Recyklace plastů a rafinace benzínu: Inovace a výzvy

Rafinace ropy je nezbytný proces pro výrobu benzínu, nafty nebo topného oleje. Jenže zároveň představuje ekologický problém - podle odhadů generuje až 6 % celosvětových emisí oxidu uhličitého. Tato vysoká energetická náročnost je způsobena především tím, že se ropa tradičně zahřívá, aby se jednotlivé frakce oddělily podle bodu varu. To by se ale mohlo brzy změnit.

Inženýři z prestižního Massachusettského technologického institutu (MIT) představili novou membránu, která zvládne separovat složky ropy bez potřeby tepla - pouze pomocí jejich velikosti a tvaru. Jak vysvětluje hlavní autor výzkumu, profesor Zachary P. Smith: „Místo vaření směsí, proč neoddělovat látky na základě jejich velikosti? Vyvinuli jsme filtr, který to dokáže na atomární úrovni.“

Molekulární síto pro rafinaci ropy

Technologie stojí na principu tzv. interfaciální polymerizace, která se již několik desetiletí využívá k výrobě membrán pro odsolování mořské vody. Právě odtud si výzkumníci vzali inspiraci, ale původní materiály upravili, aby zvládly mnohem náročnější úkol - separaci uhlovodíků z ropy.

Základem nové membrány je polyiminový film, který je odolný proti bobtnání - tedy problém, který dosud trápil většinu membránových technologií v kontaktu s organickými látkami. Kromě pevnější chemické vazby mezi molekulami přidali vědci i speciální složku zvanou triptycen, jež pomáhá vytvářet přesně definované póry ideální velikosti.

Testování nové membrány přineslo překvapivě silné výsledky. Při separaci modelové směsi toluenu a TIPB (triisopropylbenzen) dosáhli vědci až 20násobného obohacení toluenu oproti původní koncentraci. Stejně úspěšně si membrána vedla i s běžnými složkami ropy jako je nafta, kerosin a lehké uhlovodíky.

Čtěte také: Jak recyklovat starý šicí stroj

Tato efektivita otevírá cestu k nahrazení energeticky náročných destilačních kolon systémem kaskádově navazujících membrán. Každá z nich by postupně izolovala konkrétní skupinu molekul, čímž by celý proces probíhal bez zahřívání, a tedy s minimální spotřebou energie.

Podle výzkumníků je právě snadná škálovatelnost výroby membrán jedním z klíčových bodů pro průmyslové využití. Proces výroby tenkého filmu je již zavedený a běžně používaný ve vodohospodářském průmyslu, což by mohlo významně urychlit komerční nasazení.

Potenciál pro snížení emisí a zvýšení účinnosti

Použití této technologie by podle odhadů mohlo snížit energetickou náročnost rafinace až o 90 %. Vzhledem k tomu, že tradiční rafinace spotřebovává zhruba 1 % veškeré světové energie, jde o změnu s masivním dopadem - nejen na uhlíkovou stopu ropného průmyslu, ale i na jeho ekonomiku.

Dlouhodobý přínos takové technologie se netýká jen ropy. Pokud se principy membránové separace osvědčí, mohou být využity i při čištění chemických směsí, zpracování plastů nebo výrobě syntetických paliv.

MIT opět dokazuje, jak zásadní může být kombinace vědy, technologie a důrazu na energetickou efektivitu.

Čtěte také: Zodpovědný přístup k recyklaci kávových kapslí

Recyklace plastů: Výzvy a možnosti

V oblasti odpadového hospodářství se občas setkáváme s překvapivými a nepochopitelnými jevy. Jedním z nich je i způsob, jakým je v naší legislativě pohlíženo na nádrže na benzín a naftu vymontované z autovraků.

Obaly, ve kterých jsou skladovány a přepravovány nebezpečné látky, se po naplnění své funkce automaticky stávají nebezpečným odpadem - odpadem s označením N. Zato nádrž, která v automobilu slouží dlouhá léta, zažije stovky ba tisíce tankování a proteče jí nespočet litrů nafty či benzínu je, světe div se, zcela běžně zařazována po dožití jako ostatní odpad s označením „O“, katalogové číslo 16 01 19, neboli plastový odpad, vznikající z vyřazených vozidel s ukončenou životností.

