Recyklace plastů a patenty: Cesta k udržitelnější budoucnosti

Použité plasty jsou odpadem, který je nutné likvidovat tak, aby byl co nejmenší dopad na životní prostředí. Zejména se jedná o skládkování, spalování nebo o recyklaci. Jednou z klíčových, ale často přehlížených součástí cirkulární ekonomiky, je role chemikálií. Recyklovaný plast může být výhodný pouze tehdy, pokud splní stejná kritéria nezávadnosti jako panenský plast.

Legislativní rámec a bezpečnost recyklovaných plastů

Evropský chemický průmysl je nejvíce regulovaným na světě. Všechny chemické látky používané při výrobě plastů jsou pokryty chemickým zákonem REACH. Evropská chemická agentura /ECHA/ vlastní databázi o 130 000 chemických látkách, z nichž 201 je zařazeno mezi látky vzbuzující velmi velké obavy. Důležité je zapojení vědecké sféry do zkoumání potencionálních rizik, přičemž je nutno zdůraznit, že inovované metody a přístroje jsou dnes schopné identifikovat množství příměsí v hodnotách pod ppb (1 část z 1 miliardy).

Více než polovina aplikací těchto plastů v obalovém průmyslu je realizována při balení potravin. Účinnost tohoto balení je vysoká. Ve vyspělých státech s vysokou spotřebou plastů pro balení potravin činí tyto ztráty max. 1-2 %. Tato organizace je zodpovědná za veškerou agendu a harmonizaci evropských a vnitrostátních předpisů v oblasti bezpečnosti potravin. Nařízení definuje požadavky na materiály a předměty určené pro styk s potravinami - www.europa.eu/food. Z významnějších aplikací sem patří obaly, příbory, nádobí, kelímky, lahve, víčka, kuchyňské spotřebiče.

Nařízením EK č.10/2011 byl novelizován, resp. doplněn tzv. pozitivní seznam látek (dříve Nařízení EK 2002/72), které mohou být obsaženy za stanovených podmínek v plastu pro styk s potravinami.

• podat žádost na národní kontaktní místo - v našem případě na Státní zdravotní ústav Praha.
• Ten po prostudování předá žádost na EFSA.

Pracovní skupina této instituce provede analýzu a předá podklady na jednání Panelu EFSA, kde se vypracuje tzv. Po studiu a doporučení k zařazení na pozitivní seznam připraví EFSA návrh Nařízení, který putuje do připomínkového řízení pracovních skupin při členských státech a vybraných průmyslových asociací. I když to možná není zcela viditelné, sehrávají stále hlavní roli při schvalování plastů pro styk s potravinami národní normy a instituce /Zákon č.

Čtěte také: Jak recyklovat starý šicí stroj

V současné době jsou za hlavní rizika v segmentu plastů považovány neúmyslně přidávané látky (NIAS) - rozkladné produkty, nečistoty apod. Je paradoxem, že pro aplikace plastů pro styk s pitnou vodou neexistuje seznam povolených látek. Dosud nejsou harmonizovány předpisy pro výrobky, které přicházejí do styku s pitnou vodou. V současné době je nové Nařízení ze dne 21. 3.

Technologie recyklace plastů a patentovaná řešení

Jedním z druhů recyklace může být výroba produktů z rozdrceného a následně natavením spojeného plastového granulátu. Ekonomicky a ekologicky velmi příznivou variantou se jeví obnova uhlovodíků z plastového odpadu. To znamená, že dojde k jeho zahřátí na velmi vysokou teplotu bez přístupu vzduchu (kyslíku). Zařízení a proces recyklace plastů metodou obnovy uhlovodíků je popsán např. v patentovém spise JP 2015057500. Nevýhodou zde popsaného zařízení je zejména jeho nízká provozní bezpečnost, která vyplývá z jeho konstrukce. Díky tomu jsou z praxe známé případy, kdy v nestandardních provozních režimech došlo ke vzplanutí roztaveného plastového odpadu a plastových plynů.

