Princip recyklace plastů: Výzvy a řešení

Problém plastového odpadu se v poslední době objevuje v médiích často. S tím, jak roste mezi novináři povědomí o klimatické krizi, zvětšuje se i počet článků o ekologických tématech. Plastový odpad je ve srovnání se změnou klimatu problém neskonale menší už jen proto, že plasty v porovnání s množstvím CO2 vypouštěným do atmosféry mají řádově menší objem.

Plastů se na celém světě vyprodukuje ročně 370 milionů tun, což je přibližně osm procent ze 4,5 miliardy tun vytěžené ropy, přičemž celkové emise CO2 ze spalování fosilních paliv mají 36 miliard tun. To je stokrát víc než celosvětová produkce plastů. Tato měřítka jsou zásadní, pokud chceme uvažovat o možných řešeních a jejich nákladech. U plastů si můžeme dovolit opatření, která budou dražší na jednotku materiálu, aniž by to zásadně ovlivnilo naši životní úroveň.

Výzvy v recyklaci plastů

Běžná metoda recyklace spočívá v roztřídění, povrchovém očištění, rozemletí a přetavení. K takto zpracovanému odpadu se pak přistupuje skoro jako k novému plastu. Aby to bylo možné bez ztráty užitných vlastností, vyžadovalo by to dokonalé roztřídění odpadu na jednotlivé druhy (polyethylen - měkký, tvrdý, PVC - měkké, tvrdé, polypropylen, PET, polystyrén) a vytřídění méně obvyklých (polyuretan, polyamid, ABS, polykarbonát).

Tento poměrně náročný proces zatím není automatizovaný (i když existuje výzkum umělé inteligence v této oblasti), protože na rozdíl třeba od magnetického železa, plast od plastu nerozdělíte takto jednoduchým fyzikálním procesem. Naprostá většina lidí pochopitelně není schopna plasty takto spolehlivě rozlišit, nehledě na logistické problémy svozu odpadu tříděného do desítek různých kontejnerů. I pak ovšem zůstávají problémy s čistotou - lze recyklovat plastový kelímek se zbytky hořčice nebo nádobku se zaschlým lakem? Technolog si nemůže být nikdy jistý, co tam všechno je. Každý jednotlivý druh plastu je navíc modifikován různými změkčovadly, plnivy, barvivy a dalšími látkami upravujícími jeho vlastnosti.

Z tohoto pohledu je recyklace plastů spíš politickým gestem s cílem uklidnit environmentálně orientovanou veřejnost než snahou o reálné řešení problému. Jako PR to slouží dobře - žluté kontejnery má každý na očích, každý občan se na třídění podílí, projevuje tak svou účast na sdílené kultuře, a disciplinuje se v ekologické uvědomělosti. Mezi vědci zabývajícími se recyklací se ozývají hlasy, že nejlepší by bylo vytříděný plastový odpad skladovat (skládkovat) do doby, kdy dojde ropa a ze skládek plastu se stane její cenná náhrada. Na druhou stranu, skládkované plasty nás v případě výpadku ropy asi na dlouho nezachrání, protože jich je řádově méně, než by bylo potřeba.

Čtěte také: Princip měření emisí

Chemická recyklace jako řešení

Nejlepším řešením by mohla být chemická recyklace. Směs plastových odpadů se použitím vhodných chemikálií „rozloží na prvočinitele“ (tj. na jednoduché molekuly) a ty se použijí jako surovina k syntéze nových plastů. Na první pohled se to může zdát příliš energeticky a technologicky náročné, ale ve skutečnosti je to stejný postup, kterým se dnes výchozí látky pro výrobu plastů vyrábějí.