Tento nepochopitelný jev, který je zcela neřešen jakýmkoli metodickým pokynem MŽP, má své dalekosáhlé konsekvence, zasahující především do smělých plánů recyklace, které naše ambiciózní ministerstvo má.

I v případě nádrží z autovraků může zaznít nevyvratitelný argument, kdo chce, recykluje, ale pokud se může nádrž vyhodit na levnou skládku společně s dalšími „óčkovými“ odpady, nemá jakákoli recyklace šanci. Konkurovat by se snad dalo (byť s velkými obtížemi) skládce nebezpečných odpadů, která je dražší, než komunální skládka (skládka ostatních odpadů, pozn. red.) a odpadní nádrže by tam logicky měly patřit.

Jenomže věci se mají tak, že recyklovat nádrže se absolutně nevyplatí. Recyklace konkuruje nejnižší ceně nakládání s odpady. I přes to existují subjekty, které chtějí tuto část autovraků recyklovat a recyklátoři, kteří se svou cenou snaží jít na náklady, aby tuto nepovinnou snahu podpořili.

Čtěte také: Výzvy v recyklaci tvrzených plastů

Největší část recyklace samozřejmě tvoří odpad přímo z výroby. Tvoří se trh, který má své ceny a recyklace vypadá nejčastěji tak, že nádrž se odstrojí, nařeže, nadrtí a vypere. V této formě pak plastový odpad jde na svůj trh. Celý tento řetězec zpracování je ale nákladově velmi náročný a nižší prodejní cena vypraných plastových drtí ho není schopna kompenzovat.

Z toho důvodu je nutná ještě platba za zpracování tohoto odpadu na bráně recyklačního zařízení. Její potřebná výše však lehce přesahuje i ceny skládek nebezpečných odpadů.

Stáří vyřazovaných aut se posouvá a v současné době se v největší míře likvidují auta vyrobená již v tomto tisíciletí. U nich nebyla tak rozsáhlá materiálová heterogenita a likvidace novějších automobilů směrem k recyklaci je řekněme méně náročná. Pro demontované nádrže to platí rovněž (většinou jde o HDPE EVOH, pozn. red.).

Pokud přihlédneme k faktu, že nádrží za dobu její životnosti proteklo skutečně velké množství pohonných hmot, je očividné, že recyklovaný materiál již zpět k výrobě nových nádrží nebude vhodný. Bude mít jiné, ne tolik kvalitní vlastnosti, nicméně k výrobě jiných na kvalitu méně náročných výrobků vhodný bude. Prostor tedy pro recyklaci je. A není malý, neboť poptávka existuje.

Ve chvíli, kdy je recyklace o něco dražší než skládka „N“ odpadů a násobně dražší než skládka „O“ odpadů, je jasné, že množství recyklovaných nádrží na pohonné hmoty z autovraků neporoste. Z logiky věci se tak nikdo nemůže zlobit na provozovatele firmy na likvidaci autovraků, že využije legální finančně méně náročné možnosti.

Přichází tedy prostor pro ministerstvo. Má několik možností, několik nástrojů. Může využít ty legislativní, kterými je schopné věci omezit, zakázat, nařídit a pak samozřejmě musí zajistit kontrolu dodržování legislativních opatření. Zde asi bude nutná kombinace. Ustavičně zdůrazňuje, jak je nový Zákon o odpadech obrovskou oporou pro oběhové hospodářství, nebo chcete-li cirkulární ekonomiku. Smutným faktem ale je, že asi nikdy neproudilo na skládky v absolutních číslech tolik odpadu, jako v současné době.

Navíc ubírá pozornost tokům, které jsou pro recyklaci skutečně důležité.

Alternativní metody recyklace plastů

Z přibližně 100 kilogramů použitých plastů je zatím možné během 1 hodiny vyrobit asi 100 litrů syntetické ropy. Rafinerie Schwechat pak tuto ropu dále zpracovává a vyrábí z ní palivo nebo suroviny pro opětovnou výrobu plastů. Během recyklace je využíváno takzvané tepelné krakování (štěpení), ke kterému dochází při teplotách nad 300 °C. Jedná se o dobře známou metodu rafinace, při které se dlouhé a střední uhlovodíkové řetězce štěpí na jednodušší uhlovodíky.

