呂曉龍,李慶黨 
青島科技大學 山東 青島 266061 
(青島統一戰線智庫2020年度立項課題)

一、 發展高分子材料循環經濟產業的意義和可行性
  高分子材料主要包括:天然橡膠高分子材料、塑料高分子材料和纖維高分子材料。塑料高分子材料主要是約10萬分子量的材料,同時大多數是熱塑性材料,廢棄后的塑料經加熱處理就可循環利用;纖維高分子材料則主要用于服裝行業領域的原材料;天然橡膠高分子材料一般都在10萬以上分子量的材料,是全球一種最強的彈性體,其分子鍵的結合能都在250~300焦耳,因此,廢棄后的天然橡膠高分子材料循環加工利用難度很大,而且在大自然中數百年也不能降解。地球上因橡膠高分子材料具有特有的高彈性,在人民日常的生活中,在國民經濟各領域有著相當廣泛用途,應用的數量也越來越多,譬如:全球汽車輪胎每年的產量已超過了20億條,而我國已占約38%[1],約有7億條,這是一個驚人的數字,同時其廢棄的廢舊輪胎已有1500萬噸/年[2],如果這些廢舊輪胎不加以處理和循環利用,將給人們帶來嚴重后果:
  1.將占用大量的土地面積:若將廢舊輪胎并排排列,在五年內將鋪滿青島市區(市南、市北、李滄、嶗山、黃島、城陽、即墨等七區);在十年內將鋪滿整個青島(含膠州、平度、萊西等三市);
  2.導致自然環境的黑色污染:若不經過循環利用,廢舊的高分子材料和制品將遍布河流、湖泊、海洋、道路和原野,極大地破壞了自然環境;
  3.高分子材料制品是不會降解的材料,經過長年累月的風化、雨淋和太陽暴曬,將成為蒼蠅、蚊子和蟲害的滋生地,也成了傳染疾病的滋生地;
  4.高分子材料也是易燃材料,容易發生火災,這種情況有很多先例,曾在西班牙發生了一次廢舊輪胎堆放點的火災,熊熊大火整整燃燒了2個月。
  因此,對高分子材料循環利用十分必要。
  橡膠高分子材料是一種戰略物資,而我國卻是世界消耗橡膠高分子材料的大國,也是進口橡膠高分子材料的第一大國,我國自產的天然橡膠高分子材料只占約15%左右,80%需要進口[3],我國進口和生產天然橡膠數量如圖1所示。消耗了大量外匯。我國每年產生廢舊橡膠高

圖1 天然橡膠進口量與國內產量柱形對照圖
 
  分子制品達到1800萬噸/年(含輪胎與制品),如果按目前30%循環利用,也將約500多萬噸/年,若按循環利用的橡膠高分子材料含橡膠烴30%左右,則可替代150萬噸/年的天然高分子材料,這不但可節省外匯近150億/年,而且穩定了國際的橡膠高分子材料的市場。因此,發展高分子材料循環經濟產業有重大的現實意義。
  根據有關資料介紹,美國橡膠高分子循環利用約占3.2%,日本約占2%,而我國對橡膠高分子材料循環利用占了全球的82%[4]??梢哉f,在全球只有中國是橡膠高分子材料循環利用大國?,F在問題是:為什么歐美發達國家,各種汽車占有量,廢棄橡膠高分子材料占有量比重相當大。同時也會產生黑色污染問題,但是他們為什么不發展橡膠高分子材料循環經濟產業?主要原因是在發展橡膠高分子循環經濟產業過程中會產生大量的污水、污氣和大量有害的氣體,歐美國家為了保護自然環境,因此很早就放棄了橡膠高分子材料循環經濟產業。然而,我國在上世紀80年代開放改革初期,由于有大量廢舊(輪胎)高分子材料,加上有廣泛應用市場,產生了廢舊(輪胎)高分子材料循環(再生)的產業,產生了大量粗放型廢舊輪胎高分子材料循環(再生)的作坊工場。與此同時,由中國橡膠工業協會組織了廢舊輪胎高分子材料循環(再生)技術的攻關小組,通過消化吸收德國的《高溫高壓脫硫生產再生膠技術》,生產效率幾倍的增高,產品質量也空前提高,推動了廢舊輪胎高分子材料循環(再生)利用產業在全國遍地開花,由此形成了我國獨有的廢舊輪胎高分子材料循環(再生)利用獨有的風景線。正是由于我國具有龐大的廢舊輪胎高分子材料循環(再生)產業,有大量利用循環(再生)高分子材料的產業和市場,因此,循環(再生)利用市場迅速發展,目前廢舊輪胎高分子材料循環(再生)銷售量已達約500萬噸/年[5],近10年來再生橡膠銷售量如圖所示[6]。由于巨大市場的動力,促進了生產力和技術創
圖2  2010~2019年我國再生膠需求量和產量
 
