Полезное

Переработка пластмасс: проблемы и возможности

переработка пластмасс

Пластмассы — это недорогие, легкие и прочные материалы, из которых можно легко формовать различные изделия, которые находят применение в самых разных областях. Как следствие, производство пластмасс заметно увеличилось за последние 60 лет. Однако нынешние уровни их использования и утилизации порождают ряд экологических проблем. Около 4 % мировой добычи нефти и газа, невозобновляемого ресурса, используется в качестве сырья для производства пластмасс, а еще 3–4 % расходуются на получение энергии для их производства. Большая часть пластика, производимого каждый год, используется для изготовления одноразовых предметов упаковки или других недолговечных продуктов, которые выбрасываются в течение года после изготовления. Одни только эти два наблюдения указывают на то, что наше нынешнее использование пластика не является устойчивым. Кроме того, из-за долговечности используемых полимеров,

Переработка является одним из наиболее важных доступных в настоящее время мероприятий по уменьшению этого воздействия и представляет собой одну из самых динамичных областей в индустрии пластмасс на сегодняшний день. Переработка дает возможность сократить потребление масла, выбросы углекислого газа и количество отходов, требующих утилизации. Здесь мы кратко сравним переработку с другими стратегиями сокращения отходов, а именно сокращением использования материалов за счет уменьшения размеров или повторного использования продукции, использования альтернативных биоразлагаемых материалов и рекуперации энергии в качестве топлива.

Хотя пластмассы перерабатываются с 1970-х годов, количество перерабатываемых материалов варьируется географически, в зависимости от типа пластика и области применения. Переработка упаковочных материалов быстро расширяется за последние десятилетия в ряде стран. Достижения в области технологий и систем сбора, сортировки и переработки пластмасс, пригодных для вторичной переработки, открывают новые возможности для переработки, и благодаря совместным действиям общественности, промышленности и правительств можно будет перенаправлять большую часть пластиковых отходов со свалок на переработку в течение более чем следующие десятилетия.

Ключевые слова: переработка пластмасс, пластиковая упаковка, воздействие на окружающую среду, обращение с отходами, химическая переработка, рециклинг, прием пластика, сдать пластик, прием пленки

ВВЕДЕНИЕ

Промышленность пластмасс значительно развилась с момента изобретения различных способов производства полимеров из нефтехимических источников. Пластмассы имеют существенные преимущества с точки зрения их малого веса, долговечности и более низкой стоимости по сравнению со многими другими типами материалов. Согласно оценкам, мировое производство полимеров в 2007 году составило 260 миллионов метрических тонн в год для всех полимеров, включая термопласты, термореактивные пластмассы, клеи и покрытия, но не синтетические волокна ( PlasticsEurope 2008b ).). Это указывает на исторический темп роста около 9 процентов в год. Термопластичные смолы составляют около двух третей этого производства, и их использование растет примерно на 5 процентов в год во всем мире

Сегодня пластмассы почти полностью производятся из нефтехимических продуктов, получаемых из ископаемых нефти и газа. Около 4% годовой добычи нефти перерабатывается непосредственно в пластмассы из нефтехимического сырья ( Британская федерация пластмасс, 2008 г. ). Поскольку производство пластика также требует энергии, на его производство приходится потреблять такое же дополнительное количество ископаемого топлива. Однако можно также утверждать, что использование легких пластмасс может сократить использование ископаемого топлива, например, в транспортных средствах, когда пластмассы заменяют более тяжелые традиционные материалы, такие как сталь.

Приблизительно 50 % пластика используется для одноразовых изделий, таких как упаковка, сельскохозяйственная пленка и одноразовые потребительские товары, от 20 до 25 % — для долгосрочной инфраструктуры, такой как трубы, кабельные покрытия и конструкционные материалы, а оставшаяся часть — для потребительские товары длительного пользования с промежуточным сроком службы, такие как электронные товары, мебель, транспортные средства и т. д. В 2007 году в Европейском союзе (ЕС) образовались 24,6 млн тонн пластиковых отходов.Таблица 1представляет разбивку потребления пластика в Великобритании в 2000 году и вклад в образование отходов. Это подтверждает, что упаковка является основным источником отходов пластика, но ясно, что другие источники, такие как отходы электронного и электрического оборудования (WEEE) и автомобили с истекшим сроком службы (ELV), становятся значительными источниками отходов пластика.

Поскольку пластмассы производятся серийно всего около 60 лет, их долговечность в окружающей среде точно неизвестна. Большинство типов пластмасс не поддаются биологическому разложениюи на самом деле чрезвычайно долговечны, и поэтому большинство полимеров, производимых сегодня, будут сохраняться в течение как минимум десятилетий, а возможно, и столетий, если не тысячелетий. Даже разлагающиеся пластмассы могут сохраняться в течение значительного времени в зависимости от местных факторов окружающей среды, поскольку скорость разложения зависит от физических факторов, таких как уровни воздействия ультрафиолетового света, кислорода и температуры, в то время как для биоразлагаемых пластмасс требуется наличие подходящих микроорганизмы. Таким образом, скорость деградации значительно различается между свалками, наземной и морской средой. Даже когда пластиковый предмет разлагается под воздействием погодных условий, он сначала распадается на более мелкие кусочки пластикового мусора, но сам полимер не обязательно может полностью разлагаться в разумные сроки. Как следствие, значительное количество пластика с истекшим сроком службы накапливается на свалках и в виде мусора в природной среде, что приводит как к проблемам обращения с отходами, так и к ущербу окружающей среде

Переработка, безусловно, является стратегией обращения с отходами, но ее также можно рассматривать как один из современных примеров реализации концепции промышленной экологии, тогда как в естественной экосистеме нет отходов, а есть только продукты ( Frosch & Gallopoulos 1989 ; McDonough & Braungart 2002 ) . . Переработка пластмасс является одним из способов снижения воздействия на окружающую среду и истощения ресурсов. По сути, высокие уровни рециркуляции, такие как сокращение использования, повторное использование и ремонт или повторное производство, могут обеспечить заданный уровень обслуживания продукта с меньшими затратами материалов, чем в противном случае. Таким образом, переработка может снизить потребление энергии и материалов на единицу продукции и, таким образом, повысить экологическую эффективность . Хотя следует отметить, что способность поддерживать любой остаточный уровень материальных затрат, а также затраты энергии и эффекты внешних воздействий на экосистемы будут определять окончательную устойчивость всей системы.

