إن إزالة البلمرة الحرارية (TDP) هي عملية إزالة البلمرة باستخدام الانحلال الحراري المائي لتقليل المواد العضوية المعقدة (عادة النفايات من أنواع مختلفة ، في الغالب من الكتلة الحيوية والبلاستيك) إلى النفط الخام الخفيف. إنه يحاكي العمليات الجيولوجية الطبيعية التي يعتقد أنها تشارك في إنتاج الوقود الأحفوري. تحت الضغط والحرارة ، تتحلل بوليمرات السلسلة الطويلة من الهيدروجين والأكسجين والكربون إلى هيدروكربونات نفطية قصيرة السلسلة بحد أقصى يبلغ حوالي 18 ذرة كربون.

الطرق المحتملة التي يمكن أن يتحلل بها البوليمر هي:

حراري: وقت تجفيف طويل ، وقت إقامة طويل في الطارد أو نقل الوقود
الميكانيكا: الطحن والاحتكاك في المعالجة
الكيمياء الضوئية
الإشعاع الكيميائي
البيولوجية: الكائنات الدقيقة
الكيمياء: وكلاء hydrolytic ، التحلل المائي
إن إزالة البلمرة هي فئة خاصة من التدهور ، وهي العملية التي تحول البوليمر في مونومر ، وهو خليط من مونومرات أو أوليجومرات. إزالة البلمرة هي عملية تحلل سلسلة البوليمر إلى مونومراتها أو أوليجوميراتها. وعادة ما يتحقق مع ارتفاع درجة الحرارة (الحرارية) أو وكلاء hydrolytic (الكيميائية).

عادة ، يتم تصنيف إزالة البلمرة الحرارية على أنها التفاعل الكيميائي الذي يتم فيه تحويل سلسلة البوليمر إلى مونومرات ذات درجة حرارة عالية.

تحدث إزالة البلمرة أثناء التحلل الحراري للـ Polimetilmetactilato (PMMA) والبوليستيرين (PS) وبعض راتنجات الميتاكريلات.بشكل عام ، يمكن إزالة البوليمر الناتج عن طريق إضافة ، يمكن أن يزيل البلمرة عن طريق درجة حرارة عالية في حين أن بوليمرات التكثيف مثل البولي أميد (PA) والبوليسترات (PET ، PBT) لا تزيل بلمرة حراريا.

إزالة البلمرة الكيميائية هي أن المركبات الكيميائية التي تحتوي على ذرات الهيدروجين الفعالة تتفاعل مع المجموعات القطبية في السلاسل الرئيسية من بوليمرات التكثيف. عادة ، هذا التفاعل هو التحلل المائي الحمضي أو الأساسي (كسر الرابطة الهيدروجينية) للسندات في الأميدي أو الإستر أو اليوريثان.

النظرية والعملية
لقد أنفقت التقنيات السابقة لشق البوليمرات الهيدروكربونية قدرا كبيرا من الطاقة لإزالة المياه الزائدة. من ناحية أخرى ، تستخدم إزالة البلمرة الحرارية الماء لتحسين عملية التسخين ، كما أن الماء يسلم الهيدروجين من جزيئاته إلى التفاعلات.

يتم أولاً إنتاج المواد الأولية وخلطها بالماء إذا كانت جافة جدًا. يتم تسخينه إلى 250 درجة مئوية ويخضع لضغط 4 ميجا باسكال لمدة 15 دقيقة. ثم ينخفض ​​الضغط بسرعة ، مما يؤدي إلى تبخر معظم الماء. والنتيجة هي خليط من الهيدروكربونات والمواد الصلبة التي يتم فصلها. يتم تسخين الهيدروكربونات إلى 500 درجة مئوية مرة أخرى ، مما يؤدي إلى تشظي المزيد من الجزيئات. يتم تقطيع الخليط الناتج من الهيدروكربونات السائلة بطريقة مماثلة للزيت التقليدي.

تدعي الشركة أن كفاءة الطاقة لهذه العملية هي 560 ٪ (85 وحدة من الطاقة المنتجة لكل 15 وحدة من الطاقة المستهلكة). يمكن تحقيق كفاءة أعلى باستخدام مدخلات أكثر جفافا من الكربون مثل النفايات البلاستيكية.

