Recyklace plastů: Procesy a technologie

Pro udržitelnost plastů je klíčové jejich uchování v oběhu po co nejdelší dobu. Jako základní se pro to jeví recyklovatelnost. Aby se maximalizovala, neustále se vyvíjí její efektivní varianty. Kromě mechanické recyklace funguje i chemická. Plasty mají mnoho výhod, kvůli kterým jsou hojně využívány. Problematický je odpad, který vznikne po jejich použití, mnohdy jednorázovém. Druhou variantou je, že jej lidé vytřídí a přiblíží recyklaci. Proč přiblíží? Ne všechen plastový odpad, který se dostane do žlutých kontejnerů, je skutečně recyklován. Kromě jeho dalšího zužitkování v tom brání hlavně jeho podoba. Nejčastější komplikací je kombinace více materiálů a použitá dekorace. S tím si dnes mechanická recyklace nedokáže poradit.

Mechanická recyklace

Mechanická recyklace je v dnešní době nejrozšířenější metodou recyklace plastů. Je to lety prověřená technologie. Nicméně má své limity, které se s ohledem na budoucnost ukazují jako zásadní. Během nejrozšířenějšího způsobu recyklace nedochází ke změně chemické struktury plastů. Na třídící lince se nejprve separují recyklovatelné obaly. Ty se následně rozdrtí a rozemelou na drobné vločky, které se properou ve vodě. Po roztavení se výsledná směs tepelně upraví, vtlačí do kovových forem a finální materiál putuje k odběrateli.

Mechanická recyklace je proces, během kterého se z plastového odpadu získává výrobek bez využití chemické reakce recyklovaného materiálu. Mechanická recyklace zachovává molekulární strukturu. Tento mechanický postup se může dělit podle zpracované suroviny a hodnoty výrobku na recyklaci primární a sekundární.

Primární mechanická recyklace

Při primární mechanické recyklaci se z jednodruhového plastového odpadu získává výrobek stejné či podobné kvality, jako měl původní materiál či recyklovaný výrobek. Recyklovaný materiál se mechanicky rozdrtí, vypere, vysuší a přetaví jej do granulátu při nízkých teplotách, aby nedocházelo ke štěpení molekul. Následně se míchá s čistým panenským plastem vstupujícím do zpracování. Tato metoda u zpracovatelů plastů převažuje.

Sekundární mechanická recyklace

Sekundární mechanická recyklace je proces, ve kterém se získá materiál nebo výrobek s vlastnostmi odlišnými od původního materiálu nebo výrobku. Postup lze využít při zpracování některých typů směsných plastových odpadů, kompozitních výrobků a méně kvalitních průmyslových a technologických plastových odpadů.

Čtěte také: Jak recyklovat starý šicí stroj

Limity mechanické recyklace

Mechanická recyklace vyžaduje plasty, které lze skutečně recyklovat. Design plastového produktu hraje jednu z hlavních rolí v mechanické recyklaci. Pokud se například plastový obal skládá z vícevrstvé folie, není praktické jej recyklovat. Vynaložené úsilí pro tuto recyklaci je mnohem vyšší než při výrobě nového obalu z primárních platů.

Podle Evropského úřadu pro bezpečnost potravin nelze granulát z mechanické recyklace opětovně použít v obalové technologii potravin. Granulát by mohl obsahovat zdraví škodlivé látky, které by se mohly dostat do potravin. Pouze PET lahve, které si spotřebitelé přivezou zpět na zálohu, mohou být znovu použity na nové obaly potravin.

Dalším limitujících faktorem a výzvou mechanické recyklace plastů je barva recyklovaného plastu. Výsledný plastový granulát po rozdrcení a přetavení je černošedý produkt. Z tohoto nelze vyrobit plastové výrobky s brilantními barvami. Kromě toho mají granule vyrobené z recyklovaného plastu často nepříjemný zápach. Tento zápach lze přenést na výrobek. Tento problém lze překonat vylepšeným recyklačním procesem, např. optickými separátory. Ani tato vylepšení však nepracují se stoprocentní účinností.

Srovnání mechanické a chemické recyklace

Mechanická recyklace vyžaduje nekontaminované toky plastového odpadu. Většina plastů nelze mechanicky recyklovat opakovaně. Do mechanické recyklace jedné tuny plastových odpadů je nutné investovat 1 MW elektrické energie a použít 4 m3 vody.

Oproti tomu chemická recyklace nevyžaduje důkladné třídění, může důsledně recyklovat většinu používaných plastů. Po chemické recyklaci se plast stává prakticky nekonečně recyklovatelný. Mechanická recyklace představuje více než 99,9% infrastruktury a podnikání v recyklační oblasti. Chemická recyklace je dosud pouze její nepatrnou částí.