В этой статье мы рассмотрим существующие системы и технологии переработки пластмасс, доказательства жизненного цикла экоэффективности переработки пластмасс, а также кратко рассмотрим связанные с этим экономические и общественные вопросы. Мы сосредоточимся на производстве и утилизации упаковки, поскольку это крупнейший источник пластиковых отходов в России и представляет собой область, в которой в последнее время значительно расширились инициативы по переработке.

УПРАВЛЕНИЕ ОТХОДАМИ

Даже в ЕС существует широкий диапазон приоритетов обращения с отходами для общего потока твердых бытовых отходов (ТБО), от тех, которые имеют большой вес в сторону захоронения, до тех, которые ориентированы на сжигание (фигура 1) — эффективность рециркуляции также значительно различается. Среднее количество ТБО, образующихся в ЕС, составляет 520 кг на человека в год и, по прогнозам, увеличится до 680 кг на человека в год к 2020 году . В Великобритании общее использование пластика как в бытовой, так и в коммерческой упаковке составляет около 40 кг на человека в год, следовательно, он составляет примерно 7–8% по весу, но большую долю по объему потока ТБО 
Вообще говоря, пластиковые отходы восстанавливаются, когда их вывозят со свалок или выбрасывают. Пластиковая упаковка особенно заметна как мусор из-за легкости как гибкого, так и жесткого пластика. Количество материала, поступающего в систему управления отходами, в первом случае может быть уменьшено за счет действий, направленных на сокращение использования материалов в продуктах (например, замена тяжелых форматов упаковки на более легкие или уменьшение размеров упаковки). Проектирование продуктов, допускающих повторное использование, ремонт или повторное производство, приведет к уменьшению количества продуктов, попадающих в поток отходов.

Внешний файл, содержащий изображение, иллюстрацию и т. д. Имя объекта: rstb20080311-g1.jpg

Как только материал попадает в поток отходов, переработка представляет собой процесс использования восстановленного материала для производства нового продукта. Для органических материалов, таких как пластмассы, концепция рекуперации также может быть расширена, чтобы включить рекуперацию энергии, когда теплотворная способность материала используется путем контролируемого сжигания в качестве топлива, хотя это приводит к меньшим общим экологическим характеристикам, чем рекуперация материала, поскольку это происходит. не снижать спрос на новый (первичный) материал. Это мышление является основой стратегии 4R на языке обращения с отходами — в порядке убывания желательности для окружающей среды — сокращение, повторное использование, переработка (материалы) и восстановление (энергия), причем свалка является наименее желательной стратегией управления.

Также вполне возможно, что один и тот же полимер проходит через несколько стадий — например, производство в многоразовом контейнере, который после попадания в поток отходов собирается и перерабатывается в долговременное применение, которое, в свою очередь, становится отходами, восстанавливается для получения энергии. .

ПОЛИГОН

Захоронение отходов является традиционным подходом к обращению с отходами, однако в некоторых странах места для захоронения отходов становятся все меньше. Хорошо управляемая свалка наносит ограниченный непосредственный вред окружающей среде, помимо последствий сбора и транспортировки, хотя существуют долгосрочные риски загрязнения почвы и грунтовых вод некоторыми добавками и побочными продуктами разложения пластмасс, которые могут стать стойкими органическими загрязнителями. Основным недостатком свалок с точки зрения устойчивости является то, что ни один из материальных ресурсов, используемых для производства пластика, не восстанавливается — поток материала является линейным, а не циклическим. В Великобритании применяется налог на захоронение отходов, который в настоящее время должен повышаться каждый год до 2010 года, чтобы стимулировать перенаправление отходов со свалок на рекуперацию, например, на переработку ( DEFRA 2007 ).

Сжигание и рекуперация энергии

Сжигание снижает потребность в захоронении пластиковых отходов, однако есть опасения, что при этом опасные вещества могут быть выброшены в атмосферу. Например, ПВХ и галогенированные добавки обычно присутствуют в смешанных пластиковых отходах, что создает риск выброса в окружающую среду диоксинов, других полихлорированных бифенилов и фуранов . В первую очередь из-за этого предполагаемого риска загрязнения сжигание пластика менее распространено, чем захоронение и механическая переработка в качестве стратегии управления отходами. Заметными исключениями являются Япония и некоторые европейские страны, такие как Дания и Швеция, где имеется обширная инфраструктура мусоросжигательных заводов для переработки ТБО, включая пластмассы.

Сжигание может быть использовано с рекуперацией части энергии, содержащейся в пластике. Извлекаемая полезная энергия может значительно различаться в зависимости от того, используется ли она для производства электроэнергии, комбинированного производства тепла и электроэнергии или в качестве твердого топлива из отходов для дополнительного топлива доменных печей или цементных печей. Также возможно сжижение до дизельного топлива или газификация посредством пиролиза, и интерес к этому подходу к производству дизельного топлива возрастает, предположительно, из-за роста цен на нефть. Процессы рекуперации энергии могут быть наиболее подходящим способом для обработки смешанных пластиков, таких как некоторые электронные и электротехнические отходы и остатки автомобильных измельчителей.