وللمقارنة ، فإن الطرق الحالية المستخدمة لإنتاج وقود الديزل الحيوي والبيوإيثانول من المصادر الزراعية تتمتع بكفاءة في استخدام الطاقة تبلغ حوالي 320٪.

عن طريق إزالة البلمرة الحرارية ، يمكن تشتيت مجموعة متنوعة من المواد ، بما في ذلك السموم ونفايات المستشفيات سيئة التحلل.

من ناحية أخرى ، يتم استخدام العديد من النفايات الزراعية التي يمكن استخدامها كمواد وسيطة كسماد أو وقود أو علف حيواني.

عمليات مماثلة
يشبه نزع البلمرة الحرارية العمليات الأخرى التي تستخدم الماء المسخن كخطوة رئيسية لإنتاج الوقود ، مثل التسييل الحراري المائي المباشر.هذه متميزة عن العمليات التي تستخدم المواد الجافة لإزالة البلمرة ، مثل الانحلال الحراري. كما استخدم مصطلح التحويل الحراري الكيميائي (TCC) لتحويل الكتلة الحيوية إلى زيوت ، وذلك باستخدام الماء شديد الحرارة ، على الرغم من أنه عادة ما يتم تطبيقه على إنتاج الوقود عن طريق الانحلال الحراري. وتشمل العمليات التجارية الأخرى عملية “SlurryCarb” التي تديرها شركة EnerTech ، والتي تستخدم تكنولوجيا مشابهة لمادة decarboxylate biowaste الصلبة الرطبة ، والتي يمكن بعد ذلك نزعها من الماء واستخدامها كوقود صلب يسمى E-Fuel. تم تصميم المصنع في ريالتو بولاية كاليفورنيا لمعالجة 683 طن من النفايات يوميا. ومع ذلك ، فشلت في تنفيذ معايير التصميم وأغلقت. تعثرت منشأة ريالتو على سداد السندات وهي في طور التصفية. تستخدم عملية Hydro Thermal Upgrading (HTU) الماء المسخن لإنتاج النفط من النفايات المنزلية. ومن المقرر أن يبدأ مصنع للتظاهر في هولندا يُقال إنه قادر على معالجة 64 طناً من الكتلة الحيوية (أساس جاف) يومياً في النفط. يختلف نزع البلمرة الحرارية في أنه يحتوي على عملية مائية متبوعة بعملية تكسير / تقطير لا مائي.

التاريخ
تشبه إزالة البلمرة الحرارية العمليات الجيولوجية التي أنتجت الوقود الأحفوري المستخدم اليوم ، باستثناء أن العملية التكنولوجية تحدث في إطار زمني يقاس بالساعات. وحتى وقت قريب ، لم تكن العمليات التي صممها الإنسان فعالة بما يكفي لتكون بمثابة مصدر عملي للوقود – فالمطلوب هو المزيد من الطاقة أكثر مما تم إنتاجه.

أول عملية صناعية للحصول على الغاز ووقود الديزل وغيرها من المنتجات البترولية من خلال التحلل الحراري للفحم أو القطران أو الكتلة الحيوية تم تصميمها وحيازتها ببراءة اختراع في أواخر 1920 من قبل فيشر-تروبش. في براءة الاختراع الأمريكية 2،177،557 ، الصادرة في عام 1939 ، ناقش بيرجستروم وسيدركويست طريقة للحصول على النفط من الخشب الذي يتم فيه تسخين الخشب تحت الضغط في الماء مع إضافة كمية كبيرة من هيدروكسيد الكالسيوم إلى الخليط. في أوائل السبعينيات عمل Herbert R. Appell وزملاؤه مع أساليب الانحلال الحراري المائي ، كما يتضح من براءة الاختراع الأمريكية 3،733،255 (الصادرة عام 1973) ، والتي تناقش إنتاج النفط من حمأة المجاري ورفض البلدية عن طريق تسخين المواد في الماء ، تحت الضغط ، وبحضور أول أكسيد الكربون.

