Comparison of carbon, energy and CO2 efficiency of plastic recycling routes
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Engineering |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
88
Series
Abstract
Currently only 9 % of the global plastic waste is recycled and nearly all of it is processed through mechanical recycling. Mechanical recycling is the most advanced and efficient recycling route, but it has its limitations concerning for example feed-stock sensitivity and mechanical property deterioration. As the plastic waste and emission amounts increases it is inevitable to introduce other recycling routes to complement the mechanical recycling for increasing waste recycling rates and further the global decarbonisation. Therefore, the objective of this thesis was to increase the knowledge and to recognise the principal differences between the emerging plastics recycling technologies in terms of carbon yield, energy efficiency and direct CO2 emissions. The chosen plastics recycling routes were mechanical recycling, pyrolysis, gasification, carbon capture via methanol synthesis to Methanol-to-Olefins (MTO) and carbon capture via syngas to Fisher-Tropsch-to-Olefins (FTO). Mechanical recycling acted as a reference case. The plastic waste recycling routes were examined using a model created in this thesis, which predicted carbon, energy, and CO2 efficiencies based on the input. The model included two to four different feedstocks for each technology route. The results showed that in carbon yield carbon capture routes MTO and FTO performed with the most optimal carbon recycling rates of 66 % and 52 %, respectively. Gasification route had the least optimal carbon yield with a result of 36 %. In terms of energy balance, gasification stood out with a negative energy demand in other words released energy in the form of heat and carbon capture routes required a considerable amount of energy compared to mechanical recycling. As far as direct emissions are concerned pyrolysis emitted the most direct CO2 emissions among the compared routes. However, this was mainly due to the reason that it utilized fossil-based fuels the most. Based on the results there was not a one clear winner among the compared technologies since every technology route had its own strengths and weaknesses that requires further development.Tällä hetkellä vain 9 % maailman muovijätteestä kierrätetään, ja lähes kaikki prosessoidaan mekaanisen kierrätyksen kautta. Mekaaninen kierrätys on edistynein ja tehokkain kierrätysreitti, mutta sillä on rajoituksia esimerkiksi raaka-aineherkkyyden ja mekaanisten ominaisuuksien heikkenemisen suhteen. Muovijätteen ja päästöjen määrän kasvaessa on väistämätöntä ottaa käyttöön muita kierrätysreittejä täydentämään mekaanista kierrätystä kierrätysasteiden nostamiseksi ja globaalin hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi. Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli lisätä tietämystä ja tunnistaa tärkeimmät erot nousevien muovinkierrätysteknologioiden välillä hiilisaannon, energiatehokkuuden ja suorien hiilidioksidipäästöjen osalta. Valitut muovinkierrätysteknologiat olivat mekaaninen kierrätys, pyrolyysi, kaasutus, hiilidioksidin talteenotto metanolisynteesin kautta metanolista-olefiineiksi (MTO) ja hiilidioksidin talteenotto synteesikaasun kautta Fischer-Tropschista-olefiineiksi (FTO). Mekaaninen kierrätys toimi vertailukohtana. Muovijätteen kierrätysreittejä tutkittiin tässä opinnäytetyössä luodulla mallilla, joka ennusti hiili-, energia- ja CO2-tehokkuudet syötteen mukaan, joita mallissa oli kahdesta neljään eri syötettä kullekin reitille. Tulokset osoittivat, että hiilisaannon osalta hiilidioksidin talteenottoreitit MTO sekä FTO saavuttivat parhaat hiilen kierrätysasteet, jotka olivat vastaavasti 66 % ja 52 %. Kaasutusreitti oli heikoin hiilisaannon osalta, tuloksen ollessa 36 %. Energiataseen osalta kaasutus erottui negatiivisella energiatarpeella eli vapautti energiaa lämmön muodossa, ja hiilidioksidin talteenottoreitit vaativat huomattavan määrän energiaa verrattuna mekaaniseen kierrätykseen. Suorien päästöjen osalta pyrolyysi tuotti eniten suoria CO2-päästöjä verrattuna muihin reitteihin. Tämä johtui pääasiassa siitä, että se käytti eniten fossiilisia polttoaineita. Tulosten perusteella ei ollut yhtä selvää voittajaa verrattujen teknologioiden joukossa, sillä jokaisella teknologiareitillä oli omat vahvuutensa ja heikkoutensa, jotka vaativat jatkokehitystä.Description
Supervisor
Alopaeus, VilleThesis advisor
Savallampi, IsmoKeywords
plastics recycling, carbon yield, energy efficiency, CO2 emissions, mechanical recycling, chemical recycling, Methanol-to-Olefins, Fischer-Tropsch-to-Olefins, muovin kierrätys, hiilisaanto, energiatehokkuus, CO2-päästöt, mekaaninen kierrätys, kemiallinen kierrätys, metanolista olefiineiksi, Fischer-Tropschista-olefiineiksi