Recyklace desek plošných spojů: Procesy, technologie a ekologické aspekty

Plast je produktem naší doby, látka měnící svět, která je v tolika produktech. Kuchyně, auta, hračky, kontejnery, tašky, nábytek, vany, sprchy, látky, rybářské sítě, elektronická zařízení, lana, podlahy, obuv, desky plošných spojů, okna, domácí spotřebiče, oblečení a šperky a kdysi i mýdlo mají v sobě plast. Plast je doslova všude, a to natolik, že dnes je odpadní plast globálním problémem, o kterém hovoří ekologové, chemické společnosti a světoví vůdci všude.

Klíčem k řešení problému je chemická recyklace. Zatímco některé plasty jsou již mechanicky drceny a recyklovány do nových plastových výrobků (obvykle plasty nižší kvality použité na výrobu pytlů na odpadky, jednorázové příbory nebo jiné levné výrobky), chemická recyklace by mohla najít využití odpadního plastu jako chemické suroviny.

Při diskuzi o otázce chemické recyklace plastů je důležité zdůraznit, že to nezahrnuje spalování. To byl problém, který nedávno vznesla Globální aliance proti spalování (GAIA), která o této záležitosti vydala zprávu, v níž se uvádí, že „průmysl používá výraz„ chemická recyklace “k úmyslnému stírání rozdílu mezi recyklací (plastová repolymerace) a spalováním (z plastu na palivo). “Zatímco ve své nejelementárnější formě je spalování plastů chemická reakce, je zřejmé, že nejde o recyklaci ani o ekologické řešení. Aliance je proto ráda, že „rámcová směrnice o odpadech Evropské unie je křišťálově čistá, že výrobu paliv z odpadu nelze označit ani započítat jako„ recyklaci “.

Co je to chemická recyklace?

Podle Americké rady pro chemické látky (ACC) „Chemická recyklace, nazývaná také pokročilá recyklace plastů, označuje několik různých technologií, které přeměňují použité plasty na jejich původní stavební bloky, speciální polymery, suroviny pro nové plasty, paliva, vosky a další cenné produkty. “Dělá to třemi základními metodami:

• Čištění rozpouštědlem: Proces, při kterém se plast rozpouští v rozpouštědle, aby se odstranily nečistoty a nebezpečné chemikálie. Tento přístup zaznamenal omezený úspěch u dvou hlavních plastových výrobků: polystyrenu a PVC.
• Chemická depolymerizace: V tomto procesu se dlouhé polymerní řetězce, které jsou základem plastů, pomocí průmyslových chemikálií rozloží na jednodušší monomery. Monomery pak mohou být čištěny a rekombinovány za vzniku nových polymerů stejným způsobem, jakým se vyrábí panenský plast. Tento přístup již zaznamenal úspěch u PET, polyesteru a řady podobných produktů.
• Tepelná depolymerizace: Zde se polymerní řetězce rozkládají pomocí tepelného zpracování, přičemž nejběžnější proces se nazývá pyrolýza (zahřívání s omezeným množstvím kyslíku). Při aplikaci na odpadní plast vede tento proces ke směsi chemikálií nazývaných pyrolýzní olej. Ten lze vyčistit a znovu použít k výrobě panenských plastů.
• Zplyňování: Toto je další tepelné zpracování plastového odpadu, ale takové, které využívá horké plyny, jako je kyslík, vzduch nebo dokonce pára. Stejně jako pyrolýza probíhá zplyňování téměř 70 let. Jedná se o proces přeměny pevného odpadu na syntézní plyn, jako je ethanol nebo methanol. To pak může být použito k výrobě panenských plastů nebo může být spáleno jako palivo.

I když tyto procesy nejsou levné, poskytují některé ekonomicky životaschopné přístupy k chemické recyklaci plastů. Dalšího pokroku v množství recyklovaného plastu tímto způsobem lze dosáhnout pomocí vládní podpory a dotací pro recyklační závody, zvýšením daní z fosilních paliv nebo nucením výrobců plastů k recyklaci použitých výrobků.

Čtěte také: Jak recyklovat starý šicí stroj

Ve skutečnosti jde o rozsah množství plastového odpadu, se kterým je třeba zacházet, je nepravděpodobné, že jedinou odpovědí bude chemická recyklace.

Jak uvádí The Huffington Post, „… problém vyžaduje řadu řešení, jako je odstranění zbytečných obalů, přechod na systémy zpětného a opětovného použití, nahrazení nového recyklovaným plastem nebo přechod na jiné materiály, jako je papír, sběr a správné likvidace odpadního plastu a recyklaci. “

Nanotechnologie a recyklace plastů

Další možnou reakcí na podporu recyklace plastů je použití nanotechnologií. Jednou z takových společností, která našla způsob, jak aplikovat nanotechnologie na recyklaci plastů, je AG CHEMI GROUP, pražský dodavatel surovin, který čeká na schválení patentů, který může dát nový život odpadnímu plastu a dokonce jej i vylepšit.

Zatímco dnes většina plastů při recyklaci degraduje, protože polymerní řetězce jsou v procesu recyklace poškozeny, společnost AG CHEMI GROUP vyvinula nanotechnologii, která umožňuje plastům získat nové kvality.