وقد طور بول باسكيس عالم الميكرولوجيا في إلينوي في الثمانينات من القرن الماضي منهجًا تجاوز الفواصل ، وتمت صقله على مدى السنوات الخمس عشرة التالية (راجع براءة الاختراع الأمريكية 5،269،947 ، الصادرة عام 1993). وقد تم تطوير هذه التكنولوجيا في النهاية للاستخدام التجاري في عام 1996 من قبل شركة Changing World Technologies (CWT). تولى Brian S. Appel (الرئيس التنفيذي لشركة CWT) هذه التكنولوجيا في عام 2001 وتوسعت وتغييرها إلى ما يشار إليه الآن باسم TCP (عملية التحويل الحراري) ، وتقدم بطلب للحصول على العديد من براءات الاختراع (انظر ، على سبيل المثال ، براءة الاختراع المنشورة 8،003،833 ، الصادر في 23 آب 2011). تم الانتهاء من مصنع مظاهرة إزالة البلمرة الحرارية في عام 1999 في فيلادلفيا عن طريق إزالة البلمرة الحرارية ، LLC ، وتم بناء أول محطة تجارية كاملة في قرطاج بولاية ميسوري ، على بعد حوالي 100 ياردة (91 متر) من مصنع الديك الرومي الضخم في ConAgra Foods ، حيث ومن المتوقع معالجة حوالي 200 طن من نفايات الديك الرومي إلى 500 برميل (79 م 3) من النفط يومياً.

النظرية والعملية
في الطريقة المستخدمة من قبل CWT ، يحسن الماء عملية التسخين ويساهم الهيدروجين في التفاعلات.

في عملية تكنولوجيا العالم المتغير (CWT) ، يتم أولاً إدخال المواد الخام إلى قطع صغيرة ، ويتم خلطها بالماء إذا كانت جافة خاصة. يتم بعد ذلك إدخالها إلى غرفة تفاعل وعاء الضغط حيث يتم تسخينها عند حجم ثابت إلى حوالي 250 درجة مئوية. وعلى غرار جهاز طهي الضغط (باستثناء الضغط العالي) ، فإن البخار يرفع الضغط بشكل طبيعي إلى 600 psi (4 ميجا باسكال) (بالقرب من نقطة المياه المشبعة). يتم الاحتفاظ بهذه الشروط لمدة 15 دقيقة تقريبًا لتسخين الخليط بشكل كامل ، وبعدها يتم إطلاق الضغط بسرعة لغليان معظم الماء (انظر: تبخر الفلاش). والنتيجة هي مزيج من الهيدروكربونات الخام والمعادن الصلبة. تتم إزالة المعادن ، ويتم إرسال الهيدروكربونات إلى مفاعل المرحلة الثانية حيث يتم تسخينها إلى 500 درجة مئوية ، مما يؤدي إلى مزيد من تكسير سلاسل الهيدروكربونات الأطول. ثم يتم فرز الهيدروكربونات عن طريق التقطير التجزيئي ، في عملية مشابهة لتكرير النفط التقليدي.

تدعي شركة CWT أنه يتم استخدام 15 إلى 20٪ من طاقة اللقيم لتوفير الطاقة للمصنع. الطاقة المتبقية متوفرة في المنتج المحول. من خلال العمل مع مخلفات الديك الرومي كمادة وسيطة ، أثبتت هذه العملية أنها تحقق كفاءات تقارب 85٪. وبعبارة أخرى ، فإن الطاقة الموجودة في المنتجات النهائية للعملية هي 85٪ من الطاقة الموجودة في مدخلات العملية (وأبرزها محتوى الطاقة في المادة الأولية ، ولكن أيضًا تشمل الكهرباء للمضخات والغاز الطبيعي أو الخشب للتدفئة. ). إذا اعتبر المرء أن محتوى الطاقة من المادة الخام يكون حراً (أي ، نفايات مواد من عملية أخرى) ، فإن 85 وحدة من الطاقة تكون متاحة لكل 15 وحدة من الطاقة المستهلكة في حرارة التشغيل والكهرباء. وهذا يعني أن “الطاقة المعادة إلى الطاقة المستثمرة” (EROEI) هي (6.67) ، وهو ما يقارن بعمليات حصاد الطاقة الأخرى. قد تكون الكفاءات الأعلى ممكنة مع المواد الأولية الأكثر جفافاً والغنية بالكربون ، مثل نفايات البلاستيك.