Понижение

Сокращение количества упаковки, используемой на единицу товара, сократит объемы отходов. Экономика диктует, что большинство производителей уже будут использовать материалы, близкие к минимуму, необходимому для данного применения. Однако этот принцип компенсируется эстетикой, удобством и маркетинговыми преимуществами, которые могут привести к чрезмерному использованию упаковки, а также эффектом существующих инвестиций в инструменты и производственный процесс, что также может привести к чрезмерной упаковке некоторых продуктов.

Повторное использование пластиковой упаковки

Сорок лет назад повторное использование потребительской упаковки в виде стеклянных бутылок и банок было обычным явлением. Ограничения для более широкого применения повторного использования жестких контейнеров носят, по крайней мере, частично логистический характер, когда точки распределения и сбора находятся далеко от централизованных заводов по розливу продукции, что приводит к значительному расстоянию обратной перевозки. Кроме того, широкий выбор контейнеров и упаковок для целей брендинга и маркетинга делает прямой возврат и повторное наполнение менее осуществимыми. Схемы возврата и повторного наполнения существуют в нескольких европейских странах , включая ПЭТ-бутылки, а также стекло, но в других странах они обычно считаются нишевым видом деятельности для местных предприятий, а не реалистичной крупномасштабной стратегией. для уменьшения отходов упаковки.

Существуют значительные возможности для повторного использования пластмасс, используемых для перевозки товаров, а также для потенциального повторного использования или повторного производства некоторых пластиковых компонентов в дорогостоящих потребительских товарах, таких как транспортные средства и электронное оборудование. Это очевидно в промышленных масштабах с повторным использованием контейнеров и поддонов при транспортировке (см. Thompson et al. 2009b ) . Также наблюдается некоторый переход от одноразовых пластиковых пакетов к многоразовым, как благодаря программам добровольного изменения поведения, как, например, в Австралии, так и вследствие законодательства, такого как сбор за пластиковые пакеты в Ирландии ( Департамент экологического наследия и местного самоуправления (Ирландия), 2007 г.), или недавний запрет на легкие сумки-переноски, например, в Бангладеш и Китае.

Переработка пластмасс

Терминология по переработке пластмасс сложна и иногда сбивает с толку из-за широкого спектра операций по переработке и восстановлению (Таблица 2). К ним относятся четыре категории: первичная (механическая переработка в продукт с эквивалентными свойствами), вторичная (механическая переработка в продукты с более низкими свойствами), третичная (восстановление химических компонентов) и четвертичная (восстановление энергии). Первичную переработку часто называют замкнутой переработкой, а вторичную переработку — понижением качества. Третичная переработка описывается как химическая переработка или переработка сырья и применяется, когда полимер деполимеризуется до его химических компонентов. Четвертичная переработка — это рекуперация энергии, энергия из отходов или валоризация. Биоразлагаемые пластмассы также можно компостировать, и это еще один пример третичной переработки, который также описывается как органическая или биологическая переработка

переработка пластмасс

Теоретически можно перерабатывать большинство термопластов в замкнутом цикле, однако в пластиковой упаковке часто используется широкий спектр различных полимеров и других материалов, таких как металлы, бумага, пигменты, чернила и клеи, что увеличивает сложность. Рециркуляция с замкнутым циклом наиболее практична, когда полимерная составляющая может быть (i) эффективно отделена от источников загрязнения и стабилизирована против разложения во время переработки и последующего использования. В идеале поток пластиковых отходов для переработки также должен состоять из узкого диапазона сортов полимера, чтобы уменьшить сложность прямой замены исходной смолы. Например, все ПЭТ-бутылки изготавливаются из одинаковых сортов ПЭТ, подходящих как для производства бутылок, так и для переработки в полиэфирное волокно. в то время как ПЭВП, используемый для бутылок для выдувного формования, менее подходит для литья под давлением. В результате единственными частями потока пластиковых отходов после потребления, которые обычно перерабатываются строго по замкнутому циклу, являются прозрачные ПЭТ-бутылки, а недавно в Великобритании — молочные бутылки из полиэтилена высокой плотности. Пластиковые отходы до потребления, такие как промышленная упаковка, в настоящее время перерабатываются в большей степени, чем упаковка после потребления, поскольку они относительно чисты и доступны из меньшего числа источников относительно большего объема. Однако объемы бывших в употреблении отходов в пять раз превышают объемы, образующиеся в торговле и промышленности. Молочные бутылки из полиэтилена высокой плотности. Пластиковые отходы до потребления, такие как промышленная упаковка, в настоящее время перерабатываются в большей степени, чем упаковка после потребления, поскольку они относительно чисты и доступны из меньшего числа источников относительно большего объема. Однако объемы бывших в употреблении отходов в пять раз превышают объемы, образующиеся в торговле и промышленности. Молочные бутылки из полиэтилена высокой плотности. Пластиковые отходы до потребления, такие как промышленная упаковка, в настоящее время перерабатываются в большей степени, чем упаковка после потребления, поскольку они относительно чисты и доступны из меньшего числа источников относительно большего объема. Однако объемы бывших в употреблении отходов в пять раз превышают объемы, образующиеся в торговле и промышленности.Патель и др. 2000 г.), и поэтому для достижения высоких общих показателей переработки необходимо собирать и перерабатывать бывшие в употреблении, а также промышленные отходы.

В некоторых случаях регенерированный пластик, который не подходит для переработки в прежнее применение, используется для изготовления нового пластикового изделия, заменяя всю или часть исходной полимерной смолы — это также можно рассматривать как первичную переработку. Примерами являются пластиковые ящики и контейнеры, изготовленные из ПЭВП, извлеченного из молочных бутылок, и ПЭТ-волокна из восстановленной ПЭТ-упаковки. Понижение качества — это термин, который иногда используется для переработки, когда восстановленный пластик используется в приложениях, в которых обычно не используется первичный полимер, например, «пластиковые пиломатериалы» в качестве альтернативы более дорогой древесине с более коротким сроком службы, это вторичная переработка ( стандарт ASTM D5033 ).