Čtěte také: Zodpovědný přístup k recyklaci kávových kapslí

Mechanická recyklace je v úpadku a všechny aspekty naznačují že není dále ekonomicky životaschopná. Naproti tomu se chemická, a zvláště termochemická recyklace se jeví jako velmi perspektivní způsob recyklace plastových odpadů.

Chemická recyklace

Chemickou recyklací se rozumí chemicko-fyzikální rozklad odpadů až do stupně rozložení molekulových vazeb. Za vysoké teploty a bez přítomnosti kyslíku vzniká syntetický olej nebo plyn. Ty mají širokou škálu využití, například pro výrobu pohonných hmot, různých chemikálií, ale zejména monomerů.

“Chemická recyklace plastů je prakticky jediná cirkulární technologie, která umožňuje jeden a ten samý zdroj využívat stále dokola,” říká vedoucí vývoje a technologií firmy greiner packaging slušovice Radek Holubář a dodává, že oproti recyklaci fyzikální ta chemická není limitována problematikou degradace, tj, krácení makromolekul, vytváření dvojných vazeb, které zapříčiňují žloutnutí, či vzniku tzv.

I když to zní ideálně, chemická recyklace má své plusy i mínusy. Rozvoj chemické recyklace mi v současné době připadá logický a přinese posun v nakládání s plastovými obaly. Podle odborníka zabývajícího se metodou analýzy životního cyklu výrobků je třeba, aby proces získání druhotné suroviny měl nižší zátěž vůči životnímu prostředí, než výroba suroviny primární. Tuto podmínku pravděpodobně chemická recyklace splní jen částečně a proto bude “pouze“ jedním z kroků jak omezit množství plastů v odpadech.

Ropa vs. Hausner k tomu zdůrazňuje, že ačkoliv jsou procesy chemické recyklace polymerů dobře známy již desítky let, její základní problémy zůstávají: nutnost vysoké vytříděnosti plastů podle jednotlivých typů, poměrně vysoká energetická spotřeba nutná pro depolymerizaci jednotlivých typů, mnohonásobně vyšší investiční náklady a zatím ne zcela zvládnuté technologické postupy a procesy. Přesto nebo právě proto odborníci neustále vyvíjejí a posouvají nové technologické postupy chemické recyklace různých polymerů.

Čtěte také: Výzvy v recyklaci tvrzených plastů

Společnost BASF zase odpad zahřívá na 850°C, kdy vznikají ethylen a propylen, které jsou surovinami pro výrobu dalších produktů. Podle jedné z největších chemických firem na světě by díky tomuto procesu bylo možné recyklovat až dvě třetiny všech plastových odpadů.

Směrem k cíli vyvinout postupy pro recyklaci plastů, které nelze v současnosti plnohodnotně recyklovat, pracuje také evropský projekt ENZYCLE, na kterém se podílí 14 společností ze šesti různých zemí, včetně celosvětového hráče v obalovém průmyslu firmy Greiner Packaging. Sází přitom na enzymatickou recyklaci využívající k rozkladu polymerů na monomery bakterie.

Technologii založenou na zpracování PET a polyesterových vláken speciálními enzymy, které rozkládají plasty na jejich komponenty jen s malou spotřebou energie a bez použití tlaku nebo rozpouštědel, už vyvinula a patentovala i francouzská společnost Carbios. Jedním z nejpokročilejších projektů v Evropě je microwave chemická depolymerizace PET.

“PET má uplatnění v mnoha aplikacích a je jen otázkou úprav legislativy, aby bylo možno klasický recyklát do výrobků zařazovat. To potvrzuje i výzkumný pracovník IBM Bob Allen, který pracuje na vývoji metody VolCat, díky které se ze směsného plastu chemicky extrahuje polyester k dalšímu použití.

V celoevropském měřítku se podle EKO-KOM daří shromáždit k recyklaci asi 30 % plastového odpadu, kterého se vyprodukuje celkem až 28 milionů tun ročně. Právě chemická recyklace by mohla toto množství navýšit a přispět tak k nastavení cirkulární ekonomiky. Sama o sobě však plasty a plastové obaly nespasí.

“Chemická recyklace může část plastových toků z odpadů odklonit a využít, ale sama o sobě nevyřeší problematiku udržitelného balení potravin či jiných výrobků. Podle výzkumu Eurostatu až dvě třetiny plastového komunálního odpadu nejde recyklovat. Mimo jiné proto, že je vyrobený z více druhů plastu.

