduale. Mai mult, carbonul carbonizat poate fi utilizat și ca materie primă pentru producerea de carbon activ.

Limitări ale analizei GC-MS a uleiului de piroliză

Există unele limitări în efectuarea unei analize cantitative precise a componentelor chimice din uleiul de piroliză cu ajutorul GC-MS. În acest studiu, am utilizat procentul de masă al diferitelor substanțe chimice găsite în probele de ulei, calculat pe baza ariilor de vârf identificate de o coloană DP5-MS cu fază normală și FID. Picurile identificate au fost comparate cu biblioteca de spectre NIST și a băncii de mase. Compușii au fost aleși pe baza indicelui de similaritate (SI > 90%). Compararea ulterioară cu standardele cunoscute (CRM) a permis confirmarea compușilor identificați. Coloana și detectoarele utilizate au fost limitate doar cu hidrocarburi. În realitate însă, uleiul provenit din majoritatea deșeurilor de plastic are o structură chimică complexă și poate conține și alte grupuri de substanțe chimice neidentificate, cum ar fi sulf, azot și hidrocarburi care conțin oxigen. Acesta este motivul pentru care este necesară o analiză chimică calitativă calitativă mai aprofundată și mai precisă pentru a înțelege pe deplin chimia uleiului de piroliză, folosind o calibrare și o standardizare avansată și utilizând diferiți detectori MS, cum ar fi SCD și NCD, precum și diferite coloane GC.

Potențialul și provocările biorafinăriilor bazate pe piroliză

Biorafinăriile de deșeuri atrag o atenție extraordinară ca soluție pentru a transforma deșeurile de deșeuri solide și alte deșeuri de biomasă într-o serie de produse, cum ar fi combustibili, energie, căldură și alte substanțe chimice și materiale valoroase. Diferite tipuri de biorafinării, cum ar fi o biorafinărie bazată pe agricultură, o biorafinărie de deșeuri animale, o biorafinărie de ape uzate, o biorafinărie pe bază de alge, o rafinărie de deșeuri de plastic, o biorafinărie bazată pe silvicultură, o biorafinărie de deșeuri industriale și o biorafinărie de deșeuri alimentare etc., pot fi dezvoltate în funcție de tipul și de sursa deșeurilor (Gebreslassie et al., 2013; De Wild et al., 2014; Nizami et al., 2017a,b; Waqas et al., 2018). Aceste biorafinării pot juca un rol semnificativ în reducerea poluării mediului și a emisiilor de gaze cu efect de seră legate de deșeuri. În plus, ele generează beneficii economice substanțiale și pot contribui la realizarea unei economii circulare în orice țară.

O biorafinărie bazată pe piroliză poate fi dezvoltată pentru a trata o serie de deșeuri de biomasă și deșeuri de plastic pentru a produce combustibili lichizi și gazoși, energie, biochar și alte substanțe chimice cu valoare mai mare, utilizând o abordare integrată. Abordarea integrată ajută la obținerea unor beneficii economice și de mediu maxime cu o producție minimă de deșeuri. Există multe provocări și posibilități de îmbunătățire în biorafinăriile bazate pe piroliză, care trebuie abordate și optimizate pentru a asigura beneficii maxime. Deși uleiul de piroliză conține mai multă energie decât cărbunele și unii alți combustibili, piroliza în sine este un proces energo-intensiv, iar produsul petrolier necesită mai multă energie pentru a fi rafinat (Inman, 2012). Acest lucru înseamnă că este posibil ca uleiul de piroliză să nu fie cu mult mai bun decât motorina convențională sau alți combustibili pe bază de combustibili fosili în ceea ce privește emisiile de GES, deși sunt necesare studii de cercetare mult mai detaliate privind bilanțul de masă și energie de-a lungul limitelor întregului proces pentru a confirma acest lucru. Pentru a depăși aceste cerințe energetice ale procesului, pot fi dezvoltate tehnologii mai avansate care să utilizeze integrarea energiilor regenerabile, cum ar fi energia solară sau hidroelectrică, cu biorafinăriile bazate pe piroliză, pentru a obține beneficii economice și de mediu maxime.

Disponibilitatea fluxurilor de deșeuri de plastic și de biomasă ca materii prime pentru biorafinăriile bazate pe piroliză, reprezintă o altă provocare majoră, deoarece reciclarea nu este în prezent foarte eficientă, în special în țările în curs de dezvoltare. Gazele produse în urma pirolizei unor deșeuri de plastic, cum ar fi PVC, sunt toxice și, prin urmare, tehnologia de tratare a emisiilor de piroliză trebuie să fie perfecționată în continuare pentru a obține beneficii maxime pentru mediu. Uleiul de piroliză obținut din diferite tipuri de plastic trebuie să fie curățat în mod semnificativ înainte de a fi utilizat în orice aplicație, pentru a asigura un impact minim asupra mediului. Conținutul ridicat de substanțe aromatice din uleiul de piroliză este bun, iar unii compuși aromatici, cum ar fi benzenul, toluenul și stirenul, pot fi rafinați și vânduți pe o piață deja stabilită. Cu toate acestea, unele dintre hidrocarburile aromatice sunt cunoscute ca fiind cancerigene și pot provoca daune grave pentru sănătatea umană și pentru mediu. Prin urmare, este necesară o analiză serioasă în această privință.