  新的不斷進步:從有重大水和氣二次污染開放式的《高溫高壓脫硫生產再生膠技術》發展到連續封閉式的《多螺旋連續脫硫技術》,從品質低可靠性差的《多螺旋脫硫技術》發展到可靠性較高的《普通單螺桿脫硫技術》;從質量均勻性差和穩定性欠佳的《普通單螺桿脫硫技術》發展到強力脫硫的《雙螺桿連續脫硫技術》;從復雜的《雙螺桿連續脫硫技術》發展到結構簡單、高品質、低能耗和易于推廣的《單螺桿連續復合脫硫技術》;也將在不久的時間,將會發展到連續封閉精煉的后處理技術代替多機一線傳統技術。從我國發展橡膠高分子循環經濟產業(再生)技術的軌跡來看,我國發展橡膠(廢舊)輪胎高分子材料循環經濟產業的技術中是處于國際領先行列中。綜上所述發展我國、我省、我市(橡膠)高分子循環經濟產業具備了必要性、現實性和先進技術的可行性。這為在“工業互聯網背景下發展高分子材料循環經濟產業”奠定了堅實基礎。
 
二、 工業互聯網背景下發展高分子材料循環經濟產業存在的問題
  高分子循環經濟產業包括四大部分:(1)上游產業:廢舊高分子材料的回收產業和廢舊(輪胎)高分子粉碎產業;(2)中游產業:廢舊(輪胎)高分子再生產業;(3)下游產業:再制造高分子產業;(4)工業互聯網產業。如圖3所示。
圖3 工業互聯網高分子循環經濟產業的構成
 
