爱达荷国家实验室(Idaho National Laboratory)的研究人员与密歇根理工大学(Michigan Technological University)以及威斯康星州格林湾(Green Bay)的Convergen Energy公司合作，开创了一种技术，将不可回收的塑料和纸纤维结合起来，形成与煤炭热值相当的颗粒。

　　关键是碳化，这是INL之前使用过的一种将生物质转化为类似煤的材料的热过程。Torrefaction使用温和的加热，通常在200°C至320°C之间，使生物质材料更加均匀和一致，同时还去除氯和其他化合物，这些化合物在燃烧过程中可能变成有害气体。

　　Convergen首席执行官泰德·汉森(Ted Hansen)说：“我们正在努力寻找一种解决方案，让废塑料远离环境。”

　　虽然塑料汽水瓶和牛奶容器可以回收，但你在当地超市货架上走过的大多数东西——叠层袋、标签、蜡纸——都是不可回收的，只能被送往垃圾填埋场。这些塑料要几百年才能分解。(虽然生物降解塑料正在开发中，但在2021年，它们只占全球塑料产量的不到1%)

　　另一方面，纸制品虽然可生物降解，但在垃圾填埋场分解会产生甲烷，这是一种比二氧化碳强25倍的温室气体。将纸张和塑料结合起来，形成稳定的原料，可以替代煤炭，减少垃圾填埋量，这将是一种双赢的绿色能源。

　　汉森说：“这些是我们的目标产品。“我们不想把它们送到垃圾填埋场，而是想把它们变成燃料或升级为循环产品。”

　　将伙伴关系的优势应用于协作

　　多年来，Convergen一直在生产一种工程燃料，将不可回收的工业副产品从垃圾填埋场转移出来，以减少二氧化碳排放。

　　自2009年以来，该公司向致力于国家要求的绿色能源生产水平的电力公司和将可再生燃料整合到其运营中以减少煤炭消耗的制造商提供燃料芯块。

　　自2009年成立以来，Convergen已经从垃圾填埋场转移了超过60万吨的废弃材料，以替代煤炭的使用。

　　Convergen与INL和MTU合作开展了一个由美国能源部(DOE)生物能源技术办公室(BETO)资助的项目，该项目名为“用于统一生物发电原料的分类垃圾颗粒的碳化”。

　　Convergen切碎的材料尺寸小于6英寸（15厘米），并将其运送到INL和MTU进行加工和测试。

　　INL研究人员重点研究了颗粒的形成、特性、耐久性和通过烘烤的均匀性，以及用于分析的样品生成。INL的分析规模的支持系统发挥了关键作用。与此同时，MTU研究人员收集了工艺数据并生成样本进行分析和跨系统验证。

　　不可回收塑料压制成颗粒的研究进展

　　无论它们是来自不可回收材料还是生物质残渣，在碳化燃料作为廉价的绿色能源被广泛接受之前，它们必须在化学和物理上均匀，耐候，并且足够稳定，可以运输和储存。

　　产品的一致性对于燃料销售协议的兼容性至关重要，例如燃料锅炉所要求的协议，在燃料锅炉中，一致的加热量与污染物和无机物水平都得到了认证。

　　对于任何生物质，如果管理不当，颗粒存储都是一个挑战。无论是谷仓里的干草，还是货船货舱里的木屑颗粒，如果生物质变湿，自热和自燃就会成为一个严重的、潜在的灾难性问题。还可能出现与废气排放有关的环境、健康和安全问题。

　　碳化生物质在本质上是能量密集和疏水的，已被确定为更安全的替代品。通过他们的合作，INL的Jordan Klinger博士和Eric Fillerup博士，MTU的Ezra Bar-Ziv博士和Hansen发现不可回收塑料可以帮助提高颗粒密度，同时提高安全性。由于在压实过程中高温高压下的柔软性，塑料提供了一种包裹纤维的骨架结构，并形成一个屏障，防止氧气和水与碳化纤维发生反应。这减少了可能导致自燃的自热。

　　随着材料的聚合运往INL， Klinger和Fillerup研究了尺寸减小技术，以追求特定的平均颗粒尺寸，在INL的生物质原料国家用户设施中进行致密化和应用热解条件。¼-½的颗粒具有统一的几何形状和成分，并进行了成分、燃料性能、排放和污染物(特别是氯)测试。这些处理方法适用于传入的废料原料的组成，从而产生更清洁的燃料。

　　为了证明该工艺的可行性，最终目标是在中试规模(每小时超过10公斤)生产均匀的颗粒，其能量至少与烟煤相当。研究中使用的样品来自纤维-塑料废料混合物(40%塑料和60%纤维)，这些混合物来自各种各样的纸、层压纸、塑料和含有已知杂质的纤维。Convergen使用强大的电磁铁去除黑色金属，而有色金属是手动去除的。然后用剪切磨床将材料粉碎至75-125mm粒度，随后风干至含水率5-7%的水平。

　　测试的目的是将氯和硫的含量降低到与使用烟煤相当的水平。到2021年9月项目结束时，MTU的工艺开发和实施实现了所有这些目标，生产颗粒的速度超过100kg/小时。

　　利用垃圾的未来能源

　　Convergen一直在与MTU公司合作，在Green Bay开发一个商业示范装置。汉森说：“我们已经加工了大量不可回收的纸张和塑料。现在的目标是扩大我们可以在更大范围内使用的材料类型和数量。”

　　对于INL来说，该项目具有多重含义。Klinger表示：“INL的研究记录了如何将这些材料转化为Convergen所需的首选燃料特性的技术障碍。老实说，我认为它有可能成为产生能源和解决垃圾积累的短期解决方案。这是我们今天可以做的事情。”从长远来看，INL的研究人员正在寻求一种材料加工途径，以创造颗粒作为替代化石燃料的先进燃料和化学品源材料。