Химическая переработка или переработка сырья имеет то преимущество, что извлекает нефтехимические компоненты полимера, которые затем можно использовать для повторного производства пластика или других синтетических химикатов. Однако, несмотря на то, что это технически осуществимо, без значительных субсидий это, как правило, оказывается нерентабельным из-за низкой цены на нефтехимическое сырье по сравнению с заводскими и производственными затратами на производство мономеров из пластиковых отходов. Это неудивительно, так как эффективно обращает вспять энергоемкую полимеризацию, ранее проводившуюся при производстве пластика.

Переработка полиолефинов в сырье посредством термического крекинга осуществлялась в Великобритании на предприятии, изначально построенном BP, а в Германии — компанией BASF. Однако последний завод был закрыт в 1999 г. Химическая переработка ПЭТ оказалась более успешной, поскольку возможна деполимеризация в более мягких условиях. Полиэтилентерефталат можно расщепить путем гликолиза, метанолиза или гидролиза, например, для получения ненасыщенных полиэфирных смол). Его также можно превратить обратно в ПЭТ либо после деполимеризации, либо путем простой повторной подачи хлопьев ПЭТ в реактор полимеризации, что также может удалить летучие загрязнители, поскольку реакция происходит при высокой температуре и вакууме 

Альтернативные материалы

Биоразлагаемые пластмассы могут решить ряд проблем управления отходами, особенно для одноразовой упаковки, которую нелегко отделить от органических отходов в сфере общественного питания или в сельском хозяйстве. Можно включать биоразлагаемые пластмассы в аэробное компостирование или путем анаэробного сбраживания с улавливанием метана для использования в качестве энергии. Однако биоразлагаемые пластмассы также могут усложнить обращение с отходами, если они внедряются без соответствующих технических атрибутов, систем обработки и обучения потребителей. Кроме того, ясно, что могут возникнуть серьезные проблемы с получением достаточного количества биомассы для замены значительной части текущего потребления полимеров, поскольку только 5% текущего европейского химического производства использует биомассу в качестве сырья ( Soetaert & Vandamme 2006).). Это обширная тема, которая не может быть раскрыта в данной статье, за исключением того, что желательно, чтобы компостируемые и разлагаемые пластмассы были должным образом маркированы и использовались таким образом, чтобы они дополняли, а не ставили под угрозу схемы обращения с отходами  . .

СИСТЕМЫ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ПЛАСТИКА

Пластмассовые материалы могут быть переработаны различными способами, и легкость переработки зависит от типа полимера, дизайна упаковки и типа продукта. Например, жесткие контейнеры, состоящие из одного полимера, проще и экономичнее перерабатывать, чем многослойные и многокомпонентные упаковки.

Термопласты, в том числе ПЭТ, ПЭ и ПП, имеют большой потенциал для механической переработки. Термореактивные полимеры, такие как ненасыщенный полиэфир или эпоксидная смола, не могут быть механически переработаны, за исключением потенциального повторного использования в качестве наполнителей после того, как они будут измельчены или измельчены до мелких частиц или порошков ( Rebeiz & Craft 1995 ). Это связано с тем, что термореактивные пластмассы постоянно сшиваются при производстве и, следовательно, не могут быть переплавлены и переформованы. Переработка сшитого каучука из автомобильных покрышек обратно в резиновую крошку для переработки в другие продукты действительно имеет место, и ожидается, что это число будет расти благодаря Директиве ЕС о захоронении отходов (1999/31/EC), которая запрещает захоронение отходов. шины и отходы шин.

Основная проблема производства переработанных смол из пластиковых отходов заключается в том, что большинство различных типов пластмасс несовместимы друг с другом из-за присущей им несмешиваемости на молекулярном уровне и различий в требованиях к обработке на макроуровне. Например, небольшое количество загрязнителя ПВХ, присутствующего в потоке рециркуляции ПЭТ, будет разлагать рециклированную смолу ПЭТ из-за выделения газообразной соляной кислоты из ПВХ при более высокой температуре, необходимой для плавления и переработки ПЭТ. И наоборот, ПЭТ в потоке рециркуляции ПВХ будет образовывать твердые комки недиспергированного кристаллического ПЭТ, что значительно снижает стоимость рециркулируемого материала.

Следовательно, часто технически невозможно добавить регенерированный пластик к первичному полимеру без снижения, по крайней мере, некоторых качественных характеристик первичного пластика, таких как цвет, прозрачность или механические свойства, такие как ударная вязкость. В большинстве случаев переработанная смола либо смешивается с переработанной смолой, что часто делается с полиолефиновыми пленками для некритических применений, таких как мешки для мусора и оросительные или дренажные трубы без номинального давления, либо для использования в многослойных приложениях, где переработанная смола зажата между поверхностными слоями первичной смолы.

Возможность замены первичного полимера переработанным пластиком обычно зависит от чистоты регенерированного пластикового сырья и требований к свойствам изготавливаемого пластикового продукта. Это привело к существующим схемам переработки бывших в употреблении отходов, которые концентрируются на наиболее легко отделяемых упаковках, таких как ПЭТ-бутылки для безалкогольных напитков и воды и бутылки для молока из ПЭВП, которые можно точно идентифицировать и отсортировать из смешанного потока отходов. . И наоборот, рециркуляция многослойных/многокомпонентных изделий ограничена, поскольку это приводит к загрязнению между типами полимеров. Таким образом, переработка после потребления включает несколько ключевых этапов: сбор, сортировку, очистку, измельчение и разделение и/или обеспечение совместимости для уменьшения загрязнения несовместимыми полимерами.

