Recyklace minerální vlny a pěnového polystyrenu: Postupy a možnosti

Pěnový polystyren je univerzální materiál s pestrou škálou využití. Nejvíce se používá ve stavebnictví, konkrétně při zateplování budov. Dále se užívá jako obalový materiál, nejčastěji k balení elektrospotřebičů nebo např. k přepravě zdravotnických zásob. Jeho předností jsou především tepelně izolační vlastnosti, odolnost proti vlhkosti, stlačení a nárazům.

V rámci Evropy se ho ročně spotřebuje 2,2 mil. tun. Vůbec největším evropským spotřebitelem je Německo, na druhém místě figuruje Polsko. Lze předpokládat, že v Evropě se ročně vyprodukuje přes 500 tis. tun odpadu z EPS, jeho největšími producenty jsou Německo, Francie a Itálie. V České republice loni vzniklo 4,6 tis. tun odpadu při spotřebě 47,8 tis. tun. Zhruba 3 tis. tun pocházelo z obalů a 1,3 tis. tun z polystyrenových odřezků vzniklých při zateplování budov, zbývající část je poté z demolic a dekonstrukcí.

EPS je objemný a lehký materiál, a proto se i při relativně nízké hmotnosti nejedná o zanedbatelné množství. Právě díky tomu, že je z 98 % tvořen vzduchem, má nízkou uhlíkovou stopu a lze ho velmi dobře recyklovat. Přestože se jedná o 100% recyklovatelný materiál, podíl recyklace v tuzemsku se pohybuje kolem 50 %. V cestě za naplnění recyklačního potenciálu mu totiž brání řada bariér.

Sdružení EPS ČR se zavázalo EU, že se do roku 2025 pokusí dosáhnout 50% míry recyklace v tuzemsku, což se nám podařilo splnit. Míra recyklace za minulý rok se pohybovala lehce přes 50 %. V našich snahách o postupné navyšování tohoto čísla ovšem neustáváme. Do roku 2030 bychom chtěli dosáhnout 55% míry recyklace.

Workshop EPS a cirkulární ekonomika III.

Po 3 letech zorganizovalo Sdružení EPS ČR ve spolupráci s Českou technologickou platformou PLASTY v Technoparku Kralupy nad Vltavou další workshop, kterého se již tradičně zúčastnili zástupci celého hodnotového řetězce pěnového polystyrenu, obcí, státní správy i odpadových společností. Cílem byla výměna informací mezi jednotlivými účastníky, pochopení systému, definování kroků pro jeho zlepšení a analýza toho, jak se od posledního setkání v roce 2022 situace posunula. Jedná se zejména o zlepšení evidence materiálových toků a koncepční podporu recyklace ze strany státu.

Čtěte také: Jak recyklovat starý šicí stroj

Za poslední 3 roky, i díky aktivitám, které Sdružení EPS ČR realizovalo ve spolupráci s Cyrkl, EKO-KOM a dalšími, došlo k výraznému zlepšení v evidenci materiálových toků. Dalším krokem je vytvoření metodiky MŽP, které by v budoucnu mělo být schopno vykazovat oficiální množství zrecyklovaného EPS v Česku.

Jednou ze zásadních bariér byly nízké poplatky za skládkování, které se v posledních letech stále navyšují, což by mohlo motivovat k vyšší míře recyklace. Další výzvou je drahá přeprava objemného materiálu. To lze vyřešit tzv. zkompaktováním do bloků, čímž se výrazně zmenší objem odpadního polystyrenu. Na workshopu proběhla diskuse mezi zástupci obcí a státní správou ohledně možné finanční podpory na zakoupení kompaktorů.

Veškeré dotační programy na podobné účely jsou totiž založeny na minimálním množství zrecyklovaného materiálu vyjádřeného jeho hmotností. To je ale u EPS vzhledem k jeho nízké objemové hmotnosti (14-25 kg/m3) téměř nemožné. Zde by pomohla změna podmínky pro objemné a velmi lehké materiály založené na minimálním zpracovaném objemu (m3).

Řešením by mohlo být např. Zde se jedná především o nedostatečnou znalost problematiky a předsudky ze strany veřejnosti. I díky pravidelným edukačním kampaním Sdružení EPS ČR se povědomí o recyklovatelnosti materiálu mezi veřejností v posledních letech strmě zvyšuje. Pro úspěšnou recyklaci je klíčové, aby nebyl polystyrenový obal moc znečištěný.