  在現有的橡膠高分子材料循環經濟產業仍然處在初級階段,對整個行業可以歸納如下五個現狀:(1)小,規模小,全行業的前三十名,其總產能占比只有20~30%[7],還是以作坊生產為生,據介紹全國有2000~3000個橡膠高分子材料循環利用企業;(2)散,橡膠高分子材料循環利用企業在全國遍地開花,沒能有效組織起來,任其自生自滅;(3)亂,現有相關企業的加工與生產現場,廢舊橡膠高分子材料占滿了廠區,加工時塵土飛揚;(4)差,相關企業環境差,除了粉塵污染外,還有加工過程的惡臭以及水和氣的污染;(5)集中度低,在我國產能7萬噸/年的企業可算作老大(也只此一家),5萬噸的企業可算作老二(也只此一家),其產值分別大約在2.5~3億元/年、1.5~2億元/年。相關企業之所以存在以上這個狀態,主要存在如下五個問題:
 ?。ㄒ唬U舊橡膠高分子材料制品尚未構建回收體系
  目前,廢舊高分子材料制品以年產廢舊輪胎1500萬噸/年為例,國家沒有統一的回收體系,只有社會個體或集體收(購)集,這是隨機自由交易的形態,由于信息缺乏與不對稱,以及地域的分散,用戶的分散,因此造成廢舊輪胎回收的盲目性和缺乏有效性,這對廢舊高分子材料循環利用在源頭上產生了問題。
 ?。ǘU舊高分子制品進行切塊和粉碎工藝設備落后
  其使用的設備技術說其是加工設備倒不如說其是人工+工具,即行業說是“小三件”,通過繁重而危險的人工操作切成膠條、膠塊,然后在開放式兩輥粉碎機進行低效的粉碎操作。這種落后的生成工藝與設備不但污染了環境,產生安全隱患,而且難以實現文明生產和自動化生產直接制約橡膠高分子循環經濟產業的發展。
 ?。ㄈU舊高分子再生核心技術未能創新
  廢舊橡膠高分子再生產業是屬于該產業的中游產業,也是該領域的核心產業。歐美發達國家之所以幾乎沒有廢舊橡膠高分子循環經濟產業,其主要原因是:其廢舊高分子材料再生生產工藝與設備滿足不了環保要求。因為在再生過程中會產生大量水和氣的二次污染,要解決水和氣的二次污染,其所花費的環保費用和勞動力費用遠高于直接使用原型天然橡膠高分子材料。因此,歐美發達國家寧可將廢舊(輪胎)高分子制品設置集中堆放場地也不進行再生循環利用。目前,我國在再生工藝技術和設備仍然是歐美發達國家上世紀80年代使用并淘汰的“高溫高壓動態脫硫技術與設備”,但今天我國已發展到“金山銀山不如綠水青山”的時代,這條路已走不下去了。
 ?。ㄋ模U舊高分子環經濟產業檔次低下
  目前國內的橡膠高分子再生的企業只有小數企業有下游橡膠制品產業。如:力車胎,膠板等低檔次產品,對比較高檔次的輪胎企業,運輸帶企業,公路橋梁橡膠制品的企業基本上是空白。由此,一方面造成橡膠高分子材料循環利用脫節,不利于循環產業的發展;另一方面,大頭的下游產品的利潤卻從廢舊橡膠高分子再生的企業剝離出去,導致再生高分子材料產業沒有足夠的利潤和積累去更新新技術、新設備,這些企業一直都是在過窮日子,這是再生高分子材料企業的真實寫照。
 ?。ㄎ澹U舊高分子在循環產業中脫節
  橡膠高分子材料再生的產業中,從原材料到上游產業,再到中游產業,最后到下游產業,整個生產鏈基本是脫節的,對于嫁接和采用工業互聯網尚難提到日程上來。這是對橡膠高分子材料再生產業實現自動化、智能化的目標差距甚大。
 
三、 在工業互聯網背景下,發展高分子材料循環經濟產業的對策
 ?。ㄒ唬嫿ㄓ晒I互聯網框架下的廢舊高分子制品回收體系
  回收體系應用工業互聯網原理圖如圖4所示。
圖4 在工業互聯網背景下
廢舊高分子材料制品回收體系
 
  要推行工業互聯網背景下的廢舊高分子循環利用將涉及到社會的許多方面,也將會遇到許多困難和阻力。首先是輪胎企業有不同意見:一是在輪胎企業要在生產中植入溯源芯片,增加加工工作量;二是在處理回收的廢舊輪胎時,需付費給處理企業,而現在則可出售給下游企業用戶,反差很大;同時對回收工作也增加了許多麻煩,因此幾年來一直落實不下去,不過今年年初國務院發布了“國發[2021]4號文件[8],關于加快建立健全綠色低碳循環經濟發展經濟體系的指導意見,”強調了加強再生資源回收利用,加快落實生產者責任延伸制度。實現工業互聯網的回收體系將解決長期存在的回收工作的混亂局面以及其帶來的許多負面的問題。
(二)由落后的生產工藝和設備升級到全自動連續封閉的粉碎自動生產線
在廢舊高分子橡膠輪胎再生過程,第一步需將廢舊高分子制品粉碎,目前粉碎工藝過程如圖5所示:
圖5 傳統廢舊高分子制品(輪胎)粉碎工藝流程
 
  這種傳統工藝有如下問題:①基本是露天人工操作;②容易產生安全事故;③工人工作強度大;④工作時塵土飛揚,產生污染;⑤生產效率低;⑥難予實現自動化。
  近代的粉碎工藝流程如圖6所示:
圖6 近代粉碎工藝流程
 
