Recyklace plastů pomocí mikrovln: Inovativní řešení pro ekologičtější budoucnost

Není pochyb, že plastového odpadu neustále přibývá. Vývoj nových technologií neutichá a někdy jde napříč odvětvími. Vědci z Purdue University se např. snaží vyřešit hned dva problémy najednou, recyklaci plastů a výrobu akumulátorů.

Nová metoda recyklace PET lahví

Přišli totiž na velmi jednoduchý způsob, jak proměnit polyethylentereftalát (PET), až příliš nadbytečný plast např. z lahví, na C8H4Na2O4, který má potenciál se stát jedním z materiálů pro výrobu anod u lithiových a sodíkových akumulátorů v budoucnosti. Ty se dnes obvykle vyrábějí ze směsi grafitu a mědi. Na drť z PET se jen nechají působit mikrovlny s výkonem na úrovni domácích mikrovlnek po dobu dvou minut a vzniknou jakési útvary ve tvaru květů z výše uvedeného materiálu. Vědci pomocí rentgenů a spektroskopie prokázali vynikající čistotu vzorků.

Především se hovoří o sodíkových akumulátorech, které mají dle vědců velmi dobrý potenciál pro nasazení do průmyslu, např. jako velké vyrovnávací akumulátory pro obnovitelné zdroje, které by byly ekologičtější než ty dnešní a mohly by tak vést k energetice, která by byla opravdu čistější než ta dnešní. Akumulátory dneška jsou totiž stále ekologickou pohromou.

Recyklace PET lahví v České republice

Poslední statistiky Institutu cirkulární ekonomiky říkají, že v České republice pošleme k recyklaci sedm z deseti PET lahví, přičemž zbylé skončí na skládkách, ve spalovnách nebo přímo v přírodě jako pohozené odpadky, kde se rozkládají dalších sto let. Plastové láhve přitom patří k těm odpadům, které se recyklují nejlépe. Z odpadních “petek” snadno vzniká tavením vlákno, ze kterého se vyrábí například koberce, spacáky, pleny, obaly, módní doplňky, batohy, fleecové bundy nebo jiné oblečení, textile a výlisky do aut. Z vláken se vyrábí i náplně do 3D tiskáren.

Naštěstí už známe novou technologii tavení mikrovlnami, díky níž z netříděných odpadních PET lahví získáme materiál, ze kterého můžeme vyrobit zdravotně nezávadné plasty v potravinářství, tzv. virgin PET. Jinými slovy z PET lahví je možné vyrobit nové PET lahve. Unikátní metodu vymysleli čeští vědci z Akademie věd pod vedením prof. Jiřího Drahoše, kandidáta na prezidenta v letošních volbách.

Čtěte také: Jak recyklovat starý šicí stroj

Češi si proces patentovali nejen doma ale i v zemích, kde jsou největší výrobci a zpracovatelé PET. Jejich počínání se vyplatilo, protože licenci k patentu si zakoupila firma NRT Polska. Ta dostala podporu od polské vlády a postavila poloprovozní linku s kapacitou 10 000 tun zpracovaného materiálu za rok.

Patentování vynálezu

Vědci nechali vynález patentovat nejen doma ale i v zemích, kde jsou největší výrobci a zpracovatelé PET lahví - v Německu, Itálii, Francii, Anglii, Polsku a v Číně.

Problémy recyklace dalšího plastového odpadu

Recyklace plastů u PET lahví nekončí. V případě dalšího plastového odpadu je však situace složitější kvůli znečištění různými toxickými příměsemi z doby, než byly zakázány. Kvůli špatným zákonům se recyklací dostávají převážně neurotoxické látky například do hraček, kosmetických pomůcek, stavebního materiálu nebo dokonce do nádobí, které jsou běžně k dostání i v českých obchodech.

Chemická recyklace PET

Polyestery jsou polymery složené z monomerů obsahujících esterové funkční skupiny. Nejrozšířenější látkou z této skupiny je PET, jehož komerční využití pokrývá širokou škálu průmyslových odvětví, od vláken pro textilie až po materiál pro nápojové lahve. V roce 2021 dosáhla celosvětová spotřeba PET 89,3 milionů tun. Je to čtvrtý nejpoužívanější plast na světě, po PE, PP a PVC. Z čísla celosvětové spotřeby PET je zřejmé,že i množství odpadu nebude malé,ale bude tomu naopak.

Obecně je možno konstatovat,že se začínají objevovat komerční zařízení pro chemickou recyklaci PET. Aplikace pouze mechanické recyklace PET vyžaduje vysokou čistotu vstupní odpadní suroviny,kdežto suroviny pro chemickou recyklaci mohou obsahovat barevné nebo neprůhledné plastové PET lahve a textilie na bázi polyesteru, které nejsou vhodné pro standardy vysoké čistoty vyžadované při mechanické recyklaci. Výhodou je možnost zpracování nečistých PET surovin pro výrobu čistých monomerů.