Surová ropa, která je směsí uhlovodíků s relativně krátkými uhlovodíkovými řetězci, je proměňována na plasty s delšími uhlovodíkovými řetězci. Ty jsou pak metodou ReOil přeměněny zpět na směs jednodušších uhlovodíků. Tento ojedinělý výzkumný projekt OMV přispívá k naplnění Cílů udržitelného rozvoje, které stanovilo generální shromáždění OSN v roce 2015.

Tato technologie nám umožňuje využít jeden barel ropy vícekrát. To znamená, že se spálí méně plastů ve spalovnách a tím snížíme emise skleníkových plynů. Možnosti využití použitých plastů zkoumá skupina OMV již od roku 2011. V roce 2013 spustila ve své rafinerii Schwechat na okraji Vídně první testovací provoz, který zpracoval za hodinu přibližně pět kilogramů použitých plastů. V roce 2018 bylo do provozu uvedeno vylepšené testovací zařízení s kapacitou 100 kilogramů plastů za hodinu. Během této doby vyrobí 100 litrů syntetické ropy. Rafinerie Schwechat pak tuto ropu dále zpracovává a vyrábí z ní palivo nebo suroviny pro opětovnou výrobu plastů. Tím uvádí do praxe princip takzvané cirkulární ekonomiky, jejímž principem je šetrnost k přírodním zdrojům.

„Díky investicím zaměřeným na budoucnost je rafinerie Schwechat úspěšná už šedesát let. V průběhu recyklace je využíváno takzvané tepelné krakování (štěpení), ke kterému dochází při teplotách nad 300 °C. Jedná se o dobře známou metodu rafinace, při které se dlouhé a střední uhlovodíkové řetězce štěpí na jednodušší uhlovodíky. To znamená, že tento příklad aplikace cirkulární ekonomiky zároveň kompletně využívá stávající technologie. Surová ropa, která je směsí uhlovodíků s relativně krátkými uhlovodíkovými řetězci, je proměňována na plasty s delšími uhlovodíkovými řetězci. Ty jsou pak metodou ReOil přeměněny zpět na směs jednodušších uhlovodíků. Tento ojedinělý výzkumný projekt OMV přispívá k naplnění Cílů udržitelného rozvoje, které stanovilo generální shromáždění OSN v roce 2015. Metoda recyklace byla plně začleněna do provozu rafinerie a tým vývojářů již začal pracovat na plánech pro další generaci této výrobní jednotky.

Nanobioplasty jako budoucnost automobilového průmyslu

Automobilová karoserie vyrobená z banánových slupek nebo cukrové třtiny a přitom lehčí a pevnější, než je plechový kabát většiny současných aut. Vývoj postupu, jak z rostlinného odpadu vyrobit celulózová nanovlákna, základ nanobioplastů, dokončil letos tým brazilských vědců pod vedením profesora Alcida Lopeze Leaa.

Profesor Leao popisuje výrobu nanocelulózových vláken jako "velmi jednoduchou". V podstatě spočívá v tom, že se zbytky rostlin využitých jinak v potravinářství umístí do vysokotlakého zřízení, jakéhosi kotle, kde reagují s příslušnými ingrediencemi. Ty jsou schopny z rostlinných tkání oddělit čistou celulózu. Opakováním tohoto procesu je možné dostat se až na molekulární úroveň a výsledná nanocelulózová vlákna jsou přibližně 50 000krát tenčí než lidský vlas.

Pro praktické využití je u nanobioplastů nejdůležitější jejich pevnost daná právě použitím nanovláken. "Průmyslové podniky se již dlouho zajímají o to, jak použít nanocelulózu jako zpevňující prvek v papíru, kompozitech a plastech. Můžeme tak vyrábět třeba zcela nový druh fólie k balení potravin."

Innventia letos v březnu uvedla do provozu zařízení, které je schopné vyrábět až 100 kg nanocelulózy denně. Na rozdíl od brazilských vědců však jako základní surovinu používá dřevo, a nikoliv rostlinný odpad.

