Thermische Behandlung ist meist ein Begriff, der sich auf eine Methode zur Verarbeitung von Abfällen bezieht, die nicht in den Konsumgütersektor zurückgeführt werden können. Indem dem Abfall in bestimmten Mengen Wärme zugeführt oder sogar verbrannt wird, wird die Menge an nicht wiederverwertbaren Materialien drastisch reduziert und brennbare Materialien für die Energiegewinnung aus Abfall verbrannt. Ein verwandtes Gebiet der thermischen Behandlung ist die Aufbereitung von kontaminiertem Boden oder Grundwasser zur Entfernung von Schadstoffen. Das Hauptziel solcher Behandlungen besteht darin, Kohlenwasserstoffe und andere organische Verbindungen von anorganischen Materialien wie Schwermetallen und Metallsalzen abzutrennen. Einige der Branchen, die aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und Einhaltung von Umweltgesetzen auf thermische Behandlung angewiesen sind, sind die kommunale Abfallwirtschaft, Zementöfen und die aufstrebende Industrie der thermischen Depolymerisation (TDP), die aus Abfällen Rohöl erzeugt.
Die Abfallwirtschaft durch thermische Behandlung ist nicht immer ein Endstufenprozess für den Abfall. In einigen Fällen entstehen bei dem Verfahren umweltverträgliche Abfallverbindungen, die auf Deponien entsorgt werden können. In Situationen, in denen große Mengen an Schwermetallverbindungen produziert werden, müssen diese Materialien weiterverarbeitet oder an Einrichtungen geliefert werden, die den Abfall in irgendeiner Art von industrieller Produktion verwenden können. Die Kosten für die Behandlung von Abfällen mit thermischen Verfahren werden jedoch als relativ gering angesehen und sind meist ein Faktor der Arbeitskosten.
Ab 2011 gibt es zwei Hauptarten der thermischen Behandlung von Abfällen. Die Verbrennung wird in Zementöfen bei Temperaturen von 2,552° bis 2,732° Celsius verwendet, wo Kohlenwasserstoffverbindungen zerstört oder zu Brennstoffen verbrannt werden, und es wird auch auf gefährliche Formen biologischer Abfälle angewendet, wie sie im medizinischen Bereich anfallen. Andere Ansätze zur Verbrennung umfassen die Pyrolyse, die den Abbau organischer Verbindungen ohne anwesenden Sauerstoff beinhaltet, und die Vergasung, bei der dieselben Verbindungen mit Sauerstoff und Dampf umgesetzt werden, um Syngas zu erzeugen, einen Brennstoff, der hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht.
Die thermische Desorption ist die zweite seit 2011 verfügbare Methode der thermischen Behandlung, bei der Verbindungen verdampft, aber nicht verbrannt werden. Die Methodik kann verwendet werden, um verschmutztes Wasser und verschmutztes Erdreich vor Ort zu behandeln, flüchtige organische Verbindungen zu entfernen, die verdampft und zur weiteren Verwendung oder Entsorgung gesammelt werden. Die Behandlung von Boden oder Wasser auf diese Weise erfolgt durch verschiedene Verfahren, einschließlich elektrischem Widerstand und Hochfrequenzheizung oder das Einspritzen heißer Verbindungen wie Luft, Wasser oder Dampf. Böden und Wasser, die extrem belastet sind, beispielsweise durch radioaktive Abfälle, werden durch einen thermischen Desorptionsprozess, der als Vitrifikation bekannt ist, behandelt, bei dem die Materialien in eine Art Glas umgewandelt werden, das organische Verbindungen entfernt und Metalle und Radionuklide zurückhält. Die Vitrifikation ist jedoch ein teures Verfahren, das bei Temperaturen von 2,912° bis 3,632° Fahrenheit (1,600° bis 2,000° Celsius) durchgeführt werden muss.
Die thermische Depolymerisation ist eine weitere Form der thermischen Abfallbehandlung, bei der der Rohstoff aus Abfallbiomasse und Kunststoff in einer beschleunigten Version des natürlichen Prozesses zur Erzeugung fossiler Brennstoffe verwendet wird. Über mehrere Stunden wird der Abfall mit Druck und Hitze beaufschlagt, um die Molekülstruktur der Verbindungen in einfachere Kohlenwasserstoffketten aufzuspalten. Die thermische Depolymerisation erforderte anfangs mehr Energie, um den Kraftstoff herzustellen, als der Kraftstoff selbst liefern konnte, bis 1996 die Verfeinerungen des Prozesses ihn wirtschaftlich rentabel machten.
Es wird geschätzt, dass im Jahr 2007 mindestens 3,198,916 Tonnen Siedlungsabfälle (MSW) von den drei führenden westlichen Unternehmen in diesem Bereich jährlich in Energie umgewandelt wurden. Dies ist jedoch nur eine sehr kleine Menge des weltweit jährlich anfallenden festen Abfalls, wobei allein China im Jahr 211,000,000 etwa 2007 Tonnen Siedlungsabfälle produzierte. Japan ist schätzungsweise ab 2007 weltweit führend bei der thermischen Behandlung von Siedlungsabfällen, wo mehr als 40,000,000 Tonnen verarbeitet wurden. Der größte Nachteil der thermischen Behandlung besteht darin, dass trotz strenger Kontrollen erhebliche Mengen hochgiftiger Luftschadstoffe wie Dioxinverbindungen, Quecksilber und Kohlenmonoxid erzeugt werden.