Čtěte také: Zodpovědný přístup k recyklaci kávových kapslí

Kvalita výstupu rPET z chemické recyklace je vyšší než z mechanicky recyklovaného PET. Současná komerční činnost je,více méně, ve fázi výzkumu a vývoje až po pilotní provozy.

Technologie chemické recyklace

• Methanolýza: Metanolýzou PET vzniká dimethyltereftalát,DMT,který lze přímo použít při transesterifikační polymeraci za vzniku PET.
• Ethanolýza: Glykolýza ( glykoly - dioly jsou chemické sloučeniny obsahující dvě hydroxylové skupiny ( -OH )) je jednou z nejvíce zkoumaných cest chemické depolymerizace PET. Zahrnuje transesterifikaci PET přebytkem glykolu za vzniku odpovídajícího esteru ( bis - 2 - hydroxyethylentereftalát ). Bez katalyzátorů vyžaduje glykóza PET teploty 200 °C až 240 °C a tlaky 2 bary až 6 barů,přičemž výtěžnost monomerů není velká. Proto se zkoumá použití různých druhů katalyzátorů.
• Aminolýza: Aminolýza depolymeruje PET za přítomnosti aminů a vznikají tereftalamidy. Proces je,díky silnějším aminovým vazbám vytvořeným v produktech,termodynamicky výhodnější než alkoholýza nebo glykolýza.
• Hydrogenolýza: Hydrogenolýza redukčně depolymerizuje PET pod tlakem vodíku. Typicky se vytváří 1,4 - benzendimethanol,BDM. BDM je chemikálie,kterou lze použít k přípravě termoplastických elastomerů na bázi polylaktidů,vysoce zesíťovaných polymerů a sulfonovaných aromatických pryskyřic.
• Biokatalýza: S ohledem na všudypřítomnost v přírodě,včetně polymerů, přírodních esterově vázaných sloučenin,jako je kutin a suberin jsou enzymové katalyzátory sledovány jako další prostředek k hydrolýze PET.

Mikrovlnný ohřev v recyklaci

V anorganických i organických reakcích bylo prokázáno, že lze výhodně využít některých specifických vlastností mikrovlnného ohřevu, které nejsou možné u konvenčních způsobů provádění reakcí. Například, jestliže jedna komponenta v pevné fázi absorbuje mikrovlny, je možné využít této vlastnosti k velmi rychlému a homogennímu ohřevu reakční směsi a obdržet produkt nejen za kratší dobu,ale někdy i odlišných vlastností.

Mikrovlnný ohřev umožňuje nejen rychlé dosažení reakční teploty v celém objemu reakční směsi,ale umožňuje, aby se na zahřívání podílely i samotné substráty nebo rozpouštědla. Jestliže jsou dostatečně polární, absorbují mikrovlnné záření, přičemž dochází k přeměně mikrovlnné energie na tepelnou.

Další možnosti recyklace plastů

Reakční extruze přináší možnost výroby funkčních termoplastů,plastů s různými vlastnostmi. Výslednými produkty jsou polymery s novými vlastnostmi, kapalná paliva nebo vosky. S pojmem funkcionalizovaný termoplast jsou úzce svázány plastové slitiny. Vlastnosti plastových slitin lze vyladit,pro splnění jejich funkčních vlastností, například přidáním dalších materiálů,včetně například vyztužujících,vláknitých plniv.

Sběr a třídění plastů

Díky spotřebě a tedy i růstu výroby plastů neustále roste i produkce plastového odpadu,včetně podílu plastů v TKO ( tuhý komunální odpad ). Prvním krokem jakékoli recyklace plastů je jejich sběr a třídění. V tomto kroku je mnoho příležitostí odebrat prostřednictvím modernizace recyklační infrastruktury více materiálů,které by jinak skončili na skládkách. Lze toho dosáhnout,například, zvýšením počtu zařízení, jako jsou MRF, nebo zlepšením efektivity třídění v průběhu recyklačního procesu, přidáním většího množství optických třídičů. To, samozřejmě, bude mít pro stávající MRF za následek dodatečné kapitálové náklady.