Proces se nazývá nanostrukturní technologie a umožňuje celkovou modifikaci odpadních materiálů, jako je plast, aby se zachovaly původní vlastnosti materiálu na požadované úrovni (například rázová houževnatost) a aby se přidaly nové vlastnosti materiálu, jako je tepelná nebo elektrická vodivost.

Čtěte také: Zodpovědný přístup k recyklaci kávových kapslí

„Použití nanomateriálů s velikostí částic v rozsahu nanometrů vyžaduje důkladnou přípravu nanoaditivního a čistého polymeru a také použití speciální technologie dvoufázové modifikace vyvinuté a testované naší společností,“ říká Lev Lyapeikov, product development manager ve společnosti AG CHEMI GROUP.

Recyklace světelných zdrojů a desek plošných spojů

Za posledních sto let spotřeba elektřiny v ČR narostla v průměru každý rok o 4,4 %. V souvislosti s udržitelným využíváním elektrické energie byly v EU i v některých zemích mimo ni zakázány klasické přímo žhavené žárovky (obyčejné žárovky), které jsou z hlediska spotřeby energie velmi neefektivní - pouze 5 % energie přeměňují ve světlo.

Ročně v ČR vznikne asi 170 tisíc tun OEEZ (lednice, pračky, televizory, počítače atd.), z toho světelných zdrojů je okolo 3 tisíc tun (tedy ani ne 2 % hmotnosti). Základním smyslem systému sběru a recyklace světelných zdrojů je ochrana životního prostředí a zdraví člověka. Je tedy třeba maximálně využít druhotné zdroje, které se opět použijí při výrobě nových produktů, a zároveň zamezit úniku nebezpečných látek (v případě zářivek zejména rtuti) do životního prostředí.

Systém sběru a recyklace světelných zdrojů je velmi specifický ve vztahu k ostatním skupinám OEEZ. Jedna tuna odpadních světelných zdrojů znamená asi 5 tisíc kusů, kdežto jedna tuna odpadních velkých domácích spotřebičů (např. pračky) představuje pouhých 21 kusů. Tedy pro stejnou hmotnost OEEZ je třeba sebrat 250× více světelných zdrojů než velkých spotřebičů.

Recyklace LED světelných zdrojů

Světelné zdroje LED jsou nejúspornější variantou současné světelné techniky. Používají se v různých aplikacích, včetně využití jako alternativa k původním žárovkám či později zářivkám.

Čtěte také: Výzvy v recyklaci tvrzených plastů

LED světelné zdroje mají oproti přímo žhaveným žárovkám a zářivkám několik výhod:

• úspora energie je více než 90 % oproti přímo žárovkám,
• mají delší dobu života, a to až 60 tisíc hodin (desetkrát delší dobu života než zářivky a 130× delší dobu života než klasické žárovky),
• nevyvíjejí téměř žádné teplo, což snižuje riziko požáru,
• neobsahují toxickou rtuť na rozdíl od zářivek,
• jsou odolnější proti poškození při transportu.

V LED zdrojích lze nalézt kovy jako gallium, indium, germanium, stříbro nebo zlato. V současné době neexistuje specifická technologie úzce zaměřená pouze na recyklaci LED světelných zdrojů, a to zejména proto, že uvedeného odpadu je stále velmi málo (desítky až stovky tun ročně v celé ČR). LED světelné zdroje se nyní recyklují s ostatním elektroodpadem, kdy je odpad nejprve drcen a posléze separován na jednotlivé druhy materiálů.

Výzkumníci z katedry elektrotechnologie FEL ČVUT a ústavu polymerů VŠCHT Praha chtějí připravit alternativní proces výroby elektronických komponent, který bude šetrnější k životnímu prostředí. Až 10 % z elektronického odpadu tvoří desky plošných spojů, které jsou základním stavebním kamenem pro drtivou většinu elektronických zařízení.

„Naším cílem je nejen už při výrobě eliminovat materiály, které nejdou recyklovat, ale připravit a otestovat celý alternativní proces výroby elektroniky, který bude šetrnější k životnímu prostředí. Pro výrobu nosného substrátu je možné využít polymerní látky, které se používají mimo jiné při 3D tisku, např. PET. Těmi, po jejich vhodné modifikaci pro zajištění požadavků pro elektronické výrobky, nahradíme epoxidovou pryskyřici,“ popsal dr.

Díky využití technologie 3D tisku lze vyrábět desky plošných spojů s již zapouzdřenými elektronickými součástkami v těle substrátu, které se navzájem propojí během následného potisku elektricky vodivým inkoustem. Zapouzdření zajistí mechanickou integritu obvodu, která by jinak byla oproti konvenčnímu řešení snížena kvůli horším mechanickým vlastnostem recyklovaných plastů. Tento alternativní postup výroby eliminuje energeticky a chemicky náročné procesy.

Cílem výzkumu je však také posunout vývoj tohoto řešení směrem k velkosériové výrobě a širšímu využití v průmyslové praxi. Výzkumníci z FEL a VŠCHT zatím technologii testují na jednovrstvých deskách plošných spojů.