Сбор пластиковых отходов может осуществляться по схемам «принеси» или путем сбора на обочине. Схемы «принеси», как правило, приводят к низким показателям собираемости платежей в отсутствие либо крайне приверженного общественного поведения, либо схем возврата залога, которые создают прямой экономический стимул для участия. Таким образом, общая тенденция заключается в сборе вторсырья на обочине вместе с ТБО. Чтобы максимизировать экономическую эффективность этих программ, большинство сборов на обочинах представляют собой смешанные вторсырья (бумага/картон, стекло, алюминий, сталь и пластиковые контейнеры). Несмотря на то, что схемы сбора у обочины оказались очень успешными при утилизации упаковки пластиковых бутылок из домов, с точки зрения общего потребления обычно утилизируется только 30–40% пластиковых бутылок, бывших в употреблении. так как большая часть такого рода упаковки исходит от продуктов питания и напитков, потребляемых вне дома. По этой причине важно разработать эффективные схемы сбора «на ходу» и «утилизации в офисе», если общий уровень сбора пластиковой упаковки должен увеличиться.

Сортировка

Сортировка смешанного жесткого вторсырья происходит как автоматическим, так и ручным способом. Автоматической предварительной сортировки обычно достаточно, чтобы отделить пластиковый поток от стекла, металлов и бумаги (кроме прикрепленных, например, в виде этикеток и укупорочных средств). Как правило, чистые молочные бутылки из ПЭТ и непигментированного полиэтилена высокой плотности идентифицируются и выделяются из потока. Автоматическая сортировка контейнеров в настоящее время широко используется операторами предприятий по переработке материалов, а также многими предприятиями по переработке пластика. Эти системы обычно используют ближнюю инфракрасную спектроскопию с преобразованием Фурье для анализа типа полимера, а также используют камеры с оптическим распознаванием цвета для сортировки потоков на прозрачные и окрашенные фракции. Оптические сортировщики можно использовать для различения прозрачных, светло-голубых, темно-синих, зеленых и других цветных ПЭТ-тар. Производительность сортировки может быть увеличена за счет использования нескольких детекторов и последовательной сортировки. Другие технологии сортировки включают обнаружение рентгеновским излучением, которое используется для разделения контейнеров из ПВХ, которые на 59 процентов состоят из хлора по весу и поэтому могут быть легко различимы 

Большинство местных органов власти или предприятий по рекуперации материалов не занимаются активным сбором гибкой упаковки, бывшей в употреблении, поскольку в настоящее время существуют недостатки в оборудовании, которое может легко отделять гибкие материалы. Многие предприятия по переработке пластика используют барабаны и системы классификации воздуха на основе плотности для удаления небольшого количества гибких материалов, таких как некоторые пленки и этикетки. Однако в этой области есть разработки и новые технологии, такие как баллистические сепараторы, сложные гидроциклоны и воздушные классификаторы, которые увеличат возможности восстановления гибкой упаковки после использования

Измельчение и очистка

Жесткий пластик обычно измельчают в хлопья и очищают от остатков пищи, волокон целлюлозы и клея. Последнее поколение промывочных установок использует всего 2–3 м 3 воды на тонну материала, что примерно вдвое меньше, чем в предшествующем оборудовании. Инновационные технологии удаления органики и поверхностных загрязнений с чешуек включают «сухую чистку», которая очищает поверхности посредством трения без использования воды.

Дальнейшее разделение

После уменьшения размера можно применять ряд методов разделения. Разделение методом погружения/плавания в воде позволяет эффективно отделять полиолефины (ПП, ПЭВД, ПЭНД) от ПВХ, ПЭТ и ПС. Использование различных сред может позволить отделить полистирол от ПЭТ, но ПВХ не может быть удален из ПЭТ таким образом, поскольку их диапазоны плотности перекрываются. Другие методы разделения, такие как отмывание воздухом, также могут быть использованы для удаления пленок низкой плотности с более плотного измельченного пластика, например, при удалении этикеток с хлопьев ПЭТ.

Технологии снижения примесей ПВХ в хлопьях ПЭТ включают пенную флотацию, детекторы  или рамановской эмиссионной спектроскопии для обеспечения выброса хлопьев и использование различных электростатических свойств. Для хлопьев ПЭТ можно использовать термические печи для селективного разложения незначительных количеств примесей ПВХ, поскольку ПВХ становится черным при нагревании, что позволяет сортировать по цвету.

Существуют различные методы сортировки хлопьев, но традиционные системы сортировки ПЭТ преимущественно ограничиваются разделением; цветные хлопья из прозрачных хлопьев ПЭТ и (ii) материалы с различными физическими свойствами, такими как плотность из ПЭТ. Новые подходы, такие как системы лазерной сортировки, могут использоваться для удаления других примесей, таких как силиконы и нейлон.

«Лазерная сортировка» использует эмиссионную спектроскопию для различения типов полимеров. Эти системы, вероятно, значительно улучшат способность к разделению сложных смесей, поскольку они могут выполнять до 860 000 спектров с −1 и могут сканировать каждую отдельную чешуйку. У них есть то преимущество, что их можно использовать для сортировки различных пластиков черного цвета, что является проблемой для традиционных автоматических систем. Применение систем лазерной сортировки, вероятно, увеличит разделение WEEE и автомобильного пластика. Эти системы также могут разделять полимеры по типу или сорту, а также могут отделять полиолефиновые материалы, такие как ПП, от ПЭВП. Тем не менее, это все еще очень новый подход, и в настоящее время он используется только на небольшом количестве европейских предприятий по переработке.

