Переработка пластиковых бутылок

1 глава

Возникновение методов переработки  и утилизации пластиковых масс можно  связывать напрямую с возникновением идеи сортирования твердых бытовых  отходов. Первая в мире система предварительной  сортировки мусора была создана в  Нью-Йорке (США) в 1895г. Жители города были обязаны разделять пищевые отходы, бумагу, металл и выбрасывать их в отдельные баки, стоящие на улице. Также впервые в мире, городские мусорщики получили униформу. Муниципалитет Нью-Йорка впервые смог сделать сбор мусора прибыльным делом - отходы удавалось перепродавать и получать дополнительный доход для городского бюджета. Двумя годами позже город построил первый в мире мусороперерабатывающий завод. 1930-е годы. Начало промышленной переработки отходов пластика.

По данным организации  Американский Совет по Пластмассе\American Plastics Council, потребление пластмассы в мире выросло с примерно 5 млн. тонн в 1950-е годы до 100 млн. тонн в начале 21 века. 1973 год. В США запатентована пластиковая (изготовленная из полиэтилен терефталата - ПЭТ) бутылка. ПЭТ-бутылки стали постепенно заменять традиционные стеклянные. В 1991 году произошло знаковое событие: компания Coca Cola впервые разлила газировку в пластиковые емкости. Переработка этих бутылок началась в 1979 году.

В 2008 году Институт Переработки  Упаковки\Container Recycling Institute опубликовал следующую информацию: в 1997 году в США было продано 4 млрд. воды в пластиковых бутылках, в 2005 году - 26 млрд. В 1997 году американцы выбросили (то есть, не сдали в переработку) 3.4 млрд. пустых бутылок, а в 2005 году - 22 млрд. В пресс-релизе Института указано: "Пластиковые бутылки - это не только национальная проблема, это национальный позор".

1980-е годы. После серии  "мусорных кризисов" многие  страны мира пришли к выводу, что единственным перспективным  способом решения проблемы отходов  является их переработка.

В России рынок по переработке  использованных ПЭТФ бутылок начал формироваться с 2000 года, но так до сих пор не является сформированным. Причин этому достаточно, и наиболее влиятельной остается отсутствие сформированной законодательной базы, регулирующей в целом и по отраслям переработку твердых бытовых отходов. На текущий момент. В РФ принят Федерального закона от 24 июня 1998 г. № 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления», который за историю своего существования претерпел малое количество изменений, что свидетельствует об эффективности и значительном регулятивном потенциале его норм. Однако данный закон закрепляет лишь общие основы законодательного регулирования отношений в данной сфере, не устанавливая специальных норм, регулирующих деятельность по сортировке, переработке, обезвреживанию и утилизации отходов, обращения с отдельными видами отходов, обладающими особой экономической и экологической значимостью.

Итак, в мире на сегодня  имеется не одна технология вторичной  переработки ПЭТ, а так же способов их сбора. Выделяют несколько основных направлений переработки вторичного

полиэтилентерефталата ,которые условно можно разделить на три основные группы: механические, химические и термические (таблица 1)

Термический.

Согласно наиболее распространенному мнению, сжигание пластика считается не самым приемлемым способом утилизации полимерных отходов как с экологической, так и экономической точек зрения. Из-за сжигания несортированного мусора, выбросы мусоросжигательных заводов содержат сильнейшие канцерогены - диоксины. Которые могут вызывать онкологические заболевания, бесплодие и врожденные патологии. Диоксины проявляются даже в молоке кормящих матерей. И они опасны для человека даже в малых концентрациях. Кроме газов образуются и твердые продукты распада: токсичная зола и шлаки примерно15-20% от веса сжигаемых отходов, а это огромные объемы. Для них тоже нужен отдельный полигон для токсичных отходов. Такие отходы способны активней загрязнять землю и воду, чем обычные твердые отходы.  Однако существуют исследования, которые говорят о том, что при сжигании хорошо отсортированного пластика, вреда окружающей среде не наносится. Так в национальном институте стандартов и технологий (NIST) США попытались резюмировать такие исследования для разных материалов, в том числе разных видов пластика. Определенная таким образом токсичность продуктов горения у интересующих их пластиков оказалась не сильно выше, чем у дерева. Самый токсичный из них - ПВХ, но и его показатели хуже, чем у дерева примерно в два раза. У ПЭТ, из которого делаются пластиковые бутылки, токсичность примерно равна показателям дерева. У полиэтилена немного выше. С другой стороны, существуют виды пластиков, дым от которых крайне ядовит. Самые распространенные из них, судя по всему, фторопласты, например, тефлон. 
К несчастью, эти исследования не учитывают долговременное влияние продуктов горения на человека и на природу. Невозможно провести эксперимент, который бы давал такие данные, поэтому приходится полагаться на мнение ученых. Есть работы, замеряющие состав выделяемого при горении разных видов пластиков дыма. В дыме полиэфиров, к которым относится ПЭТ, ничего более неприятного, чем угарный и углекислый газ обнаружить не удалось. Но в данном случае температура сжигания не должна быть менее 1200 градусов, а сам процесс должен происходить в специальных печах, оборудованных системой фильтров. В настоящее время в Европе действует Европейская Директива по сжиганию отходов от 4 декабря 2000 года № 2000/76/CE. Директивой установлены предельно допустимые нормы загрязняющих веществ для среднесуточных выбросов в атмосферу: CO (50 мг/м3), всего пыли (10 мг/м3), летучие органические соединения (10 мг/м3), HCl (10 мг/м3), HF (1 мг/м3), SO2 (50 мг/м3), NOx (200 мг/м3); а также предельно допустимые нормы разовых выбросов, которые могут происходить в течение получаса – это строго определенные нормы, которые нельзя превышать. В Директиве определены допустимые концентрации для летучих тяжелых металлов: кадмий + торий (0,1 мг/м3), ртуть (0,1 мг/м3) и общее значение для всех остальных металлов (1 мг/м3), зафиксированы допустимые концентрации и на выброс диоксинов и фуранов – 0,1 нг/м3. Директива также содержит нормы, регулирующие сброс сточных вод предприятиями. 