V Česku většímu uplatnění materiálů z bioplastů zatím brání jejich vyšší cena oproti plastům vyráběným z ropy. I když to se začíná už pomalu měnit, jak upozorňuje František Kessner, jednatel společnosti Bioplaneta, s. r. o., jednoho z mála našich výrobců předmětů z bioplastů.

Brazilský profesor však největší perspektivu nanobioplastů vidí v automobilovém průmyslu. Plastové karoserie se zcela logicky stanou jen dalším krokem na cestě od "klasického" auta minulého století k dopravnímu prostředku století jedenadvacátého. Bude potom záležet na šikovnosti marketingu, aby potenciálním kupujícím dokázal zdůraznit přednosti tohoto řešení. Rozhodující ale nakonec zřejmě bude, jako ostatně vždy, ekonomické hledisko.

Recept, jak čelit zdražování ropy a jeho negativním důsledkům, je jednoduchý - obejít se co možná nejvíce bez ní. Kromě již zmíněné pevnosti a nízké hmotnosti mezi ně ve srovnání s konvenčními plasty patří i lepší odolnost proti možnému poškození teplem, vodou i chemikáliemi, třeba polití benzinem.

Za nejdůležitější však Leao považuje skutečnost, že se jedná o výrobek stoprocentně ekologický. V první řadě je možné jej zcela recyklovat a neomezeně opakovaně používat, takže třeba zrecyklovaný bioplastový blatník se k vám vrátí jako zahradní dlaždice nebo střešní krytina. A za druhé bioplast za sebou nenechává tzv. uhlíkovou stopu, protože jeho uhlíková bilance zůstává vyrovnaná.

V neposlední řadě vidí tvůrce nanobioplastů obrovský potenciál pro jejich výrobu a další vývoj v přírodních podmínkách, které nabízí jeho vlast, Brazílie. Její teplé podnebí a značná rozloha umožňuje velmi levně a ve velkém množství pěstovat rychle rostoucí rostliny vhodné pro výrobu nanocelulózy, tj. ananasy, cukrovou třtinu, banánovníky, agáve a další.

Bioplasty: Od škrobu po rostlinná vlákna

Organická surovina vhodná k výrobě bioplastů pochází zatím především z rostlin. Průmyslově zvládnutá je v současnosti výroba bioplastu ze škrobu, z něhož se několika výrobními kroky získává kyselina polymléčná (PLA). Vyrábí se z ní bioplastové výrobky, u nichž se nepředpokládá nebo nevyžaduje dlouhá životnost, především různé obalové materiály, fólie, tašky, pytle, jednorázové nádobí a příbory nebo třeba květináče. Po použití se během několika měsíců samovolně rozloží a je možné je například kompostovat.

Další perspektivní surovinu pro výrobu bioplastů představují rostlinná vlákna. Kromě těch z tropických rostlin se v našich podmínkách jako základní surovina používá především technické konopí. V termoplastech rostlinná vlákna úspěšně nahrazují skelná vlákna a podíl biosložky v těchto biokompozitech činí až 40 %. Běžně se používají nejen v automobilovém průmyslu, např. na sedadla a výplně dveří, ale také k výrobě brusných kotoučů.

Složení a likvidace plastů

Plast je upravený uhlovodíkový řetězec, který je za běžné teploty v pevném skupenství. Právě skupenstvím se liší od uhlovodíkových paliv, která jsou buď plynná (zemní plyn, propan, butan), nebo kapalná (benzín, nafta, mazut). Má spoustu skvělých vlastností, a proto je nesmírně rozšířený. Jeho využití nahrazuje spoustu mnohem dražších (protože jsou výrobně, a tedy i energeticky nákladnější) kovových a biologických materiálů.

Pokud si pamatuji, plasty lze rozdělit na dvě základní skupiny - plasty tvořené uhlovodíkovými, všelijak spletenými řetězci a plasty dotované, v nichž jsou některé vodíkové atomy nahrazeny atomy jiných prvků. Typickými reprezentanty první skupiny jsou polyetylén, polypropylén a polystyrén, nejznámějšími ve druhé skupině najdeme PVC či teflon.