Čtěte také: Výzvy v recyklaci tvrzených plastů

Provozování MRF přináší řadu problémů. Jedním z nich je problém s personálním obsazením zpracovatelských linek. Dalším problémem je problematické plánování,protože nejsme schopni dostatečně předvídat objemy příchozího proud odpadu. Ne všechny MRF jsou schopné zpracovávat všechny sebrané opady. Problémy dělají celotělové shrink sleeve etikety ( návlekové teplem smrštitelné rukávy s grafikou ) na PET lahvích, hliníkových plechovkách. Jejich přítomnost v proudu odpadu ovlivňuje recyklovatelnost dvou významných zdrojů příjmů zpracovatelských linek,kterými jsou PET a hliník.

Mechanická recyklace velmi dobře funguje pro homogenní plastové proudy, kterých je ale velmi málo. Některé plasty,například polyetyleny s vysokou a ultra vysokou molekulovou hmotností ( UHMWPE - Ultra - High - molecular - Weight - Polyethylene ) , termosety, atd. nemohou projít mechanickou recyklací,protože je následně ohřevem nelze převést do taveniny. Také vícevrstvé plastové výrobky ( například různé typy obalů na tekutiny ) nelze mechanicky recyklovat.

Alternativní metody recyklace

Lepší pochopení složitých reakčních mechanismů řídících katalytickou depolymeraci plastů by mohlo přinést nové přístupy k intenzifikaci pyrolýzních procesů. Nové poznatky budou důležité pro překonání nepříznivé kombinace relativně pomalých rychlostí chemických reakcí a omezeného přenosu tepla a hmoty, které charakterizují mnoho pyrolýzních procesů.

Přístupy k recyklaci plastů založené na rozpuštění mají oproti jiným recyklačním technologiím určitou výhodu v tom,že mohou produkovat původní pryskyřice. Klíčem k proveditelnosti recyklace plastů na bázi rozpouštění pro konkrétní typ plastového odpadu je výběr správného rozpouštědla. V literatuře a v patentech různých společností je popsáno mnoho systémů rozpouštědel vhodných pro běžné polymery.

Objevují se nové procesy chemické recyklace zaměřené na katalýzu. Nečistoty v odpadních plastech s největší pravděpodobností vedou ke kontaminovaným produktům nebo snižují účinnost katalyzátorů. Odstranění nečistot ve vstupní surovině je také jednou z výzev v mikrovlnné přeměně. Pro vývoj této techniky je třeba standardizovat přesné parametry ( tj. mikrovlnný výkon, intenzitu záření, magnetickou permeabilitu atd. ).

Kritika chemické recyklace

Chemická recyklace je zejména ze strany ropného a petrochemického průmyslu propagována jako řešení problému recyklace plastů a tedy znečištění životního prostředí odpadními plasty. V reálném světě recyklace plastů,zejména environmentálně orientovaní lidé mají k takovému řešení celou řadu námitek a tvrdí,že se nejedná o řešení recyklace,ale spíše o odvádění pozornosti.

Závěry ve studii uváděné - chemická recyklace není reálně využitelným řešením problému plastového odpadu.

• chemickou recyklací se do životního prostředí uvolňují toxické látky - plasty obsahují celou řadu toxických látek a při zpracování plastů za vysokých teplot se zároveň vytvářejí další,nové.
• chemická recyklace má výraznou uhlíkovou stopu - její postupy spotřebovávají velké množství energie,jsou závislé na externí energii.
• prozatím nebylo prokázáno,že postupy chemické recyklace fungují při zpracování velkých objemů odpadů. Postupy chemické recyklace dosud nejsou připravené na zvětšení zpracovávaných objemů pro komerční využití a tedy nejsou schopné převzít vedoucí roli při řešení rychle rostoucího globálního plastového odpadu. Komerčních provozů je málo,zařízení čelí technologickým překážkám v každém kroku,fázi recyklačního postupu,od zpracování vstupního materiálu po čištění a zvyšování kvality výsledného plynu a oleje.
• chemická recyklace není, ve vztahu k prodeji nových plastů, konkurence schopná - jak v oblasti repolymerace,kterou se z plastů vyrábějí opět plasty,tak i v oblasti přeměny plastů na palivo jsou potřeba nákladné vstupy energií.
• chemická recyklace nesplňuje zásady oběhového hospodářství - většina provozů pálí své produkty jako palivo - i u dnes nejpokročilejších technologií se jen z velmi malé části odpadního plastu skutečně opět stává nový,použitelný plast. Skutečný potenciál repolymerace plastů je ještě potřeba prokázat a je u ní potřeba mimo jiné uplatňovat přísné předpisy pokud jde o toxické látky,emise skleníkových plynů a nakládání se zbytkovými materiály.

tags: #recyklace #plastu #mikrovlnami

Oblíbené příspěvky:

• Materiály pro odpadkové koše
• Více o ohrožení stromů...
• Nahlášení firmy, která netřídí odpad
• Látky z autoservisu a legislativa
• Senzorový Odpadkový Koš Trendy 38L