وبالمقارنة ، فإن العمليات الحالية [حدد] المستخدمة لإنتاج الإيثانول والديزل الحيوي من المصادر الزراعية لها EROEI في المدى 4.2 ، عندما يتم حساب الطاقة المستخدمة لإنتاج المواد الأولية (في هذه الحالة ، عادةً قصب السكر والذرة وفول الصويا و مثل). هذه القيم EROEI غير قابلة للمقارنة مباشرة ، لأن هذه الحسابات EROEI تشمل تكلفة الطاقة لإنتاج المواد الأولية ، في حين أن حساب EROEI أعلاه لعملية إزالة البلمرة الحرارية (TDP) لا.

عملية تكسر تقريبا جميع المواد التي تغذي فيه. يقوم برنامج TDP حتى بكفاءة بكسر العديد من أنواع المواد الخطرة ، مثل السموم والمواد البيولوجية التي يصعب تدميرها مثل البريونات.

المواد الخام	زيوت	الغازات	المواد الصلبة (يعتمد معظمها على الكربون)	بخار الماء)
زجاجات بلاستيكية	70٪	16٪	6٪	8٪
النفايات الطبية	65٪	10٪	5٪	20٪
الإطارات	44٪	10٪	42٪	4٪
تركيا فضلات	39٪	6٪	5٪	50٪
حمأة مياه الصرف الصحي	26٪	9٪	8٪	57٪
ورقة (السليلوز)	8٪	48٪	24٪	20٪

(ملاحظة: يحتوي الورق / السليلوز على 1٪ من المعادن على الأقل ، والتي ربما تكون مجمعة تحت المواد الصلبة الكربونية.)

منتجات نبات قرطاج
كما ورد في 04/02/2006 من مجلة ديسكوفر ، كان مصنع قرطاج بولاية ميسوري ينتج 500 برميل في اليوم (79 م 3 / د) من النفط المصنوع من 270 طنًا من أحشاء الديك الرومي و 20 طنًا من خنزير الخنزير. هذا يمثل عائدات النفط من 22.3 في المئة. ينتج مصنع قرطاج API 40+ ، وهو زيت خام عالي القيمة. يحتوي على نفثات خفيفة وثقيلة ، وكيروسين ، وجزء من زيت الغاز ، مع عدم وجود زيوت وقود ثقيلة أو قطرات أو اسفلتين أو شموع. ويمكن تحسينه لإنتاج زيوت وقود رقم 2 ورقم 4.

TDP-40 تصنيف الزيت بواسطة طريقة D-5443 PONA

مواد الإخراج	٪ بالوزن
برافين	22٪
الأوليفينات	14٪
النفثينات	3٪
العطريات	6٪
C14 / C14 +	55٪
	100٪

المواد الصلبة الكربونية الثابتة التي تنتجها عملية TDP لها استخدامات متعددة كمرشح ، ومصدر للوقود ، وأسمدة. ويمكن استخدامه كربون نشط في معالجة مياه الصرف الصحي ، أو كسماد ، أو كوقود مماثل للفحم.

مزايا
يمكن أن تؤدي العملية إلى تكسير السموم العضوية ، بسبب كسر الروابط الكيميائية وتدمير الشكل الجزيئي اللازم لنشاط السموم. ومن المرجح أن تكون فعالة للغاية في قتل الجراثيم ، بما في ذلك البريونات. ويمكنه أيضًا إزالة المعادن الثقيلة من العينات بأمان عن طريق تحويلها من أشكالها المتأينة أو العضوية العضوية إلى أكاسيدها الثابتة التي يمكن فصلها بأمان عن المنتجات الأخرى.

جنبا إلى جنب مع عمليات مماثلة ، فهي طريقة لإعادة تدوير محتوى الطاقة من المواد العضوية دون إزالة الماء أولا. يمكن أن ينتج وقود سائل ، والذي ينفصل عن الماء جسديا دون الحاجة للتجفيف. طرق أخرى لاستعادة الطاقة غالبا ما تتطلب التجفيف (مثل حرق ، الانحلال الحراري) أو إنتاج منتجات غازية (مثل الهضم اللاهوائي).

المصادر المحتملة لمخلفات النفايات
تقدر وكالة حماية البيئة الأمريكية أنه في عام 2006 بلغ عدد النفايات البلدية الصلبة 251 مليون طن ، أو 4.6 رطل لكل شخص يومياً في الولايات المتحدة الأمريكية. جزء كبير من هذه الكتلة يعتبر غير مناسب لتحويل الزيت.