Při výrobě polyethylenu a polypropylenu, které představují plasty s daleko nejvyšším objemem produkce, se totiž využívá právě takový proces (parní krakování) k získání výchozích plynů (ethylenu, propylenu) z ropy. Využívá se k tomu účelu těžký zbytek ropy (např. mazut, asfalt), který se za vysoké teploty s vodní parou a katalyzátorem rozštěpí na menší molekuly. Surová ropa je přitom neuvěřitelně komplikovaná směs všech možných molekul, s ještě mnohem hůře definovaným složením než směs plastů, a přesto si s tím krakovací kolony v ropných rafinériích dokáží poradit.

Jistě, obecný princip, respektive technologii krakování je třeba doladit pro konkrétní aplikaci, což vyžaduje vývoj, ale na rozdíl od třeba problému skladování energie (baterií), není třeba žádný fundamentální průlom. Základní postupy známe přes sto let, i když se je některé start-upy snaží prezentovat jako zázračnou, originální technologii jako z Návratu do budoucnosti. Pochopitelně se mohou objevit problémy, třeba v tom, že některé plasty obsahují málo vodíku, a při jejich rozkladu zbyde mnoho sazí nebo koksu. Ty však lze využít např. v ocelárnách nebo gumárenství.

Proč se to tedy už takto dávno nedělá? V první řadě by bylo mnohem výhodnější plasty recyklovat fyzikálně (jako se snažíme dosud) - kdyby to ovšem v praxi fungovalo. Je totiž mnohem levnější a ekologicky šetrnější plast pouze roztavit při teplotě přibližně 150 °C než ho chemicky rozkládat a zase syntetizovat při 500-1000 °C a stovkách atmosfér tlaku. Vyrábět z odpadního plastu zpátky surovou ropu se zdá být škoda. A pro stavbu funkčních továren by bylo třeba doladit detaily, což vyžaduje investice, do kterých soukromý investor těžko půjde, když je recyklace plastů vyloženě politická otázka.

Je třeba si uvědomit, že investice do chemické továrny či rafinérie jsou značné a předpokládá se u nich permanentní tok tisíců tun ropy denně po dobu desítek let. Paradoxně tak může být problém právě v tom, že plastového odpadu není dost. Je vcelku pravděpodobné, že využití plastového odpadu místo ropy nebude finančně výhodné (např. kvůli složitější logistice). Ale to až tolik nevadí, protože tu mluvíme o průmyslu padesátkrát menším, než je světová energetika. Pokud se tedy náklady na výrobu plastů zvýší o třeba 20 procent, nepředstavuje to žádnou katastrofu. Jenže producenti musí být k takovému postupu nějak externě motivováni.

Čtěte také: Pochopení Emise Elektronů

Jako zcela nejzásadnější problém tedy vidím to, že pro takové řešení prostě není politická objednávka. Nedokážu si představit ekologické aktivisty demonstrující za stavbu nové chemické továrny nebo ropné rafinérie. Takové řešení jde zcela proti jejich mindsetu, odsuzujícímu „velký průmysl“ a chemii jako takovou. Naše civilizace stojí na specializaci a úsporách z rozsahu, a snaha o zmenšení inherentně velkoprůmyslových procesů zavání podobným debaklem jako u drobných rurálních oceláren (backyard furnace) propagovaných v maoistické Číně.

Oběhové hospodářství a nové přístupy

Zvýšení úrovně recyklace plastů je jedním z cílů oběhového hospodářství. Pro splnění tohoto úkolu je ale nutné zajistit recyklaci těch plastů, které nejdou nyní mechanicky recyklovat kvůli znečištění nebo jsou malého rozměru tzv. výmět. Řešením je chemická recyklace.

Kolik má každý členský stát EU recyklovat obalových plastů stanovuje směrnice CEP (circular economy package) a tyto cíle současně potvrzuje i nové nařízení PPWR (packaging and packaging waste regulation). Minimální limity recyklace plastů jsou 50 % v roce 2025 a 55 % v roce 2030. Nyní v Česku mechanicky zrecyklujeme zhruba 46 % obalového plastového odpadu. Zbytek plastů je spalováno nebo skládkováno, protože je nelze použít pro mechanickou recyklaci.