Текущие достижения в переработке пластика

Инновации в технологиях переработки за последнее десятилетие включают все более надежные детекторы и сложное программное обеспечение для принятия решений и распознавания, которые в совокупности повышают точность и производительность автоматической сортировки — например, современные детекторы  могут работать до 8000 часов между отказами в детекторах.

Еще одна область инноваций заключалась в поиске более выгодных применений переработанных полимеров в процессах с замкнутым циклом, которые могут напрямую заменить первичный полимер. Например, в Великобритании с 2005 года большая часть ПЭТ-листов для термоформования содержит 50–70% переработанного ПЭТФ  за счет использования многослойного листа A/B/A, где внешние слои (A) представляют собой первичную смолу, разрешенную для контакта с пищевыми продуктами. , а внутренний слой (B) представляет собой rPET. Пищевой rPET теперь также широко доступен на рынке для прямого контакта с пищевыми продуктами благодаря разработке «суперчистых» сортов. У них лишь незначительное ухудшение прозрачности по сравнению с первичным ПЭТ, и они используются для замены первичного ПЭТ на 30–50 % во многих областях применения и на 100 % материала в некоторых бутылках.

Ряд европейских стран, включая Германию, Австрию, Норвегию, Италию и Испанию, уже собирают, в дополнение к своим потокам бутылок, жесткую упаковку, такую ​​как поддоны, ванны и горшки, а также ограниченное количество гибкой упаковки после потребления, такой как пленки и обертки. Переработка этой небутылочной упаковки стала возможной благодаря совершенствованию технологий сортировки и промывки, а также появлению рынков вторичного сырья. В Великобритании в рамках Программы действий по утилизации отходов (WRAP) было проведено первоначальное исследование вторичной переработки смешанных пластиков, и в настоящее время оно доводится до полномасштабной проверки ( WRAP 2008b ) .). Потенциальные выгоды от вторичной переработки смешанных пластиков с точки зрения эффективности использования ресурсов, отклонения от свалок и сокращения выбросов очень высоки, если учесть тот факт, что в Великобритании, по оценкам, ежегодно производится более одного миллиона тонн небутылочной пластиковой упаковки. ( WRAP 2008a ) по сравнению с 525 000 тонн отходов пластиковых бутылок ( WRAP 2007 ).


ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ КЕЙС ДЛЯ ВТОРИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ


Анализ жизненного цикла может быть полезным инструментом для оценки потенциальных преимуществ программ утилизации. Если переработанные пластмассы используются для производства товаров, которые в противном случае были бы сделаны из нового (первичного) полимера, это напрямую сократит потребление нефти и выбросы парниковых газов, связанные с производством первичного полимера (за вычетом выбросов, связанных с самой деятельностью по переработке). ). Однако, если пластмассы перерабатываются в продукты, которые ранее изготавливались из других материалов, таких как дерево или бетон, тогда не будет достигнута экономия на требованиях к производству полимеров. Могут быть и другие экологические издержки или преимущества любого такого альтернативного использования материалов, но они отвлекают нас от обсуждения преимуществ вторичной переработки и должны рассматриваться в каждом конкретном случае. Здесь мы в первую очередь рассмотрим переработку пластмасс в продукты, которые в противном случае были бы произведены из первичных полимеров.

Технологии вторичной (химической) переработки исходного сырья удовлетворяют общему принципу восстановления материала, но являются более дорогостоящими, чем механическая переработка, и менее выгодными с энергетической точки зрения, поскольку полимер должен быть деполимеризован, а затем реполимеризован. Исторически это требовало очень значительных субсидий из-за низкой цены на нефтехимические продукты, в отличие от высоких затрат на процесс и оборудование для химической переработки полимеров.

Рекуперация энергии из пластиковых отходов (преобразование в топливо или прямое сжигание для выработки электроэнергии, использование в цементных печах и доменных печах и т. д.) может использоваться для сокращения объемов захоронения отходов, но не снижает спрос на ископаемое топливо (поскольку отходы пластик был сделан из нефтехимических продуктов. Их выбросы также связаны с проблемами окружающей среды и здоровья.

Одним из ключевых преимуществ переработки пластмасс является сокращение потребности в производстве пластмасс.Таблица 3предоставляет данные о некоторых воздействиях на окружающую среду от производства первичных товарных пластиков (до «заводских ворот») и резюмирует способность этих смол перерабатываться из бывших в употреблении отходов. С точки зрения использования энергии было показано, что переработка позволяет сэкономить больше энергии, чем энергия, получаемая за счет рекуперации энергии, даже с учетом энергии, используемой для сбора, транспортировки и переработки пластика . Анализы жизненного цикла также использовались для систем переработки пластика для оценки чистого воздействия на окружающую среду, и они обнаруживают большие положительные экологические преимущества механической переработки по сравнению с захоронением и сжиганием с рекуперацией энергии.

Было подсчитано, что переработка ПЭТ-бутылок дает чистую выгоду в виде выбросов парниковых газов в размере 1,5 тонн CO 2 -экв. на тонну переработанного ПЭТ , а также сокращение свалок и чистого потребления энергии. . Среднее чистое сокращение выбросов CO 2 -экв. на тонну переработанного пластика в среднем на 1,45 тонны было оценено в качестве полезного ориентира для политики . Одним из оснований для этого значения послужило немецкое исследование анализа жизненного цикла (LCA). , который также обнаружил, что большая часть чистой выгоды от энергии и выбросов связана с заменой производства первичных полимеров. Недавний LCA специально для производства ПЭТ-бутылок подсчитал, что использование 100-процентного переработанного ПЭТ вместо 100-процентного первичного ПЭТ сократит выбросы CO 2 за весь жизненный цикл с 446 до 327 г CO 2 на бутылку, что приведет к относительному сокращению выбросов на 27 %. в выбросах

Смешанные пластмассы, наименее благоприятный источник переработанного полимера, все же могут обеспечить чистую выгоду в размере около 0,5 тонн CO 2 -e на тонну переработанного продукта . Более высокая экологическая эффективность переработки бутылок обусловлена ​​как более эффективным процессом переработки бутылок по сравнению со смешанным пластиком, так и особенно высоким профилем выбросов при производстве первичного ПЭТ. Тем не менее, сценарий смешанной переработки пластмасс по-прежнему имеет положительную чистую выгоду, которая считается более выгодной, чем другие изученные варианты, как захоронения отходов, так и рекуперации энергии в качестве твердого топлива из отходов, при условии замены первичного полимера.