Podstatou technického řešení je konstrukce zařízení ke kontinuální recyklaci plastů. Zařízení obsahuje alespoň nejméně jeden systém ohřevu, nejméně jednu odpařovací nádrž, dopravníkový systém plnění, uzavřený chladicí systém, rozvody pro aplikaci inertního procesního plynu do vnitřního prostoru zařízení a prvek na vyloučení vzduchu ze zpracovávaného plastu. Prvek na vyloučení vzduchu je situovaný mezi dopravníkovým systémem plnění ve formě předhřívacího extrudéru a odpařovacími nádržemi. Uvnitř odpařovací nádrže je umístěno nejméně čidlo pro kontrolu hladiny obsahu odpařovací nádrže. Výstup čidla je propojen s řídicí jednotkou pohonu dopravníkového systému plnění. Tím je možné - s ohledem na rychlost odparu plynné fáze přesně řídit rychlost zásobování technologie plastovým odpadem.

Pro zajištění provozní bezpečnosti je výhodné, když je odpařovací nádrž opatřena přetlakovým pojistným ventilem, jehož vývod je situován do chladiče. Dále je výhodné, pokud je zařízení opatřeno záložním zdrojem elektrické energie a dochlazovacím systémem s nejméně jedním zásobníkem chladivá, který je propojený s chladičem. V případě výpadku elektrické energie je záložní zdroj elektrické energie automaticky aktivován. Dále je spuštěna vypínací sekvence, při které zůstane v provozu dochlazovací systém a vše potřebné k bezpečnému odstavení zařízení a jeho ochlazení. Tím je zajištěno, že při výpadku elektrické energie nedojde k nekontrolovatelnému lokálnímu přehřátí technologie, což by znamenalo výrazné riziko požáru.

K zajištění provozní operativnosti je výhodné, pokud je zařízení umístěno v uzavíratelném přemístitelném kontejneru. Lze jej s ohledem na příznivé rozměry snadno přemístit přímo do tridímy plastů, tzn. plastový odpad je zpracováván přímo v místě vytřídění. Zařízení ke kontinuální recyklaci plastů v tomto případě obsahuje systém ohřevu ve formě soustavy keramických elektrických ohřevných těles. Díky tomuto způsobu ohřevu plastového odpadu nedochází k jeho hoření ani degradaci. Vytříděný plastový odpad je dopravovaný do dopravníkového systému 1 plnění ve formě předhřívacího extrudéru. Zde se postupně nahřívá a je tlačen do dalších částí zařízení. Vzniklá tekutá fáze plastového odpadu následně gravitací prochází skrz prvek 2 na vyloučení vzduchu, který vykonává funkci sifonu.

Čtěte také: Zodpovědný přístup k recyklaci kávových kapslí

Zařízení je opatřeno záložním zdrojem elektrické energie a dochlazovacím systémem s nejméně jedním zásobníkem chladivá, který je propojený s chladičem 9. Zařízení je zhotoveno tak, že mohlo být umístěno v uzavíratelném přemístitelném kontejneru. Popsané zařízení je unikátní zejména svojí kompaktností a požární bezpečností. Proces recyklace plastu je plně automatizovaný a nenáročný na obsluhu.

Inovativní využití recyklovaného PET v architektuře

Využít recyklovaný PET (polyethylentereftalát) tak, aby fungoval jako užitečný stavební prvek v architektuře, to bylo cílem výzkumného týmu vedeného Ing. arch. Kateřinou Novákovou na katedře Architektury ČVUT. Vědeckému týmu se podařilo transformovat leckdy odsuzovaný plast v designově zajímavý stavební materiál. Díky moderním technologiím se PET může stát fenomenálním materiálem pro druhotné zpracování.

Týmu se podařilo vyvinout stavební jednotku z recyklátu PET, tzv. PET(b)rick (PET cihla). PET(b)rick vzniká technologií vyfukování (blow-moulding), která je jednou z nejefektivnějších forem zpracování PETu, co se týká poměru hmotnosti a objemu prvku, o což v architektuře mimo jiné jde. Technologie vyfukování má mnoho předností: vyfouknuté „cihly” jsou lehké a plnitelé různým obsahem od písku po vodu, mohou se do nich zabudovat osvětlovací i jiné technologie. Vzhledem ke své lehkosti a možnosti spojování do větších celků, jsou jako stavební materiál ideální. Průmyslový vzor plastové cihly PET(b)rick byl registrován v únoru 2015, v květnu 2016 vývojový tým obdržel potvrzení o udělení patentu.