Separovaný sběr do speciálních nádob, jako se tomu děje např. v Kralupech nad Vltavou či v Letohradě, proto dává z hlediska zachování čistoty materiálu největší smysl. Bohužel trend doby je opačný, stále více dochází k multikomoditnímu sběru, při kterém je větší šance, že se EPS znečistí o zbylé materiály (kovy, nápojové kartony atd.). Po 3 letech fungování speciálních nádob na separovaný sběr polystyrenu v Kralupech nad Vltavou můžeme říct, že míra znečištění je zhruba 5 %.

Čtěte také: Zodpovědný přístup k recyklaci kávových kapslí

V diskusi zaznělo, že přední český recyklátor vyváží 100 % recyklátu do zahraničí, jelikož v tuzemsku po materiálu není, i kvůli lehce vyšší ceně oproti nové surovině, poptávka. To by se mělo změnit s evropskou legislativou PPWR, která vejde v platnost v roce 2030. Ta pojednává o tom, že plastové obaly by měly obsahovat minimálně 35 % recyklátu.

Pilotní projekty na separovaný sběr od občanů i ve sběrných dvorech fungují. Kralupy, které začaly již v roce 2021 a ročně takto vytřídí 3-4 tuny čistého odpadního polystyrenu, a Letohrad, který za minulý rok ve zkušebním provozu vysbíral 1,5 tuny čistého polystyrenu, jenž byl následně prodán recyklátorovi, jsou toho zdárným příkladem. Teď je potřeba projekty rozšiřovat do dalších obcí.

Stejně tak je potřeba je odladit po nákladové stránce, aby byl separovaný sběr pro obce efektivní a finančně zajímavý. Odpadářské společnosti, i přesto že je pro ně EPS objemově minoritní materiál, věnují problematice sběru, třídění a následné recyklace odpadního pěnového polystyrenu odpovídající pozornost. Dokonce i vytříděný odpadní EPS z dotřiďovacích linek, který je znečištěný, nachází své uplatnění v podobě izolačních zásypů nebo lehčených betonů.

Jak už bylo uvedeno výše, v tuzemsku máme celou řadu recyklátorů, kteří jsou schopni zpracovávat různé druhy odpadního EPS. Hlavním úkolem Sdružení EPS zůstává edukace a propojování odborné i laické veřejnosti v této problematice.

Z debaty mezi výrobci, zpracovateli suroviny, recyklátory a státními institucemi vzešla iniciativa hledat konkrétní cesty k zefektivnění třídění a recyklace EPS. Workshop byl tedy z pohledu Sdružení EPS úspěšný, jelikož si ověřilo, že se ubírá správným směrem.

Čtěte také: Výzvy v recyklaci tvrzených plastů

Využití odpadních tepelněizolačních materiálů pro výplňové hmoty do keramických dutinových tvarovek

Další z oceněných prací studentské konference JUNIORSTAV se zabývá vlastnostmi a možností recyklace tepelněizolačních materiálů např. pěnového polystyrénu a minerální vlny, nejen z nemovitostí po demolici, ale i z materiálů, které zůstaly na staveništi po ukončení výstavby jako odpad. Článek byl vydán v rámci odborné konference doktorského studia Juniorstav 2021.

Výrobci dutinových dílců pro stavebnictví, zejména pak keramických dutinových tvarovek, mají povinnost deklarovat nejen mechanické vlastnosti výsledného výrobku, ale i další užitné vlastnosti, zejména hodnoty tepelnětechnických veličin, např. hodnotu tepelného odporu, součinitele prostupu tepla a také součinitele tepelné vodivosti. Z hlediska zlepšení tepelnětechnických vlastností keramických tvarovek bylo prokázáno, že je účelné dutiny těchto dílců vyplnit vhodným plnivem. V současné době se využívají na výplně dutin různé tepelněizolační materiály, nicméně je snahou nahrazovat je různými odpadními materiály. To má nesporný vliv nejen na výslednou cenu dílce, ale i na jeho „ekologickou stopu“.