Německá společnost BASF, jedna z největších chemických firem na světě, testuje proces, díky kterému je možné recyklovat až dvě třetiny všech plastových odpadů. 18:52 16. „Většina plastů tvoří směsné materiály, není to například čistý PET. Jak funguje chemická recyklace plastů? V té proto vyvinuli postup, kterému říkají ChemCycling, tedy chemická recyklace. Díky němu můžou plasty, které nejdou mechanicky recyklovat a skončily by na skládce nebo ve spalovně, používat k výrobě syntetického plynu nebo olejů. Jako druhotná surovina tak tyto plasty můžou posloužit ve výrobě nových plastů.

Jak funguje chemická recyklace„V chemickém průmyslu normálně používáme olej z fosilních zdrojů. Z něj se pak vyrábí různé materiály. Místo tohoto fosilního oleje ale můžeme používat olej vyrobený ze starých plastů. Ročně takto při parním krakování spotřebujeme několik milionů tun oleje,“ popisuje Andreas Kicherer.

Tyto materiály v BASF rozkládají pomocí pyrolýzy, tedy pod velkým teplem a bez přítomnosti kyslíku. Vzniká syntetický olej nebo plyn, z nichž se pak znovu můžou vyrábět plasty. „Nejlépe jdou takto zpracovat polyethylen a polypropylen. Ty tvoří zhruba 80 procent všech plastových obalů. Proto je právě odpad z těchto obalů pro chemickou recyklaci nejlepší a zároveň nejčastější. Myslím, že zhruba 60 procent všeho plastového odpadu jsou právě plastové obaly,“ odhaduje Andreas.

Kvalita takto vyrobených materiálů je přitom stejná jako u těch vyrobených z panenských materiálů. A v některých případech dokonce můžou splňovat vyšší nároky než plasty vyrobené z mechanicky recyklovaného odpadu.

„Požadavky pro použití v potravinářském průmyslu jsou opravdu přísné a není jednoduché je splnit s materiálem vyrobeným z mechanicky recyklovaného odpadu. Nechcete mít obal na jídlo vyrobený ze staré plechovky od oleje. Ale s ChemCyclingem umíme materiály dostatečně vyčistit,“ vysvětluje ředitel pro strategie udržitelnosti.

Žádné perpetuum mobile

Díky ChemCyclingu je tedy možné i plasty, které nejde recyklovat mechanicky, použít víckrát než jednou. Nejdříve se z nich vyrobí například plastový obal, který se po použití vytřídí. Pak se z něj vyrobí syntetický olej a následně plast. Konec jednorázových plastových obalů na potraviny. „Na uzavření každého cyklu je potřeba energie a tu bereme přímo z recyklace odpadu. Mohli bychom do procesu přidávat energii z externích zdrojů, ale je podle nás lepší, aby vše běželo jen díky zpracovávanému materiálu,“ říká Andreas Kicherer a dodává, že v každém cyklu se takto ztratí zhruba 10 až 15 procent materiálu.

Andreas drží v ruce lahvičku zhruba velikosti plechovky od limonády. Je v ní zrecyklovaný olej lehce oranžové barvy, ve kterém ale plavou nežádoucí malé černé částečky. Ty musí BASF do budoucna odstranit.

„Pokud bychom vyráběli miliony tun, množství těchto částeček by narůstalo, až by nám ucpalo potrubí a museli bychom zavřít továrnu. Takže to ještě musíme odstranit, než začneme vyrábět ve větších objemech,“ vysvětluje.

V pilotní fázi projektu chce BASF dodat svým zákazníkům jen asi do tisíce tun takto recyklovaných plastů, tedy na své poměry malé množství. „Poputují na výrobu obalů na mozzarelly, komponentů ledniček a izolačních panelů. První takové produkty by se na trh mohly dostat už letos,“ věří Andreas Kicherer.

Další technologie recyklace plastů

Jinak též depolymerizace je novější metoda a komplexní proces, který využívá hned několik technologií současně. Ty postupně přeměňují plastový odpad, jejž nelze recyklovat mechanicky, na původní stavební bloky (monomery), které jsou pak použity jako surovina pro získání nových polymerů. Velkou devízou je možnost zpracovat i jinak nerecyklovatelné plasty, jako jsou vícevrstvé materiály nebo plasty s reziduálními složkami, které by jinak skončily na skládce.

Podstatou je transformace plastu v tepelnou a elektrickou energii skrze spalování plastových obalů. Tato technologie si žádá poměrně nákladné investice, podporu autorit a od počátků čelí kritice kvůli vytváření emisí.