  近代粉碎工藝技術解決了傳統工藝的污染問題、安全問題、勞動強度問題以及生產效率低等問題,易于實現自動化、智能化和文明生產。但是,近代粉碎設備生產線初始投資較大,這是生產力發展中常能遇到的一個問題,然而由落后的生產工藝設備升級到近代粉碎工藝技術與設備是社會發展的要求。
 ?。ㄈ┩苿釉偕叻肿用摿蚝诵募夹g的新舊動能轉換
  從上世紀80年代以來一直使用著高溫高壓動態脫硫技術,在當時比水油法先進多了,效率成倍提高,促進了當時的再生高分子產業迅速發展,但是隨著社會的發展,再生高分子產業對水和氣嚴重的污染問題已引起社會的高度重視。然而,由于國內天然高分子相當匱乏,不能像歐美國家一關了之,甚至不惜缺失廢舊高分子再生產業。我們要推動傳統嚴重污染的“高溫高壓動態脫硫技術與設備”向綠色環保的“廢舊高分子綠色環保單螺桿一體化脫硫技術與設備”的動能轉換。
 ?。ㄋ模┕タ诉B續精煉/壓片創新技術代替開放式多機一線落后技術
  廢舊高分子材料是一種高分子、高彈態的材料,有強烈的“記憶效應”,因此對其中精煉十分困難。自1916年發明了精煉的本伯里間歇式密煉機以來已有105年歷史[9],國內外相關的科技工作者和相關部門投入了大量的人力、物力、財力研究連續的精煉技術與設備,試圖代替高能耗、高粉塵污染的密煉機,時至今日尚未實現此技術的突破。在這種情況下,高分子的脫硫技術一直沿用“多機一線”(即:對脫硫后的高分子物料采用開放式的雙輥筒、小輥距和多臺精煉機進行精煉和壓片)。此技術能耗高(高達占總用電量50~60%)、PM2.5污染大、工作環境差和自動化程度低下。因此,要實現廢舊高分子再生產業的革命性突破必須攻克“連續封閉精煉/壓片技術”。社會稱謂“橡膠黃埔”的青島科技大學,其高分子機械研究所和青島高機科技有限公司對連續混(精)煉先后進行了40多年的研究,并在精煉技術的理論上和實踐上已成功突破。
 ?。ㄎ澹┩茝V工業互聯網在廢舊高分子循環經濟利用企業的系統應用
  由于廢舊高分子再生產業長期存在“小、散、亂、差 、集中度低”的落后狀態,加上技術與設備的落后以及缺乏資金的投入,因此,工業互聯網在廢舊高分子循環經濟利用企業遲遲沒能推廣應用。目前工業互聯網技術已廣泛應用在人們的日常生活、社會活動、市場流通以及各行各業當中。在廢舊高分子再生的產業中,實施新技術、新工藝、新設備的新舊動能轉換時,從手工操作的技術轉變成自動操作的技術,從間歇操作的技術轉變成連續操作的技術,從散亂狀態轉變成集中有序狀態,以及溯源技術在廢舊高分子再生產的應用。使用工業互聯網已提供了必要和可能的條件,所以在此新舊動能轉換當中要同時考慮工業互聯網在廢舊高分子再生產業中的系統應用。
 