Tím se rozumí právě využití odpadního polystyrénu a odpadní minerální vlny, která by se jinak musela skladovat. Právě minerální vlna vytváří z ekologického hlediska problém, jelikož spadá do kategorie nebezpečných odpadů a jako odpadní materiál se tudíž musí skladovat na skládkách pro nebezpečný odpad, jehož cena za skladování je poměrně vysoká.

Pěnový polystyrén je obecně heterogenní materiál sestávající z jednotlivých vzduchových dutin v polymerové matrici, jehož hlavní vlastností je velmi nízká hodnota objemové hmotnosti; je také stabilní, hydrofobní, trvanlivý a vykazuje kvalitní adhezi s cementovou matricí. Recyklovaný pěnový polystyrén je rozdrcen na malé kusy s drsným povrchem, což oproti hladkému povrchu běžných granulí umožnuje vznik pevnější tranzitní zóny mezi plnivem a pojivem [1]. Mimo to je možné také prodloužit trvanlivost výsledného kompozitu.

Minerální vlna naproti tomu je složena z čedičových vláken opatřených silikonovým olejem. To má za následek její nehořlavost a hydrofobní vlastnosti. V tomto příspěvku je navrženo a porovnáno několik receptur záměsí, které se liší množstvím tepelněizolačních recyklovaných materiálů, dávkou pojiva a přísad.

Pro jejich přípravu bylo využito silikátové pojivo - cement - CEM I 42,5 R, β-sádra a α-sádra. Jako plnivo byl využit pěnový polystyrén s obchodním názvem Styrobal drcený. Jedná se o polystyrénové granule kulovitého tvaru, přičemž byly vytříděné frakce 0-12 mm a 0-4 mm. Dále byla využita rozvlákněná minerální vlna z fasádních tepelněizolačních desek.

Návrh směsi se řídil požadavkem dosažení maximální pevnosti v tlaku při zachování nízké objemové hmotnosti. Z každé záměsi byly vyformovány vzorky, na kterých byly zkoumány zmíněné vlastnosti. Snahou bylo optimalizovat vstupní suroviny, zejména zvolit minimální dávku pojiva při zachování dostatečné manipulační pevnosti, dosažení potřebné konzistence čerstvé směsi a nízké objemové hmotnosti.

Tabulka 1: Složení jednotlivých záměsí

Tab. 2 udává výsledky naměřených veličin. U vzorků 1 a 2 docházelo k segregaci cementového pojiva a vzorky 3 a 5 byly mechanicky poškozeny. U vzorku 5 tímto bylo zjištěno nedostačující množství cementového pojiva. Vzorky 1 a 2 měly stejné složení, avšak lišily se pouze ve vybrané frakci EPS. Výsledný rozdíl hodnot je nepatrný, a tedy velikost frakce nemá vliv na výslednou hodnotu součinitele tepelné vodivosti.

Vzorek 4 vykazuje nejnižší možné množství cementového pojiva, kdy je ještě zachována dostatečná mechanická stabilita vzorků. Tento vzorek byl porovnán se směsí, kde byla dále využita recyklovaná minerální vlna v dávce 5 kg na m3. Jelikož prozatím není v České republice dostupná technologie zpracování odpadní minerální vlny, byla zpracována manuálně. Z výsledků vyplývá, že zvolené množství nemá vliv na výsledný součinitel tepelné vodivosti a je zde možnost vytvořit vzorky, kde se použije více odpadní minerální vlny.

Dále byl stanoven součinitel tepelné vodivosti vzorků, kde byly jako pojivo využity β-sádra a α-sádra. Vzorky vykazují vyšší manipulační pevnost než vzorky směsí, kde bylo využito cementové pojivo při zachování takřka stejné hodnoty součinitele tepelné vodivosti.

Pro měření fyzikálních vlastností keramických tvarovek se používá postup, který je založený na metodě normy EN 1745: 2012. Kvůli ekonomickým důvodům není vhodným způsobem výzkumu sestavení testovací stěny z navržených tvarovek, ale na druhé straně se nemusí použit pouze tabulkových hodnot a zjednodušených výpočtových postupů, které mohou vést k přesnosti výpočtů.

Lze využít principu optimalizace keramických tvarovek, které využívají laboratorního měření a numerického modelování podle Fourierovy rovnice vedení tepla. Použitím tohoto algoritmu, jehož cílem je vytvořit optimalizovaný zděný tepelně izolační blok, lze snížit náklady na materiál ve výrobě.