محددات
لا تؤدي العملية إلا إلى كسر السلاسل الجزيئية الطويلة إلى أقصر منها ، بحيث لا يمكن تحويل الجزيئات الصغيرة مثل ثاني أكسيد الكربون أو الميثان إلى النفط من خلال هذه العملية. ومع ذلك ، يتم استعادة غاز الميثان الموجود في المادة الخام وحرقه لتسخين المياه التي تشكل جزءًا أساسيًا من العملية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن حرق الغاز في محطة مشتركة لتوليد الطاقة وتوليد الطاقة ، تتكون من توربين غاز يعمل على توليد مولد كهربائي لتوليد الكهرباء ، ومبادل حراري لتسخين المياه الداخلة في العملية من غاز العادم. يمكن بيع الكهرباء إلى شبكة الكهرباء ، على سبيل المثال في إطار مخطط للتعريفة. وهذا يزيد أيضًا من الكفاءة الكلية للعملية (التي يقال إنها أكثر من 85٪ من محتوى الطاقة الوسيطة).

خيار آخر هو بيع منتج الميثان على أنه غاز حيوي. على سبيل المثال ، يمكن ضغط الغاز الحيوي ، مثل الغاز الطبيعي ، واستخدامه لتشغيل المركبات الآلية.

يمكن معالجة العديد من الفضلات الزراعية والحيوانية ، ولكن الكثير منها يستخدم بالفعل كسماد وعلف حيواني ، وفي بعض الحالات ، كمواد وسيطة لمصانع الورق أو كوقود للمراجل. تشكل محاصيل الطاقة مادة خام كبيرة محتملة أخرى لإزالة البلمرة الحرارية.

الحالة الحالية
وزعمت التقارير في عام 2004 أن منشأة قرطاج كانت تبيع منتجات بسعر يقل بنسبة 10٪ عن سعر النفط المكافئ ، لكن تكاليف إنتاجها كانت منخفضة بما يكفي بحيث حققت ربحًا. في الوقت الذي كان يدفع مقابل نفايات الديك الرومي (انظر أيضا أدناه).

ثم استهلك المصنع 270 طنا من مخلفات تركيا (الإنتاج الكامل لمصنع معالجة الرومي) و 20 طنا من نفايات إنتاج البيض يوميا. في فبراير 2005 ، كان مصنع قرطاج ينتج حوالي 400 برميل في اليوم (64 م 3 / د) من النفط الخام.

في أبريل 2005 تم الإبلاغ عن تشغيل المصنع في حيرة. لخصت تقارير عام 2005 بعض النكسات الاقتصادية التي واجهها مصنع قرطاج منذ مراحل التخطيط. وكان من المعتقد أن القلق من مرض جنون البقر سيحول دون استخدام نفايات الديك الرومي والمنتجات الحيوانية الأخرى كعلف للماشية ، وبالتالي فإن هذه النفايات ستكون مجانية. وكما تبين ، فإن نفايات الديك الرومي ربما لا تزال تستخدم كعلف في الولايات المتحدة ، لذلك يجب على المنشأة شراء مخزون الأعلاف هذا بتكلفة تتراوح بين 30 إلى 40 دولارًا للطن الواحد ، مع إضافة 15 إلى 20 دولارًا للبرميل إلى تكلفة النفط. وبلغت التكلفة النهائية ، اعتبارًا من يناير 2005 ، 80 دولارًا للبرميل (1.90 دولارًا أمريكيًا / غال).

كما تستثني تكلفة الإنتاج المذكورة أعلاه تكاليف تشغيل المؤكسد الحراري وغسالات الغسيل المضافة في أيار / مايو 2005 استجابة لشكاوى الرائحة (انظر أدناه).

لم يكن الاعتماد الضريبي للوقود الحيوي يعادل دولارًا واحدًا تقريبًا لكل جالون أمريكي (26 ¢ / لتر) على تكاليف الإنتاج لأن النفط المنتج لم يستوفِ تعريف “وقود الديزل الحيوي” وفقًا للتشريعات الضريبية الأمريكية ذات الصلة. وقد أضاف قانون سياسة الطاقة لعام 2005 بالتحديد إزالة البلمرة الحرارية إلى ائتمان ديزل قابل للتجديد بقيمة دولار واحد ، والذي أصبح ساري المفعول في نهاية عام 2005 ، مما سمح بربح قدره 4 دولار / برميل من النفط الخام.