Z cihel PET(b)rick je možné stavět drobnou interiérovou architekturu, sedací prvky, bary, přepážky apod. Architektonické prvky projektu - tzv. PET Chairs (PET lavičky) byly poprvé veřejně představeny v množství 17 kusů v českém pavilonu na EXPO 2015 v Miláně a setkaly se s velkým ohlasem.

Projekt PETMAT, řešící praktické využití plastu, byl zahájen 1. července 2014 na Fakultě architektury ČVUT v Praze za podpory Karlovarských minerálních vod. Tým vědců, architektů a designéru pracoval na sekundárním využití plastu v architektuře v podobě vývoje cihly z recyklátu PET. Průmyslový vzor plastové cihly PET(b)rick je patentován. Projekt podporují nejen finančně (dosud v řádech milionů korun) Karlovarské minerální vody. Také doporučují tolik potřebné technologické vybavení a poskytují podporu ve formě důležitých kontaktů napříč sektorem výroby a zpracování PETu.

Čtěte také: Výzvy v recyklaci tvrzených plastů

Recyklace PET lahví a jejich další využití

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.

Unikátní metodu vymysleli čeští vědci z Akademie věd pod vedením prof. Jiřího Drahoše, kandidáta na prezidenta v letošních volbách. 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.

Zhodnocení plastového odpadu a recyklační postupy

Zcela obecně platí, že ekologický i ekonomický smysl recyklace jakéhokoliv odpadu tkví ve využití jeho materiálového a energetického obsahu. Nejefektivnější je tedy recyklace materiálů vyrobených energeticky náročným procesem z obtížně dostupných surovin. Nutnou podmínkou je dostatečně vysoký rozdíl mezi energetickým vkladem do primární výroby a do recyklace. V případě polymerních materiálů jsou předpoklady k úspěšné recyklaci podstatně horší. Energetický vklad do výroby polymerů není výrazně vyšší než energetická náročnost jejich recyklace, a proto musí být případ od případu pečlivě váženo, jakým postupem odpadní plasty zhodnotit, aby výsledek ekonomické a ekologické bilance procesu skončil pozitivně.

Málo známá je skutečnost, že průkopníkem recyklace polymerních odpadů byl Henry Ford. Všechny důležité a prakticky užívané názvy jednotlivých druhů plastových odpadů a způsobů jejich zhodnocení jsou jednoznačně definované normou ČSN 64 0003 (Plasty. Zhodnocení plastového odpadu. Názvosloví). Surovinové zhodnocení polymerního odpadu, většinou směsného charakteru, představuje jeho přeměnu na základní suroviny chemického průmyslu nebo paliva, většinou tepelným rozkladem nebo hydrolytickými, ev.

Technologický odpad se recykluje ve zpracovatelských závodech již od počátků výroby a zpracování polymerů, tedy již od čtyřicátých let. Technologické odpady jsou buď přidávány přímo k primárnímu materiálu, nebo se z nich vyrábějí stejné výrobky, avšak v nižší kvalitativní třídě. V tomto případě jde vždy o primární recyklaci. Složitější je to již s recyklací průmyslového odpadu, zvláště pokud sestává z více druhů polymerů.

Podle výročního shrnutí EKO-KOM bylo na trh v ČR v roce 2018 uvedeno 1 187 087 tun obalů pro jedno použití, z čehož bylo 22 % obalů plastových, tj. 261 159 tun. Ze stejného zdroje vyplývá, že z tohoto množství bylo 67 %, tj. 174 977 tun, recyklováno.