Přípravné zpracování plastů

Procesy, které připraví nebo upraví plast dle požadovaných konečných vlastností, například elektrické, tepelné apod. Mezi technologie přípravného zpracování plastů patří například:

Granulace

Technologie, která se používá pro výrobu granulí, se nazývá technologie granulace. Základní metody granulace plastů: granulace z pásu a granulace ze strun (za studena a za tepla).

Granulace z pásu

Granulace z pásu je nevhodná pro tvrdé materiály. Technologie se používá např. na granule.

Granulace ze strun

Technologie granulace ze strun využívají technologii vytlačování taveniny plastu skrz granulační hlavu s velkým množstvím kruhových otvorů. takto získává tavenina tvar strun, které jsou dále sekány na granule buď za studena, nebo za tepla.

Granulace ze strun za studena

Při granulaci ze strun za studena jsou struny ochlazeny v kapalině (nejčastěji voda) a následně jsou sekány na granule. Kapalina může způsobovat problémy (důsledek nasákavosti). Nevýhodou je velké množství strun, které se mohou slepovat, trhat nebo lámat. Používá se pro většinu termoplastů, např.

Granulace ze strun za tepla

Při granulaci ze strun za tepla se granule odřezávají bezprostředně po vytlačení taveniny plastu z granulační hlavy. Chlazení probíhá buď za současného účinku vody, anebo s následným chlazením vodní mlhou. To je vhodné pro plasty s nízkou (resp. viskozitou) taveniny. Technologie se používá pro většinu termoplastů, např.

Zpracování odpadu

Při zpracování plastů vzniká technologický odpad, který má vliv na rozměr a vlastnosti výrobků. Tento podíl výrobků se nazývá odpad. Odpad se dle vzniku a vlastností dá dělit na technologický a užitný odpad.

Technologický odpad

Technologický odpad vzniká při výrobě (výrobky, odstřiky, apod.).

Užitný odpad

Užitný odpad vzniká po použití výrobku v různých podobách (časové, tepelné, oxidační, vlivem povětrnosti, apod.). Technologický nebo užitný odpad je možné pro další zpracování používat buď ve formě recyklátu, nebo regenerátu (jedná se o materiál s obdobnými vlastnostmi, jako má originální polymer).

Recyklát

Recyklát je technologický nebo užitný odpad, který je pouze nadrcený, rozemletý.

Regenerát

Regenerát je technologický nebo užitný odpad, který je granulovaný (viz technologie granulace) a případně upravený přísadami, plnivy, aditivy. Regenerát má oproti recyklátu vyšší tekutost (vliv orientace makromolekul a plniva jako důsledek tlakových procesů během zpracování). Recyklát nebo regenerát mohou obsahovat určitý procentuální obsah prachových částí (doporučuje se odsávání prachu a prachových částí). Je nutné zajistit stejnou velikost vstupních částic. Pro zlepšení užitných a zpracovatelských vlastností se přidávají aditiva apod.

Pro další použití je potřeba vstupní surovinu vytřídit jako čistý tříděný odpad. Třídění se provádí jednak podle barvy dílů, jednak na plast stejného chemického složení (obecně jsou plasty nemísitelné). Pro další použití se provádí třídění jednotlivých skupin. Jedná se např. o linky, kde dochází k ručnímu třídění flotačnímu třídění, apod. Provozní linka na regranulaci (studená strunová granulace) a detail dávkování do velkoobjemových pytlů je ukázán na obr.

Recyklát a regranulát se používají buď samostatně, anebo jako určitý procentuální podíl ve směsi s originálním materiálem. Použití 100% recyklátu a regranulátu se řídí požadavky na konečné vlastnosti plastových dílů. V některých odborných pramenech je doporučený podíl max. 15%, v jiných max. 20%.

Doprava materiálu

Doprava materiálu slouží k dodání suroviny až ke zpracovatelskému zařízení. Surovina se dodává v pytlích o váze 20 nebo 25 kg, nebo ve velkých pytlích o váze až 500 kg, oktabínech. Pro skladování plastů používají venkovní sila, která pojmou kolem 20 t. Ta se plní přímo z cisteren. Sila jsou vhodná pro všechny typy plastikářských provozů a pro dopravu všech typů a druhů plastů. Plastové materiály v sypkém stavu jsou k dalšímu zpracování většinou dopravovány čerpadly. U sil jsou umístěna síta a sila mají zařízení s automatickým čištěním a zásobníkem pro prach. Granuláty se dopravují přímo ke strojům, anebo do sušáren a odtud ke vstřikovacím strojům. Způsob dopravy je závislý na druhu dopravy, dalších požadavcích na úpravu granulátu (barvení, sušení, přidávání regenerátu, apod.).

