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可持續(xù)發(fā)展既是一項重大挑戰(zhàn)，也是全世界關(guān)注的焦點。解決人類生存、經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護之間的三重底線，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，同時為企業(yè)創(chuàng)造利潤并非易事。消費者和企業(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，而疫情進一步提高了人們對塑料廢棄物處理的關(guān)注。事實上，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)對風險的意識越來越強，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，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)濟的關(guān)鍵。這個苛刻的概念基于以下原則：制造過程需從當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)濟的關(guān)鍵

根據(jù)艾倫·麥克阿瑟基金會 (Ellen MacArthur Foundation)的數(shù)據(jù)，全球只有約14%的塑料包裝被回收利用，多達三分之一的塑料包裝最終進入生活環(huán)境當中。在最近的CERAWeek對話中，IHS Markit副總裁Anthony Palmer估計，到2050年，將有超過40萬公噸的塑料廢棄物滲入生活環(huán)境當中。

消費品公司紛紛制定宏偉目標，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品和包裝的必要性

令人欣慰的是，在整個塑料價值鏈上, 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。

對于使用機械回收工藝來說，當塑料廢棄物被熔化并制造新的塑料制品時，很難將材料重新整合到價值鏈中。基于成份不同 ，由回收標志#1-#6標識的不同塑料類型（如圖3所示）往往需要不同的解決方案和勞動密集型的分揀。許多包裝更使用了混合塑料，通常標記為#7，這類材料需要用特殊方法處理。

圖3 - 塑料回收標志

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

FP公司與Time Commerce合作制定了一個詳細的調(diào)度計劃，將需求計劃和倉庫容量與生產(chǎn)、庫存和運輸?shù)年P(guān)鍵成本要素相結(jié)合。該計劃包括從消費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）的材料進行再利用。FP公司估計，在2019財年，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)提升和改進新的回收能力，即“先進回收”。這種先進的方法與機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，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)生的復雜反應進行建模，針對成本和排放，進而優(yōu)化工藝操作條件。熱裂解可以作為本地回收計劃中有用的第一步，因為熱裂解獲得的液態(tài)產(chǎn)品比大量塑料廢棄物更容易運輸。

最近一項使用Aspen Plus對廢舊輪胎熱解進行建模的研究顯示，模擬模型可以“作為一個強大的工具來響應決定燃料需求和價格的市場條件，同時由工藝經(jīng)濟分析驅(qū)動來確定最優(yōu)的工藝操作條件（如溫度）”。運營商可以根據(jù)當?shù)厥袌鰧ζ汀⒉裼秃推渌細浠衔锏男枨髞韮?yōu)化生產(chǎn)。(1)

在回收過程中的下一個步驟中，數(shù)字化技術(shù)仍然可以發(fā)揮作用，因為由此產(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。隨著操作經(jīng)驗的積累，過程分析可以幫助操作員針對可靠性和維護工作（例如裂解爐除焦）提供操作指導，在平衡運營需求的同時確保運營高能效。

塑料在其應用中的價值，包括提高質(zhì)量和耐久性，是整個塑料價值鏈的另一個重點。一些消費品公司正在轉(zhuǎn)向可以重復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。

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，陶氏化學公司利用動態(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)的批次周期時間。SCG化學公司通過取消新HDPE牌號的工廠試驗，節(jié)省了30多萬美元。

塑料價值也受生產(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)的低價值產(chǎn)品，同時優(yōu)化當前的聚合工藝生產(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)計劃調(diào)度和工藝操作條件，確保在高質(zhì)量產(chǎn)品牌號切換之間所產(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)，推進可持續(xù)發(fā)展目標。企業(yè)可以利用數(shù)字化解決方案，更好地加速實現(xiàn)聚合物的回收、優(yōu)化和重新設(shè)計方面的宏偉目標。

參考資料：

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

循環(huán)經(jīng)濟要求整合過程以消除廢棄物和排放