توسع الشركة
وقد استكشفت الشركة التوسع في كاليفورنيا وبنسلفانيا وفيرجينيا ، وتدرس حاليًا المشاريع في أوروبا ، حيث لا يمكن استخدام المنتجات الحيوانية كعلف للماشية. كما يتم اعتبار TDP كوسيلة بديلة لمعالجة مياه الصرف الصحي في الولايات المتحدة.

شكوى الرائحة
تم إغلاق المصنع التجريبي في قرطاج مؤقتًا بسبب شكاوى الرائحة. سرعان ما أعيد تشغيله عندما تم اكتشاف أن القليل من الروائح تم توليدها بواسطة النبات. علاوة على ذلك ، وافق المصنع على تركيب جهاز مؤكسد حراري محسن وترقية نظام جهاز تنقية الهواء بموجب أمر محكمة.وبما أن المصنع يقع على بعد أربع مربعات سكنية فقط من مركز المدينة الذي يجتذب السياح ، فقد أدى ذلك إلى توتر العلاقات مع العمدة ومواطني قرطاج.

ووفقاً للمتحدثة باسم الشركة ، فقد تلقى المصنع شكاوى حتى في الأيام التي لا يعمل فيها. كما زعمت أن الروائح ربما لم تكن قد تم إنتاجها من منشآتها ، والتي تقع بالقرب من العديد من مصانع التجهيز الزراعية الأخرى.

في 29 ديسمبر 2005 ، أمر حاكم الولاية بإغلاق المصنع مرة أخرى بسبب ادعاءات بوجود روائح كريهة كما ذكرت من قبل MSNBC.

اعتبارًا من 7 مارس 2006 ، بدأ المصنع في تشغيل اختبار محدود للتحقق من أنه حل مشكلة الرائحة.

واعتبارًا من 24 أغسطس 2006 ، تم رفض الدعوى الأخيرة المرتبطة بموضوع الرائحة واعترف بأن المشكلة ثابتة. في أواخر نوفمبر ، ومع ذلك ، تم تقديم شكوى أخرى على الروائح الكريهة. تم إغلاق هذه الشكوى في 11 يناير 2007 بدون أي غرامات تم تقييمها.

الحالة اعتبارًا من فبراير 2009
وفي مقال نُشر في أيار / مايو 2003 في مجلة “ديسكفر” ، “أقام آبيل أموال المنح الفدرالية للمساعدة في بناء مصانع للتظاهر لمعالجة مخلفات الدجاج والسماد في ولاية ألاباما وبقايا المحاصيل والشحوم في نيفادا. كما توجد في النباتات نباتات لمعالجة فضلات الديك الرومي وروثه. في كولورادو ونفايات لحم الخنزير والجبن في إيطاليا ، ويقول إن الجيل الأول من مراكز إزالة البلمرة سيعمل في عام 2005. ومن ثم ينبغي أن يكون واضحا ما إذا كانت التكنولوجيا معجزة كما يدعي مؤيدوها.

ومع ذلك ، اعتبارًا من أغسطس 2008 ، المصنع الوحيد المدرج في موقع الشركة على الويب هو المصنع الأولي في قرطاج بولاية ميسوري.

تطبيق تغيير التكنولوجيا العالمية على الاكتتاب العام الأولي في 12 أغسطس. عام 2008 ، على أمل جمع 100 مليون دولار.

فشلت عملية الاكتتاب غير العادية في نوع المزاد الهولندي ، لأن شركة CWT خسرت ما يقرب من 20 مليون دولار مع عائدات ضئيلة للغاية.

تقدمت CWT ، الشركة الأم لحلول الطاقة المتجددة ، بطلب للحصول على إفلاس الفصل 11. لم يتم الإفصاح عن أي تفاصيل حول خطة مصنع قرطاج.

في أبريل 2013 ، تم شراء CWT من قبل شركة كندية ، Ridgeline Energy Services ، ومقرها في كالجاري.

تكنولوجيات مماثلة
محولات البلازما تستخدم أقواس كهربائية قوية للحد من واستخراج الطاقة من النفايات.
الأكسدة الرطبة
التكسير الهيدروجيني