Evropský průmysl a Evropská komise (EK) pracují na tom, aby byla chemická recyklace co nejdříve realizována podle jednotných a jasných pravidel. Je to nejen z důvodů splnění cílů úrovně recyklace, ale také z důvodu nové povinnosti podle PPWR přidávat do každého plastového obalu určité procento recyklátu. Nejedná se pouze o PET obaly, které rezonují v médiích, ale o všechny druhy plastových obalů (HDPE apod).

Technologie chemická recyklace se dělí na tři základní typy: pyrolýzu, plazmatické zplyňování a depolymeraci. Pyrolýza a plazmatické zplyňování jsou určeny pro zpracování všech druhů plastů kromě PET. Depolymerace PET je považována za nejefektivnější typ chemické recyklace. Výtěžnost je zhruba až 90 % rPET panenské kvality. U pyrolýzy a gasifikace je výtěžnost menší.

Čtěte také: Ulita a Matematika

Odborníci odpadového hospodářství navrhují stanovit měřící bod chemické recyklace (ukončení režimu odpadu) na úrovni vstupu do petrochemie. Jiný názor má ale EK a její Společné výzkumné středisko (JRC). Podle něj proces chemické recyklace musí projít krokem repolymerizace. V tomto případě může být ukončen režim odpadu až v okamžiku, kdy výstupní plast - recyklát splňuje všechny požadavky na kvalitu produktu. Pro technologii depolymerace PET je podle této metody zajištěna stále velká výtěžnost rPET až 90 %.

Dalším důležitým úkolem je určení pravidel pro výpočet obsahu platového recyklátu v konečném výrobku.

Na podpoře chemické recyklace se výrazně podílí i Ministerstvo životního prostředí ČR, které nyní pracuje na vyhlášce, která určí způsoby prokazování zpracování odpadu termochemickými procesy pro další materiálové využití a zápočet do úrovně recyklace.

Upcyklace a Re-use

Upcyklace zachovává původní materiál produktu, ze kterého lze vyrobit nový produkt s širším využitím. Recyklace navrací plasty zpět do oběhu tak, že využívá materiál, ze kterého je produkt vyroben, pro další cyklus tvorby nových produktů. Kromě klasické recyklace se objevují ale i inovativní přístupy.

Někteří tuzemští prodejci jídla nebo krabičkové diety nabízejí možnost vrácení plastového obalu. V tomto případě se obaly nevrací zpět do oběhu, ale stávají se součástí materiálů pro výrobu podobných obalů. V podobném duchu se snaží s obaly od kosmetiky a drogistického zboží nakládat společnosti L’Oréal nebo Rossmann, do jejichž vybraných prodejen můžete nosit prázdné obaly.

Plastový odpad přímo z pláží využívá k výrobě sportovní obuvi řady Parley na příklad firma Adidas. Pětadvacet recyklovaných lahví na vodu zase stačí start-upu Girlfriend Collective k výrobě zářivých legín pro ženy.

Ještě dál jde snaha nerecyklovat jen materiál, ale pokud to jde, použít znovu samotný výrobek, tzv. re-use. Jedná se zároveň o ekologické i ekonomické chování. Jednoduchým příkladem jsou plastové krabičky, ve kterých si koupíte salát nebo jinou potravinu. Obal je poměrně pevný a můžete v něm uchovávat třeba domácí pomazánku a po umytí znovu využít. S tímto trendem jste se určitě setkali na různých festivalech, trzích či ochutnávkách. Plastový kelímek, do kterého dostanete nápoj, je zálohovaný a můžete jej po použití přímo na akci vrátit zpět. Další firmy, jako třeba Rohlik.cz nebo drogerie DM, zase nabízí možnost opakovaného využití obalů tak, že zboží dostanete ve vratných nádobách nebo si zakoupíte vlastní nádobu.

