积聚在世界海洋中的塑料垃圾在海洋环流中形成了巨大的“塑料岛”。去除塑料为我们的海洋恢复到更原始的状态提供了机会。为了清洁环流，船舶必须在将塑料运往数千公里外的港口之前收集和储存塑料。相反，海洋塑料废物可以转化为船上燃料，例如，使用水热液化 (HTL)，在高温(300°C 至 550°C)和高压(250 巴至 300 巴)下解聚塑料。由此产生的解聚产物，称为“蓝色柴油”，具有自供电清理的潜力。这项工作的目的是评估该方案的热力学可行性及其对清理的影响。
抽象的
收集和清除海洋塑料可以减轻它们对环境的影响;然而，海洋清理将是一项复杂的能源密集型作业，尚未得到充分评估。这项工作检查了热力学可行性和水热将这种废物转化为燃料以实现自供电清理的后续影响。全面的概率火用分析表明，热液液化有可能产生足够的能量来为过程和执行清理的船舶提供动力。自供电清理减少了到满载废物的船舶港口的往返次数，消除了大多数塑料浓度使用化石燃料的需要。为大太平洋垃圾带 (GPGP) 模拟了几种清理方案，相当于每年清除 230 吨至 11,500 吨塑料;该范围对应于 GPGP 中塑料表面浓度的不确定性。估计的清理时间主要取决于在不牺牲收集效率的情况下可以在 GPGP 中部署的栅栏数量。自供电清理可能是从海洋中清除塑料的可行方法，应解决我们对 GPGP 特性的理解差距以减少不确定性。
据估计，每年有 480 万至 1270 万吨塑料进入海洋，广泛分布在海洋表面和水体中，沉积在沉积物中，并在海洋生物中积累 (1⇓–3)。大量研究表明，塑料会对海洋生物和鸟类造成重大损害，因此促使人们采取有效的缓解和清除措施 (4)。减少或消除产生的塑料废物量至关重要，尤其是当当前的负荷可能持续数年甚至数十年时 (1,5,6)。
作为从环境中去除塑料的综合方法的一个非常明显的部分 (1,5,6)，正在努力从洋流形成的环流中的堆积区收集海洋塑料 (3,7)。目前从公海中清除塑料的方法是利用一艘船，该船必须将塑料储存在船上，直到它返回港口(通常是数千公里外)以卸载塑料、加油和再补给。
使用收获-返回方法对清理时间的乐观评估表明，完全去除塑料至少需要 50 年时间 (7)，每年的成本为 3620 万美元 (8);更保守的估计表明，部分拆除将需要超过 130 年 (7,9)。数十年的清理时间意味着环境退化可能已经将现有塑料减少到微观和更小的形式，在清理完成之前无法再收获(1,4,9 ))。这些考虑突显了从海洋中清除塑料的巨大挑战，并自然而然地提出了以下问题：是否有任何方法可以比降解更快地从海洋中清除塑料?
目前的一些塑料去除策略涉及通过吊杆系统进行堆积，吊杆系统由半圆形浮标组成，并配有延伸到海面以下的细网 (7,10)。这些围栏的位置使得盛行的水流将塑料带到围栏，然后在那里积聚。目前设想的方法是让一艘船蒸汽到围栏系统，收集塑料，然后返回港口卸载和加油，然后再恢复收集活动。
如果取消加注和卸载塑料的返程，回收塑料所需的时间可以减少。事实上，收获的塑料具有与碳氢燃料相似的能量密度。利用这种能量为船舶提供动力可以消除为船舶加油或卸载塑料的需要，减少化石燃料的使用和潜在的清理时间。
自供电收割可能提供一种在小于环境退化的时间尺度上使用被动栅栏收集方法完成清理的方法。不幸的是，随着技术的进步(7)，特别是随着塑料的不断积累，清理本身就是一个不断变化的目标。因此，需要一个框架来评估自供电收割对清理时间和燃料使用的影响。当更多数据可用时，可以更新框架。
为了有价值，清理框架必须可以简化为使用实际技术进行实践。将塑料转化为可用燃料的一种可行技术是水热液化 (HTL)，它利用高温(300°C 至 550°C)和高压(250 巴至 300 巴)将塑料转化为单体和其他合适的小分子作为燃料(11⇓–13)。即使在没有催化剂的情况下，HTL 的石油产率通常也大于 90%，并且与热解不同，固体副产品的产率(需要在特殊燃烧器中储存或燃烧)低于 5% (11⇓–13)，从而赋予 HTL 某些比较优势。理想情况下，配备基于 HTL 的塑料转化系统的船只可以为自己提供燃料，从回收材料中制造燃料。结果可以称为“蓝色柴油”，以引用其海洋来源，与传统的船用柴油和源自陆基可再生资源的“绿色柴油”形成对比 (14)。
为了使 HTL 方法可行，塑料产生的功必须超过该过程所需的功，理想情况下，还必须超过船舶发动机的要求，以便在收集过程中储存燃料以备后用。火用分析提供了一个框架来确定一个复杂过程能够在不违反热力学基本定律的情况下产生的最大工作量 (15)。火用分析的可靠性取决于其用作输入的数据的可靠性，目前尚不确定描述 HTL 性能和海洋表面塑料浓度的关键参数。因此，对船上塑料加工进行严格且具有统计意义的分析必须整合不确定性 (16)。在这里，蒙特卡罗 (MC) 模拟方法已证明其适用于类似类型的分析，是处理当前应用 (17) 中固有的不确定性的合适工具，并允许整合新的信息和数据作为进一步完成了海洋表面塑料的研究。
因此，对船上 HTL 过程的热力学性能进行了评估，以确定该过程是否(以及何时)可以提供足够的能量来为自身和船舶提供动力。然后开发了一个框架来评估船上塑料转化对燃料使用和清理时间的影响。结果提供了宝贵的见解，了解船用转换技术在加速从海洋中去除塑料的潜在用途，并且该框架应证明对指导该领域的未来工作很有用。