K pneumatické dopravě se používají buď vakuové, nebo tlakové systémy, anebo jejich kombinace. Potrubí má průměr do 100 mm a jsou buď z oceli, z litiny, nebo ze slitin hliníku s úpravou proti opotřebení. Vakuový systém možno použít do vzdálenosti 100 m, zatímco přetlakový systém lze použít až do vzdálenosti 200 m. U přetlakového systému však dochází k mnohem většímu opotřebení potrubí, zvýšené tření může způsobit měknutí granulí, příp. se používají trysky o průměru 6 nebo 8 mm. Granulát se dopravuje buď centrálně k jednotlivým strojům do plnícího zařízení nad násypkou. Používají se nejenom vakuových plnících zařízení, ale i spirálových dopravníků a sacích a přetlakových zařízení.

Ve většině firem se v dnešní době kombinuje doprava např. se sušením nebo barvením granulátu, resp. se kombinuje originál polymeru s drtí (potom se používají kompaktní zařízení s dvěma vstupy. Dávkování se provádí objemově (volumetricky), nebo gravimetricky. Takto upravený a promísený granulát odchází do násypky stroje. Záleží hlavně na přesnosti dávkování jednotlivých komponent. Pro dopravu roztoku polymeru, premixů, atd. se používají zubová nebo pístovými čerpadly. Doprava se používá i k přidávání přísad, k sušení, k míchání, k separaci prachu, apod.

Sušení

Vlhkost se do plastů dostává buď při emulzní polymerace, anebo při granulaci hmoty, kdy vytlačovaný profil prochází vodní chladicí lázní. A protože některé plasty jsou navlhavé, je nutné je před zpracováním sušit. Sušení je technologický proces, který vede ke snížení obsahu absorbované vlhkosti. Nadměrná vlhkost se projevuje zhoršováním kvality povrchu výrobků (tvoření šmouh, tzv. stříbření nebo bublinek), nebo vlhkost u hydrolyticky citlivých plastů. Proto se používají stroje, které jsou vybaveny odplyněním. Při nedosušeném materiálu dochází při vysokém parciálním tlaku vodních par ke snížení molekulové hmotnosti polymeru. To se projeví se to zmenšením průměru struny a vznikem bublin během odstřiku taveniny plastu.

Průběh sušení závisí na charakteru spojení vlhkosti s materiálem. Množství vlhkosti je závislé na podmínkách, a to na teplotě a na relativní vlhkosti okolí. Proto se granulát skladuje v suchém prostředí. Z technologického hlediska je nejdůležitější určení doby sušení, která závisí na druhu vlhkosti, ale může se dle typu plastu a typu aplikace měnit, např. u optických dílů. Po vysušení se materiál dopraví rovnou do vstřikovacího stroje, jinak naopak k navlhání. Proto se doporučuje granulát skladovat v uzavřených nádobách a co nejdříve zpracovat, aby se zabránilo působení ovzduší. Doba skladování by neměla přesáhnout asi do 30 minut.

Sušení se provádí teplého vzduchu. Sušárny mohou pracovat s nepřetržitým, nebo periodickým provozem. Dle způsobu proudění vzduchu se sušárny dělí na souproudé, protiproudé, nebo s kříženým proudem. Nejjednodušší jsou souproudé sušárny a mají malou navlhavost. V souproudé sušárně se suchý materiál stýká s ochlazeným vzduchem. V protiproudé sušárně se studený vzduch stýká s vysušeným materiálem. Účinnost je vyšší, spotřeba energie nižší. Hodí se pro polymery, které nesnášejí velkou rychlost sušení. Další dělení je podle oběhu vzduchu na sušárny s oběhem vzduchu otevřeným nebo uzavřeným. Používá se různý typ vzduchu, suchý vzduch, horký vzduch, tlakový vzduch. Podle typu vzduchu se mění i doba sušení. Podle tlaku se sušárny dělí na atmosférické a vakuové. Vakuové sušárny umožňují zkrácení doba sušení. Je nutné sledovat rychlost ztráty vlhkosti) a hlavně dobu sušení, jinak vzniká nebezpečí vzniku tzv. „přesušení“ polymeru, které se projevuje změnou barvy.

tags: #recyklace #plastu #procesy #a #technologie

Oblíbené příspěvky:

• Recyklace Nymburk
• Práva a povinnosti majitelů psů
• Fascinující biodiverzita Papuy Nové Guiney
• Znečištění ovzduší u řek
• Ekologická izolace z Vrchlabí