Mnoho věcí, které vyhodíme, nemusí být přímo odpadem. Na tom staví tzv. Re-use centra, tedy mobilní buňky s regály, kam lidé mohou odkládat již nepotřebné věci. Jiným způsobem, jak vrátit plastové výrobky po jejich použití zpět do oběhu je upcycling (česky upcyklace). Nejde přitom o novou výrobu využívající recykláty, ale nalezení nového využití pro již existující materiál.

V rámci udržitelného rozvoje je proto zcela nezbytné maximum věcí a zejména plastů znovu využívat a recyklovat. Recyklace plastů je strategie, která opětným využíváním odpadů šetří přírodní zdroje a současně omezuje zatěžování životního prostředí škodlivinami. Recyklace plastů umožňuje zajištění surovin v případě jejich nedostatku, snížení nákladů při stoupajících cenách primárních materiálů a snížení ekologické zátěže životního prostředí produkovanými odpady.

Z toho vyplývá, že nejvyšší ekonomický efekt přináší recyklace výrobků obsahujících materiály s velkým rozdílem mezi energetickými nároky na jejich výrobu a energetic­kou náročností jejich opětovného přepracování. Základní podmínky ekonomicky efektivní recyklace jsou splněny i v případě odpadních plastů. Dostatečně vysoký rozdíl mezi energetickou spotřebou výroby po­lymeru a přepracováním použitého materiálu stejně jako ropná (tj. z hlediska přírod­ních zdrojů neobnovitelná a tedy perspektivně stále dražší) materiálová báze plastů jsou nutnými předpokladem pro efektivní zhodnocení plastových odpadů.

Chemická recyklace je založena na chemickém rozkladu polymeru na produkty o podstatně nižší molární hmotnosti (oligomery), nebo až na monomerní jednotky a dal­ším chemickém zpracování takto získané suroviny. Nejvýznamnější výhodou tohoto způsobu recyklace jsou poměrně nízké nároky na čistotu vstupní suroviny. Nevýho­dou jsou naopak poměrně vysoké investiční náklady na technologické zařízení a praktická uskutečnitelnost jen v podmínkách chemického průmyslu ve spojení s již existujícími procesy.

Nejjednodušším případem chemické recyklace je tepelná depolymerace. Některé po­lymery při vysokých teplotách podléhají degradaci tzv. zipovým mecha­nismem, kdy se z konců polymerních řetězců postupně odštěpují monomerní jednotky. Takový mechanismus tepelné degradace vykazuje např. polystyren (PS) nebo polymethylmethakrylát (PMMA).

Většího praktického významu doznaly procesy založené na rozkladu polykon­denzátů účinkem vybraných nízkomolekulárních látek souhrnně označované jako sol­volýza. Tímto způsobem je možné recyklovat materiály na bázi polyamidů (PA), polyurethanů (PU) a zvláště pak lineárních polyesterů, např. polyethylentereftalátu (PET) a polybutylentereftalátu (PBT). Podstatou solvolytického rozkladu je obrácení vratné polykondenzační reakce směrem k odbourávání monomerních jednotek z ře­tězců polymeru. Kromě solvolýzy mohou být lineární polyestery rozkládány také na principu reesterifi­kace přebytkem příslušného diolu.

Ze silně znečištěných směsí různorodých plastových složek, např. z frakce komunálního plastového odpadu o hustotě vyšší než 1 g/cm3, tedy zbytku po vytří­dění polyolefinické frakce rozplavením ve vodě, není už prakticky možné získat re­cyklací hodnotnější materiál, než vlastní surovinovou bázi. Principem surovinové recyklace jsou termicky destrukční procesy rozkládající polymerní složky vstupní su­roviny na směs plynných a kapalných uhlovodíků.

tags: #princip #recyklace #plastu

Oblíbené příspěvky:

• Harmonie s přírodou
• Znečištění půdy v ČR
• Studium biologie a ekologie v Ostravě
• Program školy v přírodě v Beskydech
• Komunální odpad Bíteš