Některé žárovky se dají recyklovat, jiné ne. Některé obsahují nebezpečné látky, zatímco další jsou pro životní prostředí zcela neškodné. Z každé žárovky lze recyklovat více než 90 % materiálů, ze kterých je vyrobena. Odpad tedy můžeme recyklací snadno přeměnit opět na zdroje.

Úsporné žárovky totiž obsahují malé množství toxické rtuti, která je škodlivá jak pro člověka, tak pro životní prostředí. Skončí-li úsporná žárovka na skládce místo v recyklačním závodě, snadno dojde k jejímu rozbití a rtuť z ní se může uvolnit do půdy a následně do podzemních vod.

Proces recyklace si představíme na zářivkách. Zářivky se demontují na recyklačních linkách speciální technologií nazvanou end cut. Na demontážní lince nejprve speciální nože oddělí konce zářivky - hliníkové patice. Následně je sklo zářivek rozdrceno a pomocí vibrační techniky dochází k oddělení částí znečištěných rtutí.

Ačkoli je od roku 2012 výroba žhavených žárovek v Evropské unii zakázaná, spousta domácností je stále používá. Tyto typy světelných zdrojů jsme až do konce roku 2020 mohli vyhodit do směsného odpadu. Od 1. 1. 2021 se ale dle zákona o výrobcích s ukončenou životností řadí mezi vysloužilá elektrozařízení určená k recyklaci a je tedy potřeba je odevzdat do míst zpětného odběru.

Dizertační práce se věnuje návrhu a modelování ekologického zpracování desek plošných spojů (DPS) s ohledem na studii problémů spojených s návrhem řešení separace vodivých cest od plastu a s ohledem na legislativní přístupy. V úvodu dizertační práce je věnována pozornost stávajícím způsobům separace DPS, složení a výrobě DPS a v neposlední řadě použitým pojivům v DPS.

Kola lze totiž na rozdíl od automobilů nebo motocyklů zrecyklovat na základní suroviny poměrně snadno. Jedinou výjimku tvoří nejvýkonnější závodní kola s uhlíkovým rámem, která se na původní materiál roztavit nedají.

Pokud však elektroodpad umístíme do rukou umělců a designérů, může se zakrátko změnit v bytovou dekoraci nebo dokonce šperk. Tvůrci totiž pozměňují nebo úplně převracejí původní funkci předmětů a dávají jim nový význam.

Díky snadnému zpracování jsou plasty v současnosti vyzdvihovány nad mnohé jiné materiály. Kromě toho, že jsou po skončení životnosti schopné projít i několikanásobnou mechanickou recyklací a mohou být využity pro zpětné získávání energie, tvoří dokonce materiál pro výplně do spacáků, bund nebo fleecových mikin. Tomu však předchází dlouhý recyklační a výrobní proces.

V poslední době se začíná více mluvit o chystaném zákazu olova v elektrotechnickém průmyslu. V EU se již rozběhly přípravy na toto omezení - WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment) nastavuje kritéria pro sběr, zacházení, recyklaci a využití elektrického a elektronického odpadu. RoHS (Restriction on Hazardeous Substances) předchází nutnost recyklace vyhozených elektrických zařízení zákazem použití nebezpečných látek už při jejich výrobě. Toto nařízení zakazuje používat např. kadmium, hexavalent, chromium a olovo.

Desky plošných spojů (DPS), které dosud představovaly vysokou ekologickou zátěž z hlediska nakládání s odpadem, bude totiž možné velmi snadno recyklovat. Podobně jako například revoluční PVA (polyvinylalkohol) filament pro vytváření podpůrných struktur při 3D tisk, který je možné rozpustit ve vodě, bude možné v horké vodě rozpustit i desky plošných spojů!

Biodegradovatelná deska plošných spojů je vyrobena z přírodních vláken a polymeru bez halogenu. Po jejím vložení do horké vody dojde k rozložení samotné desky a díky tomu bude možné jednoduše oddělit další materiály a součástky DPS, což výrazně urychlí a zjednoduší proces recyklace.

S touto technologií aktuálně začíná pracovat německá společnost Infineon technologies AG, která využívá rostlinné desky plošných spojů s označením Soluboard.

Rozpuštění v horké vodě trvá jen několik minut. Kromě jednoduchého rozložení samotné desky umožní proces recyklace ve vodě lepší zachycení ostatních materiálů a komponent.

Pokud se podaří v budoucnu velkou část materiálů použitých při výrobě elektroniky recyklovat, bude to mít značné výhody nejen ekologické, ale také ekonomické.

Při použití polovodních rozpouštědel je možno docílit dobrého čištění desek SMT i s těmi nejmenšími mezerami a pracovat se všemi dostupnými typy tavidel.

tags: #recyklace #plosnych #spoju #proces

Oblíbené příspěvky:

• Příčiny znečištění vodovodního řadu
• Tipy pro chůzi v chorvatské přírodě
• Adaptace na změny
• Inspirativní nápady pro ekoworkshop
• Staré traktory a emise