ОБЩЕСТВЕННАЯ ПОДДЕРЖКА УТИЛИЗАЦИИ


Общественность все больше осознает необходимость устойчивого производства и потребления. Это побудило местные власти организовать сбор вторсырья, побудило некоторых производителей разрабатывать продукты с содержанием вторсырья, а другие предприятия удовлетворить этот общественный спрос. Маркетинговые исследования потребительских предпочтений показывают, что существует значительная, но не подавляющая часть людей, которые ценят экологические ценности в своих покупательских моделях. Для таких клиентов подтверждение переработанного содержимого и пригодности упаковки для переработки может быть положительным атрибутом, в то время как преувеличенные заявления о возможности вторичной переработки (где возможность вторичной переработки является потенциальной, а не фактической) могут снизить доверие потребителей и 80 процентов в австралийском исследовании, где сбор на обочине осуществлялся дольше.

Некоторые правительства используют политику поощрения вторичной переработки отходов, например Директиву ЕС об упаковке и упаковочных отходах (94/62/EC). Это впоследствии привело к тому, что Германия приняла законодательство о расширенной ответственности производителя, что привело к созданию схемы die Grüne Punkt (Зеленая точка) для реализации восстановления и переработки упаковки. В Соединенном Королевстве ответственность производителя была введена в действие посредством схемы составления и продажи накладных на утилизацию упаковки, а в последнее время также был введен сбор за захоронение отходов для финансирования ряда мероприятий по сокращению отходов. В результате всех вышеперечисленных тенденций рыночная стоимость переработанного полимера и, следовательно, жизнеспособность переработки заметно возросли за последние несколько лет.

Расширенная ответственность производителя также может быть введена с помощью схем залога-возврата, охватывающих, например, контейнеры для напитков, аккумуляторы и автомобильные шины. Эти схемы могут быть эффективными для повышения уровня сбора, например, в одном штате Австралии действует схема хранения контейнеров (включая ПЭТ-бутылки для безалкогольных напитков), а также схемы сбора на тротуарах. Здесь уровень сбора ПЭТ-бутылок составил 74 процента продаж по сравнению с 36 процентами продаж в других штатах, где осуществляется сбор только на тротуаре. Доля бутылок в мусоре также уменьшилась по сравнению с другими штатами .


 ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ, СВЯЗАННЫЕ С РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ


На рентабельность переработки термопластов влияют два ключевых экономических фактора. Это цена переработанного полимера по сравнению с первичным полимером и стоимость переработки по сравнению с альтернативными формами приемлемой утилизации. Существуют дополнительные проблемы, связанные с различиями в количестве и качестве поставок по сравнению с первичным пластиком. Отсутствие информации о наличии переработанного пластика, его качестве и пригодности для конкретных применений также может служить препятствием для использования переработанного материала.

Исторически сложилось так, что основными методами утилизации отходов были захоронение или сжигание. Затраты на захоронение отходов значительно варьируются в зависимости от региона в зависимости от лежащих в основе геологии и моделей землепользования и могут повлиять на жизнеспособность переработки как альтернативного способа захоронения. В Японии, например, земляные работы, необходимые для захоронения отходов, обходятся дорого из-за твердости нижележащей вулканической породы; в то время как в Нидерландах это дорого из-за проходимости с моря. Высокие затраты на утилизацию являются экономическим стимулом либо для вторичной переработки, либо для рекуперации энергии.

Сбор использованного пластика у домохозяйств более экономичен в пригородах, где плотность населения достаточно высока для достижения эффекта масштаба. Наиболее эффективная схема сбора может варьироваться в зависимости от местности, типа жилья (дома или большие многоквартирные дома) и типа имеющихся сортировочных сооружений. В сельской местности схемы «привоза», когда жители сами доставляют свои отходы на переработку, например, когда они посещают близлежащий город, считаются более рентабельными, чем сбор на обочине. Многие местные органы власти и некоторые супермаркеты в Великобритании работают по принципу «принеси банки» или даже в автоматы по продаже товаров обратно. Эти последние методы могут быть хорошим источником относительно чистых вторсырья, но неэффективны для обеспечения высокого уровня сбора бывших в употреблении отходов. В Соединенном Королевстве,фигура 2).


Рост сбора пластиковых бутылок по схемам принесения и у обочины в Великобритании .

Цена на первичный пластик зависит от цены на нефть, которая является основным сырьем для производства пластика. Поскольку качество восстановленного пластика обычно ниже, чем у первичного пластика, цена на первичный пластик устанавливает потолок цен на восстановленный пластик. Цена на нефть значительно выросла за последние несколько лет: с 25 долларов США за баррель до ценового диапазона 50–150 долларов США с 2005 года. Следовательно, хотя более высокие цены на нефть также увеличивают стоимость сбора и переработки для некоторых В какой-то степени переработка стала относительно более привлекательной с финансовой точки зрения.

Технологические достижения в переработке могут улучшить экономику двумя основными способами — за счет снижения стоимости переработки (повышение производительности / эффективности) и за счет сокращения разрыва между ценностью переработанной смолы и исходной смолы. Последний пункт особенно усиливается технологиями превращения восстановленного пластика в пищевой полимер за счет удаления загрязнений, поддерживая переработку с обратной связью. Эта технология была проверена для ПЭТ из прозрачных бутылок , а совсем недавно — для ПЭВП из молочных бутылок .