Recyklace PET lahví - materiálová recyklace

Pro recyklaci PET lahví existuje řada postupů. Jednou cestou jsou postupy materiálové recyklace opět na materiál pro výrobu nápojových lahví označované jako B2B (bottle-to-bottle). Všechny postupy B2B jsou založeny na důkladném vyčištění suroviny (PET-flakes) a jejím následném zpracování v tavenině tak, aby nedocházelo ke štěpení řetězců PET. Zde je nezbytné zmínit, že PET na výrobu lahví musí mít poměrně vysokou střední molární hmotnost, tedy dlouhé řetězce, aby z něho vůbec šly použitelné lahve vyrobit. Mechanické vlastnosti PET (platí to i pro všechny ostatní polymery) jsou totiž strmě závislé na molární hmotnosti, a tedy délce řetězců polymeru.

V České republice realizovala v roce 2005 firma Plastic Technologies and Products, s. r. o., v Jílovém u Prahy vlastní modifikovaný postup B2B založený na prodlužování řetězců PET reakcí s vícefunkčními silikony. Na Slovensku v Kolárově je od roku 2004 v provozu závod na B2B recyklaci společnosti Sledge Slovakia.

Recyklace PET lahví - výroba vláken

Velké objemy PET lahví jsou zpracovávány na vlákna. Plně postačující formou suroviny pro tento způsob recyklace je vytříděná a dobře vypraná drť odpadního PET. Roku 1993 zavedla společnost Wellman (Spijk, Nizozemsko) postup zpracování drti odpadního PET na střiž chráněný pod známkou Ecospun. Tímto postupem je možné získat střiž v kvalitě vyhovující i pro textilní zpracování na oděvy. Největší množství odpadního PET se však zpracovává na technické textilie, zvláště pak na ty netkané, a na vláknité výplně nacházející poměrně široké uplatnění jako čalounický materiál. Tyto výrobky se ve velké míře uplatňují ve vnitřní výbavě automobilů.

Recyklace polyetylenové fólie

Polyetylenové fólie jsou tříděny podle barvy (bezbarvé a barevné) a přepracovány opět na materiál pro výrobu fólií (primární recyklace). Postup sestává z mletí fólií na nožových mlýnech, praní, sušení a zpracování extruzí na granulát. Extrudery musí být vybaveny filtrací taveniny, kde se zachytí zbytky nežádoucích příměsí.

Zpracování zbývající směsi plastů po vytřídění PET lahví a PE fólií je obtížnější. Recyklace polymerních směsí prostým míšením jejich taveniny nevede k požadovaným užitným vlastnostem výsledného materiálu. Mechanické a estetické vlastnosti recyklátu směsi plastů významně omezují rozsah jeho aplikací na masivní dílce, které nahrazují dřevo nebo beton a nacházejí uplatnění především v pozemním, dopravním a vodním stavitelství a v zemědělství. V angličtině jsou tyto výrobky označovány jako „plastics lumber“, tedy doslova „plastové řezivo“.

Hlavní výhodou výrobků z recyklátů je jejich chemická a biologická odolnost, která je nesrovnatelně vyšší než odolnost klasických materiálů. Tím také odpadají jakékoliv nároky na povrchovou ochranu výrobků proti účinkům vody, povětrnosti a půdním mikroorganismům, což eliminuje náklady na údržbu v aplikaci.

Kompatibilizace směsí plastů

Dobré mechanické vlastnosti směsí nemísitelných polymerů jsou podmíněny vysokou mezifázovou adhezí a co nejmenšími částicemi dispergované fáze. Separační tendence polymerních složek směsi je možné potlačit vytvořením vazeb (fyzikálních nebo chemických) na mezifázovém rozhraní (kompatibilizací). Výsledkem kompatibilizace je stabilizace vzniklé struktury materiálu. Tyto vazby se vytvářejí obvykle přídavkem další složky, tzv. kompatibilizátoru.