V průběhu let se petrochemie vyvíjí a zpřesňuje své výrobní postupy. Protože levnějšími metodami dokáže ovlivňovat výsledné vlastnosti plastu přesnou úpravou uhlovodíkového řetězce, dotování a plnění je na ústupu. Typickým projevem je nahrazování výrobků z PVC výrobky z polyetylénu.

Z výše uvedeného je zřejmé, že není plast jako plast a že optimální likvidace plastového odpadu je podřízena jeho složení. Použití odpadu by vždy mělo být racionální. Je zřetelné, že dnešní odpadový byznys, založený na dotacích, k tomu má leckdy daleko. V případě plastů k tomu přistupuje ještě pseudonáboženská iracionalita ztělesněná v odporu proti spalovnám.

Možnosti likvidace plastů

Z hlediska složení jde v podstatě o zmrzlou naftu. Pokud ji spálím, nemusím spálit něco jiného, nejčastěji zemní plyn. Z komína jde v obou případech vodní pára a kysličník uhličitý. Variantou tohoto postupu je petrochemické přepracování odpadu na - topný olej.

Problémem zůstávají plasty s obsahem jiných látek. Znovu je nutno rozdělit je na tři skupiny. Zdaleka největší skupinou jsou plasty vhodné ke spálení, protože přidané látky nevytvářejí spaliny nebezpečné životnímu prostředí, případně je jsme schopni ze spalin efektivně odfiltrovat. Následují plasty, z nichž je potřeba nebezpečné látky dostat pomocí chemického zpracování. Poslední je nejmenší skupina látek, které není možno bezpečně zlikvidovat průmyslovým způsobem, a proto vyžadují speciální zacházení.

Z tohoto pohledu vypadá jako rozumné plastový svinčík nevyvážet, naopak ho likvidovat doma a rozvojovou pomoc poskytovat právě budováním spaloven místního odpadu a pomocí při likvidaci odpadů nebezpečných (včetně dotovaných plastů).

Co ušetříme my uvědomělí, desetkrát vyhodí jinde, protože produkce odpadu roste s životní úrovní a ústupem chudoby. Dnes propagované návraty k biomateriálům jsou příliš drahé na to, aby mohly přinést efektivní řešení. V zásadě platí, že plasty jsme dnes schopni nahrazovat pouze jinými (ušlechtilejšími) plasty. Plasty naopak vytlačují kovy a dřevo a jejich užitné vlastnosti v řadě případů tradiční materiály překonávají.

Zavádějícím pojmem je recyklace. U drtivé většiny plastů (těch v pohodě spalitelných na vhodném ohništi) vede jejich spalování k přímé úspoře topných médií, právě těch, které jsou surovinou pro výrobu nových plastů.

Plasty a guma jsou tvořené dlouhými řetězci uhlovodíků, které lze zahřát a rozložit na něco, co se podobá ropě, což je v případě plastů a syntetické gumy to, čím byly na začátku. Několik společností po celém světě investuje do tohoto procesu, který zahrnuje spalování odpadní gumy a plastů. Jak moc jsou takové projekty ekologické, je ale stále předmětem diskusí.

Globální pohled na nakládání s plastovým odpadem

Na druhé straně nakládání s odpady je pro Zambii vážný problém. Každoročně končí na skládkách a v oceánech desítky až stovky miliónů tun plastového odpadu, který by mohl být opětovně využit. Již léta se vědci z celého světa snaží o nalezení efektivní metody, která by umožnila jeho snadnou přeměnu na využitelné produkty.

Pro svou metodu vědci využili podobný postup, kterým se polyethylenové plasty vyrábí. Díky využití směsi katalyzátorů tak dojde ke štěpení dlouhých, odolných řetězců na jednoduché molekuly. Nová metoda je vhodná pro „recyklaci“ řady plastových lahví, obalových materiálů či tašek.

tags: #recyklace #plastu #a #rafinace #benzinu

Oblíbené příspěvky:

• Důsledky a řešení odpadového hospodářství v Číně
• Zjistěte více o ekologických médiích
• Objevte krásy Šumavy
• Využití TAP v českých firmách
• Více o Jaderné Skládce Šumava