Tepelná vodivost je v laboratorních podmínkách měřitelná, pro účely tohoto výzkumu byla použita pálená keramika KM Beta z České republiky. Z hlediska simulace přenosu tepla je ustálený teplotní stav podle Fourierovy rovnice dostatečným prostředkem pro modelování přenosu tepla pomocí vyplněných keramických tvarovek. Pokud některé dutiny obsahují vzduch, musí simulace zahrnovat také přenos tepla dutinami konvekcí a radiací mezi povrchy.

Podle výsledného tepelného odporu keramických tvarovek lze zjistit, že nižšího tepelného odporu se dosahuje použitím keramických tvarovek vyplněných vzduchem. Jakákoli tepelně izolační hmota významně zvyšuje tepelný odpor, jak je patrné z hodnot v Tab. 3. Použití výplňové hmoty na bázi odpadních tepelných izolantů vykazuje příznivé hodnoty tepelného odporu.

Z výsledků zjištěných hodnot tepelných odporů můžeme potvrdit data, která poskytuje dodavatel dutinových tvarovek plněných minerální vlnou. Odchylky naměřených hodnot mohou být způsobené numerickým modelováním a hodnotami součinitele tepelné vodivosti materiálů, které byly změřeny. Rozdíl mezi hodnotami tepelných odporů dutinových tvarovek vyplněných minerální vlnou a odpadním materiálem je přibližně 15 %.

Při takto značném rozdílu hodnot tepelných odporů vyvstává otázka možnosti dalšího výzkumu pro zajištění snížení hodnoty součinitele tepelné vodivosti a tím zvýšení hodnoty tepelného odporu tvarovky za využití výplně z odpadních produktů. Pro zajištění stejné hodnoty tepelného odporu tvarovky s využitím odpadních produktů a tvarovky s využitím minerální vlny je potřeba zajistit součinitel tepelné vodivosti výplně z odpadních produktů pod hodnotu 0,04 Wꞏm−1ꞏK−1.

V této práci bylo provedeno porovnání několika typů výplňových směsí s obsahem recyklovaného pěnového polystyrénu a odpadní minerální vlny jako plniva. U studovaných materiálů byla nejprve určena objemová hmotnost a hodnota součinitele tepelné vodivosti. Směsi byly navrženy s ohledem na zachování manipulační pevnosti a nízkých hodnot objemové hmotnosti i hodnoty součinitele tepelné vodivosti.

Podle výsledků bylo zjištěno minimální množství pojiva, porovnání vlastností směsí s různou frakcí recyklovaného polystyrénu a porovnání vlastností při využití dvou různých pojiv. Bylo zjištěno, že zde není znatelný rozdíl hodnoty součinitele tepelné vodivosti záměsi, kde byly použity rozdílné frakce pěnového polystyrénu. Tento poznatek dává dílčí informaci o potřebě zpracování odpadního polystyrénu.

Cementové pojivo se jeví jako vhodnější materiál pro svou nižší cenu. Nicméně výhodou sádrového pojiva je rychlý náběh zpevňování struktury oproti cementovému pojivu, což může limitovat potřebnou dobu pro skladování k získání minimální manipulační pevnosti. Oproti konvenčně využívaným tepelně izolačním materiálům tvarovek je výhodou příznivá adheze výplňové hmoty k tvarovce, nevýhodou pak nutnost použití směsi o vyšší objemové hmotnosti.

V závěrečné části práci bylo numericky modelováno šíření tepla tvarovkou jako heterogenním prostředím, odvozen výsledný tepelný odpor keramické tvarovky s využitím různých typů výplní, přičemž jsme dosáhli příznivých výsledků a ověřili i další údaje, které poskytují výrobci o výrobcích. Přesto se v této oblasti stále nachází prostor pro další výzkum, zejména využití odpadní minerální vlny a vytvoření vhodné technologie pro její recyklaci.

tags: #recyklace #mineralni #vlny #postupy

Oblíbené příspěvky:

• Tipy na ubytování na samotě
• Program pro zvířata v MŠ
• Zpracování odpadu v ČR - recenze
• Postupy recyklace plastů
• Plíseň rajčat a mléčný postřik