四、建議
 ?。ㄒ唬┲贫◤U舊高分子循環利用新舊動能轉換的方針政策
  在廢舊高分子循環利用產業領域中,因為該產業相當落后,現在要迎頭趕上,必須在新舊動能轉換中出臺相應的方針政策,譬如:
  1.確定新舊動能轉換的具體內容:采用新工藝、新技術和新設備,明確淘汰高污染、高能耗以及勞動密集型的落后產能;
  2.有計劃有步驟對傳統的“小、散、亂、差 、集中度低”的企業進行整頓,提高對環境污染、能耗和集中度等指標的門檻,并進行驗收;對新上馬和搬遷的廢舊高分子循環利用企業按新標準審批和驗收;
  3.鼓勵新工藝、新技術、新設備進入廢舊高分子循環利用領域,政府給予適當補助,引導新工藝、新技術、新設備進場,加速提升該產業的升級,徹底改變行業的落后產能;
  4.鼓勵國有企業和有實力的其它行業企業以及社會資金進入廢舊高分子循環利用企業,盡快形成強有力、高水平的產業,同時政府在審批用地和貸款以及減免稅收等方面給予優先考慮;
  5.繼續完善和提高對廢舊高分子循環利用產業的優惠政策。
 ?。ǘ┐_實落實“生產企業責任延伸制度”
  多少年來歐美國家都實行廢舊高分子有償處理的模式,即每處理一噸廢舊高分子材料政府給補助多少錢,可是在我國卻有這樣一個現象:廢舊高分子處理企業,不但沒有得到國家補貼,反而企業要用錢去購買廢舊高分子制品,增加了一大塊成本。本來廢舊高分子循環利用企業利潤低,很難做到有原始積累去提升企業的技術水平,由此形成了惡性循環。國家也已經看到了這問題,一度要推動“生產企業責任延伸制度”,所謂“生產企業責任延伸制度”是指生產高分子產品的企業(如輪胎),在銷售時已附加了廢舊產品循環利用的處理費,然后將這部分處理費再交由循環利用的企業。這一模式在世界各國都在執行,唯獨我國很難推進,為了有利和鼓勵廢舊高分子循環利用產業的發展,我國在年初又發布了“國發【2021】”4號文件[8]。有關主管部門和行業要借4號文件的東風,確實落實“生產企業責任延伸制度”。
 ?。ㄈ┰诠I互聯網背景下建設我市廢舊高分子循環經濟產業示范園
  在廢舊高分子循環利用產業由于底子薄,經濟困難,一直都處在落后產能的狀態,在新舊動能轉換中,有大量的新工藝、新技術、新設備、新思維進入該領域,這一切如果隨意上馬和推廣,很難實現多快好省的轉型,因此,我市要樹立一個標桿,構建我市“在工業互聯網背景下廢舊高分子循環經濟產業示范基地”,在有關新工藝、新技術、新設備、新思維得到驗證和完善后,形成系統的成熟模板,再進行全面推廣。“在工業互聯網背景下的廢舊高分子循環經濟產業示范基地”循環原理圖,如圖7所示。
圖7 工業互聯網發展高分子材料循環經濟產業循環原理圖
 ?。ㄋ模┯薪M織、有目標、有計劃研發廢舊高分子循環經濟產業原始創新的關鍵技術和設備
  如果說,歐美國家技術如此發達沒有系統的廢舊高分子(如廢舊輪胎)循環經濟產業,大家是不會相信的。在美國先后對廢舊高分子(廢舊輪胎)都當做垃圾廢棄,曾最先出現過丟入大海,后來發現丟入大海的廢舊輪胎水域連微生物及魚類都沒有了,又重新打撈上來;隨后通過掩埋,又占用大量的土地面積;后來用來發電又產生“二噁英”;最后只好在各個州建立廢舊高分子(廢舊輪胎)停放場。目前廢舊輪胎高分子制品在美國只有局部得到循環利用,如:翻胎和鋪路等,但用量是少數。之所以歐美國家廢舊高分子循環經濟走到這一步,主要是:該產業污染嚴重,處理成本高,資本家不會為社會做虧本生意的,因此歐美放棄了廢舊高分子循環經濟產業。但是,在我國改革開放初期因國內市場緊缺天然高分子材料,同時國家對污染問題尚未進行管制,而涌現遍地開花粗放型的再生高分子企業,進而在幾十年來形成了世界獨有的再生高分子循環產業。由于我國存在眾多的高分子循環經濟企業,對處理廢舊高分子循環經濟的產業有充分和巨大的研究新工藝、新技術、新設備的廣泛空間和動力。因此,我國在處理廢舊高分子(廢舊輪胎)新工藝、新技術、新設備的核心技術是處于世界領先水平的,如圖8所示為處于國際領先的綠色環保一體化再生高分子技術與設備[10][11]。我國的該產業的產能也是世界領先的,其產能與銷售量超過了80%。
圖8 綠色環保一體化再生高分子技術與設備
 