Таким образом, если более десяти лет назад переработка пластика без субсидий была в основном жизнеспособна только из постпромышленных отходов или в местах, где стоимость альтернативных форм утилизации была высокой, сейчас она становится все более жизнеспособной в гораздо более широком географическом масштабе, и для постпотребительские отходы.


СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В ПЕРЕРАБОТКЕ ПЛАСТИКА


В Западной Европе образование пластиковых отходов растет примерно на 3 процента в год, что примерно соответствует долгосрочному экономическому росту, в то время как объем механической переработки значительно увеличивается со скоростью примерно 7 процентов в год. Однако в 2003 году это все еще составляло лишь 14,8% пластиковых отходов (из всех источников). Вместе с переработкой исходного сырья (1,7 %) и рекуперацией энергии (22,5 %) это составило примерно 39 % от 21,1 млн тонн пластиковых отходов, образовавшихся в 2003 году (цифра 3). Эта тенденция к увеличению темпов механической переработки и рекуперации энергии сохраняется, хотя сохраняется и тенденция к увеличению образования отходов.


Объемы пластиковых отходов, вывозимых на свалки и утилизируемых различными способами в Западной Европе, 1993–2003 гг.


ПРОБЛЕМЫ И ВОЗМОЖНОСТИ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ПЛАСТИКА


Эффективная переработка смешанных пластмассовых отходов является следующей серьезной проблемой для сектора переработки пластмасс. Преимущество заключается в возможности перерабатывать большую часть потока пластиковых отходов за счет расширения сбора пластиковой упаковки после потребления, чтобы охватить более широкий спектр материалов и типов упаковки. Дизайн продукта для переработки имеет большой потенциал для помощи в таких усилиях по переработке. Исследование, проведенное в Великобритании, показало, что количество упаковки в обычной корзине для покупок, которая, даже если она собрана, не может быть эффективно переработана, колеблется от 21 до 40% . Следовательно, более широкое внедрение политики, направленной на поощрение использования принципов экологического дизайна в промышленности, может оказать большое влияние на эффективность переработки, увеличив долю упаковки, которую можно экономично собирать и вывозить на свалку. Та же логика применима к потребительским товарам длительного пользования, предназначенным для разборки, переработки и спецификаций по использованию переработанных смол, которые являются ключевыми действиями для увеличения повторного использования.

Большинство схем сбора после потребления предназначены для жесткой упаковки, поскольку гибкая упаковка, как правило, создает проблемы на этапах сбора и сортировки. Большинство современных предприятий по рекуперации материалов испытывают трудности при обращении с гибкой пластиковой упаковкой из-за различных характеристик обращения с жесткой упаковкой. Низкое отношение веса к объему пленок и пластиковых пакетов также снижает экономическую целесообразность инвестиций в необходимые средства для сбора и сортировки. Однако в настоящее время пластиковые пленки перерабатываются из источников, включая вторичную упаковку, такую ​​как термоусадочная пленка для поддонов и ящиков, а также некоторые сельскохозяйственные пленки, так что это возможно при правильных условиях. Подходы к увеличению переработки пленок и гибкой упаковки могут включать раздельный сбор, или инвестиции в дополнительные сортировочные и перерабатывающие предприятия на предприятиях по переработке смешанных пластиковых отходов. Для успешной переработки смешанных пластиков необходимо проводить высокоэффективную сортировку исходных материалов, чтобы гарантировать, что типы пластика разделены до высокого уровня чистоты; однако существует потребность в дальнейшем развитии конечных рынков для каждого потока рециклата полимера.

Эффективность вторичной переработки упаковки, бывшей в употреблении, можно было бы значительно повысить, если бы разнообразие материалов было рационализировано до подмножества текущего использования. Например, если жесткая пластиковая тара, начиная от бутылок, банок и заканчивая подносами, полностью состоит из ПЭТ, ПЭВП и полипропилена, без прозрачного ПВХ или полистирола, которые проблематично сортировать из смешанных отходов вторичной переработки, то всю жесткую пластиковую упаковку можно было бы собирать и сортировать в производить переработанные смолы с минимальным перекрестным загрязнением. Потери бракованного материала и стоимость переработанных смол возрастут. Кроме того, этикетки и клейкие материалы должны выбираться таким образом, чтобы максимизировать эффективность переработки. Усовершенствования в сортировке/разделении на заводах по переработке открывают дополнительный потенциал как для увеличения объемов переработки, так и для повышения экологической эффективности за счет уменьшения фракций отходов.§3 ). Цели должны заключаться в том, чтобы максимизировать как объем, так и качество переработанных смол.


ВЫВОДЫ


Таким образом, переработка — это одна из стратегий обращения с отходами пластиковых изделий в конце их срока службы. Это становится все более целесообразным как с экономической, так и с экологической точки зрения, и последние тенденции демонстрируют значительное увеличение скорости восстановления и переработки пластиковых отходов. Эти тенденции, вероятно, сохранятся, но все еще существуют некоторые серьезные проблемы, связанные как с технологическими факторами, так и с проблемами экономического или социального поведения, связанными со сбором перерабатываемых отходов и заменой первичных материалов.

Переработка более широкого спектра использованной пластиковой упаковки вместе с пластиковыми отходами от потребительских товаров позволит еще больше повысить уровень утилизации пластиковых отходов и их перенаправление со свалок. В сочетании с усилиями по расширению использования и спецификациям переработанных марок в качестве замены первичному пластику переработка отходов пластмасс является эффективным способом улучшения экологических показателей полимерной промышленности.