Alte aspecte pentru optimizarea biorafinăriilor bazate pe piroliză, cum ar fi noi catalizatori avansați emergenți, inclusiv nanocatalizatori, trebuie să fie dezvoltate și aplicate în procesele de piroliză pentru a crește calitatea și randamentul produselor și pentru a optimiza procesul global. Piața produselor de biorafinare bazate pe biorafinare prin piroliză ar trebui să fie creată/extinsă pentru a atrage un interes și o finanțare suplimentare, pentru a face acest concept mai practic și mai de succes. În mod similar, este nevoie de mai multă atenție pentru a desfășura în continuare activități de cercetare și dezvoltare în vederea îmbogățirii conceptului de biorafinărie și pentru a valorifica adevăratul său potențial. În plus, este esențial să se efectueze o evaluare detaliată a impactului economic și de mediu al biorafinăriilor în etapa de proiectare, utilizând instrumente specializate, cum ar fi evaluarea ciclului de viață (LCA). LCA poate analiza impactul asupra mediului al biorafinăriei și al tuturor produselor prin realizarea unor bilanțuri detaliate ale energiei și materialelor în toate etapele ciclului de viață, inclusiv extracția și prelucrarea materiilor prime, fabricarea, distribuția produselor, utilizarea, întreținerea și eliminarea/reciclarea acestora. Rezultatele LCA vor ajuta la determinarea sustenabilității biorafinăriilor, ceea ce este crucial în luarea unei decizii corecte.

Concluzii

Piroliza catalitică este o tehnică promițătoare pentru a transforma deșeurile de plastic în ulei lichid și alte produse cu valoare adăugată, folosind un catalizator de zeolit natural modificat (NZ). Modificarea catalizatorilor NZ a fost realizată printr-o nouă activare termică (TA) și acidă (AA) care le-a îmbunătățit proprietățile catalitice. Piroliza catalitică a PS a produs cel mai mare ulei lichid (70 și 60%) în comparație cu PP (40 și 54%) și PE (40 și 42%), folosind catalizatorii TA-NZ și, respectiv, AA-NZ. Compoziția chimică a uleiului de piroliză a fost analizată cu ajutorul GC-MS și s-a constatat că cea mai mare parte a uleiului lichid a produs un conținut ridicat de compuși aromatici cu unii compuși alifatici și alți compuși de hidrocarburi. Aceste rezultate au fost confirmate în continuare de analiza FT-IR, care a arătat vârfuri clare care corespund grupărilor funcționale aromatice și altor hidrocarburi. În plus, uleiul lichid produs din diferite tipuri de deșeuri de plastic a avut valori de încălzire mai mari (HHV) în intervalul 41,7-44,2 MJ/kg, similare cu cele ale motorinei convenționale. Prin urmare, acesta are potențialul de a fi utilizat în diverse aplicații energetice și de transport după tratarea și rafinarea ulterioară. Acest studiu reprezintă un pas în direcția dezvoltării de biorafinării bazate pe piroliză. Biorafinăriile au un mare potențial de a transforma deșeurile în energie și în alte produse valoroase și ar putea contribui la realizarea economiilor circulare. Cu toate acestea, există multe provocări tehnice, operaționale și socio-economice, așa cum s-a discutat mai sus, care trebuie depășite pentru a obține beneficiile economice și de mediu maxime ale biorafinăriilor.

Disponibilitatea datelor

Toate seturile de date generate pentru acest studiu sunt incluse în manuscris și/sau în fișierele suplimentare.

Contribuții ale autorilor

RM a efectuat experimentele de piroliză și a ajutat la redactarea manuscrisului. HK, JD, JD, JG și AH au efectuat caracterizarea detaliată a produselor procesului. MR și ASA au analizat datele și au redactat părți din manuscris. MAB, MR și A-SN au corectat și editat manuscrisul. ASA și IMII au sprijinit proiectul din punct de vedere financiar și tehnic.

Declarație privind conflictul de interese

Autorii declară că cercetarea a fost efectuată în absența oricăror relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretate ca un potențial conflict de interese.

Recunoștințe

MR și A-SN aduc mulțumiri Centrului de Excelență în Studii de Mediu (CEES), Universitatea King Abdulaziz (KAU), Jeddah, KSA și Ministerului Educației, KSA, pentru sprijinul financiar acordat în cadrul Grantului nr. 2/S/1438. De asemenea, autorii sunt recunoscători Deanship of Scientific Research (DSR) de la KAU pentru sprijinul financiar și tehnic acordat CEES.

.