  為了持續發展廢舊高分子循環經濟產業原創性的關鍵技術與設備,我國各級科研主管部門應該在科研立項和科研經費給予傾斜。我國的廢舊高分子循環經濟產業的核心技術領先世界,而我市此項的核心技術又領先全國,這跟被稱為“橡膠黃埔”的青島科技大學分不開,我們共同為青島創建在工業互聯網背景下發展高分子循環經濟產業領域中一張靚麗的“青島名片”貢獻力量。
 ?。ㄎ澹└骷夘I導和職能主管部門進一步重視廢舊高分子循環經濟的發展和布局
  早在2014年我市就配合省政府對《加快推廣原創性技術大力發展我省廢舊輪胎循環利用產業》的調研工作[12],省政府相當重視,鄧向陽副省長批示:“廢舊輪胎循環利用是一個大的產業,搞好了對節能減排,改善環境質量意義重大,關鍵是如何加快推廣,落實到具體地方和項目上。請省環保廳利用我們的技術對接平臺,加大推介力度,使其作為一個環保產業來扶持發展。”[13],張超超副省長批示:“請經委在起草我省輪胎產業轉型升級方案中給予吸收。”為了做好、做強、做大廢舊高分子循環經濟產業的發展,我們要繼續重視這一工作。
在廢舊高分子循環經濟產業中有兩個認識誤區:一是污染產業;二是不干有人干。對于前者,隨著技術的發展,污染問題已得到了解決,國家取消了廢舊高分子產業不用進特定的化工園區,新技術的“廢舊高分子循環經濟產業”可以不用環評報告書,可用環評報告表就可以了;對于后者,據了解(上海為例),上海曾經主要靠江蘇消化處理廢舊高分子制品,現在江蘇提出:我們也有大量廢舊高分子制品要消化,你們自己處理好了,現在上海也計劃發展“廢舊高分子循環經濟產業”了,因此我們也要考慮這一問題了。對于“廢舊高分子循環經濟產業”的布局可考慮市區外的平度、萊西和膠州等地市或化工園區。
  請市政府和主管部門制定出我市在工業互聯網背景下發展我市循環經濟產業的短期、中期和遠期的發展規劃和實施規劃相應的方針政策。
 
  以上調研報告,是否妥當,請領導批評指正。

參考文獻
【1】中國橡膠信息貿易網.2017年全球輪胎產量或超22億條.輪胎世界網.2017-12-14
【2】馬秀琴,劉紅凱,馮志亮,趙秀璞.廢舊輪胎回收體系研究[J].中國輪胎資源綜合利用:2018-04-15
【3】數據統計:中國海關,國家統計局
李青. 2020年天然橡膠期貨市場回顧及2021年展望[J]. 橡膠科技:2021-02-15
【4】[呂柏源.淺談廢舊橡膠制品再生膠(脫硫)技術與展望.全國行業會報告2017
【5】數據來源:中國橡膠工業協會廢橡膠綜合利用協會
【6】數據來源:中國橡膠工業協會廢橡膠綜合利用協會
【7】數據來源:中國橡膠工業協會廢橡膠綜合利用協會
【8】國發【2021】4號文件.關于加快建立健全綠色低碳循環經濟發展經濟體系的指導意見,2021
【9】呂柏源主編.橡膠工業手冊(第3版)橡膠機械(上).化工出版社,2014:56
【10】Single-screw extrusion desulfurization and post-processing system, and method for preparing reclaimed rubber.US 9969857 B2.2020/7/23
【11】Single-screw extrusion desulfurization and post-processing system, and method for preparing reclaimed rubber.IN 342297.2020/7/23
【12】省政府參事孫志恒、呂柏源、車純濱、姜玉山.加快推廣原創性技術,大力發展我省廢舊輪胎循環利用產業.2014
【13】鄧向陽副省長批示,2014.6.6
 
(本文將發于《橡塑技術與裝備》2022年11月上,請勿抄襲)