V ÚMCH byl vyvinut a v provozním měřítku i otestován kooperativní kompatibilizační systém pro směsi polyolefinů se styrenovými plasty založený na synergické kombinaci styren-butadienového a etylen-propylenového kopolymeru s antidegradanty na bázi derivátů difenylaminu. Tento systém je zvláště účinný ve směsích degradačně poškozených plastů, které jsou jinak obtížně recyklovatelné. Výslednému recyklátu uděluje vysokou pevnost a houževnatost a vysokou termooxidační i fotooxidační odolnost, vyšší, než mají původní materiály.

Fyzikální recyklace

Pro co nejúčinnější využití surovinového a energetického vkladu do panenského polymerního materiálu je předurčena fyzikální recyklace. Obecně je fyzikální (materiálová) recyklace založena na dodání tepelné a mechanické energie a aditiv (stabilizátorů, barviv, případně i plniv), nutných pro přetvoření odpadní suroviny na nový materiál s mechanickými i estetickými vlastnostmi blízkými panenskému polymeru. Může-li recyklát v dané oblasti nahradit v aplikační oblasti hodnotný panenský plast, tedy má-li požadovanou jakost, je ekonomická bilance této recyklace příznivá. Na operace čištění, separace cizích látek a zdrojů kontaminace, mletí a přetavení se spotřebuje přibližně 15 % ekvivalentní energie panenského materiálu.

Chemolýza

Na znečištění nejsou naopak citlivé chemické procesy recyklace a některé procesy (např. metanolýza PET „PETREC“ fy DuPont) snášejí až 10 % nežádoucích příměsí. Chemický rozklad polykondenzátů účinkem vybraných nízkomolekulárních látek je souhrnně označován jako chemolýza. Tímto způsobem je možné recyklovat materiály na bázi polyamidů (PA), polyuretanů (PUR) a zvláště pak lineárních polyesterů, např. polyetylentereftalátu (PET) a polybutylentereftalátu (PBT).

Chemolýzou polykondenzátu je možné získat buď přímo monomerní, nebo oligomerní produkty vhodné (po nezbytném přečištění) k polykondenzaci nového polymeru. Na chemolytickém procesu je také založeno zužitkování odpadního PET na suroviny pro chemickou výrobu jiných materiálů, např. bis-(hydroxybutyl)tereftalát pro výrobu polybutylentereftalátu (PBT), polyoly pro výrobu polyuretanů, nenasycené polyesterové pryskyřice pro výrobu reaktoplastů a další. Chemolýza je prakticky jediným efektivním způsobem recyklace odpadních PUR, které nelze pro jejich zesítění recyklovat fyzikálně.

Obecně lze říci, že co nejde recyklovat fyzikálně, jde recyklovat chemicky. Co nejde recyklovat chemicky, může být zhodnoceno surovinově (např.

Překážky a výzvy v recyklaci plastů

Zásadní překážky pro realizaci recyklace plastových odpadů lze rozdělit na ekonomické a ostatní. Ekonomika recyklačních provozů závisí na tržní ceně finálního produktu. Pokud se výrobní náklady na recyklaci blíží ceně produktu, je ekonomicky odpovědné na recyklaci zapomenout. Největší překážkou výstavby a provozu nových technologických zařízení pro recyklaci plastů je však příslušná legislativa jak na úrovni České republiky, tak na úrovni Evropské unie.

Splnění všech povinností nezbytných pro povolení výstavby technologické jednotky zabere celá léta a výjimkou není ani desetiletý proces, který nadto často končí zamítnutím. Recyklační provoz je dále stíhán kontrolami ze strany státní správy, které se zaměřují na dodržování všech možných předpisů stran odpadů, dodržování emisních limitů, hygienických a bezpečnostních předpisů. Zvláště aktivně si pak při likvidaci podniků zaměřených na recyklaci plastů počínají „zelená“ občanská sdružení, která zásobují orgány státní správy hojnými stížnostmi. Žádnou podporu nenachází podnikání v recyklaci ani u místní samosprávy, které je naopak takový závod v katastru obce trnem v oku.

tags: #recyklace #plastu #patent

Oblíbené příspěvky:

• Ropa a životní prostředí
• Harmonogram Svozu Odpadu
• Služby pro motoristy v Hlinsku
• Charakteristika pole
• Barevné koše na tříděný odpad