Кроме этого, существует возможность использования энергетического  потенциала отходов для получения  тепловой и электрической энергии  или промышленного технологического  пара. Бытовые отходы имеют теплотворную способность бурого угля, т.е. около  9-11 МДж /кг. Это положение используется в европейской концепции „Отходы в энергию“. Из мусора, используемого в качестве топлива, производят пар, который применяется для экономии природных энергоносителей, таких как уголь, газ или нефть. Таким образом, мусоросжигательные заводы могут вности значительный вклад в экологически приемлемое устранение отходов, они также способствуют сокращению выбросов парниковых газов и, тем самым, борьбе с глобальным потеплением.

Продукт, оставшийся из термического обезвреживания отходов, напротив инертен  и не может больше вступать в реакции. Вредные вещества разрушаются или  под контролем связываются и  сепарируются в концентрированной  форме.

При сжигании отходов их объем сокращается примерно в  десять раз. Из 1т мусора остается только  250 кг шлака и золы, 30 кг железного  скрапа и  1 кг осадка на фильтре.

Образующиеся при сжигании так называемые инертные вещества, похожие на горную породу шлаки могут  быть безопасно использованы. В Германии, Голландии и других странах они используются даже как заменитель дорожного щебня или для звукоизоляции стен.  

На текущий момент мусоросжигательных завод достаточно много по всему миру, некоторые  находят в черте города, некоторые  за ее пределами, но опыт сжигания ТБО  показывает, что суть проблемы заключается  не в количестве заводов по сжиганию мусора, а в их концентрации, принципах работы и отношению к ним.

Европейские мусоросжигательные заводы построены, в основном, довольно давно - лет десять назад. С тех  пор принципы обращения с мусором  в ЕС изменились. Теперь четкий приоритет - переработка отходов. Те же 10 лет  назад там перерабатывалось всего 40% отходов, теперь - 80%. Результат: новые  МСЗ в Европе больше не строят, а  старые работают вполовину своей  мощности. В Швеции, к примеру, чтобы  поддерживать рентабельность существующих МСЗ, сжигают мусор из соседних Норвегии, Дании, Голландии и Германии. Во Франции 127 МСЗ, работающих по все стране, сжигают всего около 12,3 миллионов тонн мусора в год, в то время как 9 московских заводов будут ежегодно сжигать порядка 3 миллионов. Сторонники мусоросжигания часто приводят в пример Париж с его 11 МСЗ.

Одним из перспективнейших направлений термической обработки  вторичного пэт, включенного в состав твердых бытовых отходов, обработка по системе пиролиза. Пиролиз – разложение вещества под воздействием высоких температур в бескислородной среде и превращение его в газ; это обеспечивает отсутствие вредных веществ как в атмосфере, так и в остатках. Иначе программа называется Waste Conversion Pyrolysis System (WCP). WCP -  технология пиролиза, которая позволяет перерабатывать практически все виды отходов, кроме строительных, без вреда для человека и окружающей среды:

•    твердые бытовые отходы 
•   автомобильные покрышки
•   токсичные и ядовитые  отходы
•   медицинские отходы
•   резинотехнические изделия
•   отходы древесины
•   отходы сточных вод
•   пластик всех видов
•   нефтешламы
•   побочные продукты нефтеперерабатывающей промышленности

Особенностями данного  метода является то факт, что при  сжигании не происходит образования вредных летучих веществ (зола, фуран, диоксины),  не происходит сплавления отходов, происходит  полное уничтожение отходов, а самыми важными является экономическая его составляющая -   возобновляемый экологически безопасный источник энергии.

Данный метод  переработки отходов уже давно  использует по всему миру. Так в  Европе прошедшие сортировку отходы являются составной частью снабжения населения электроэнергией и теплом. В частности, в Дании, МСЗ, интегрированные с начала 1990-х гг. в систему электро- и теплоснабжения городов обеспечивают 3% электроэнергии и 18% тепла.

В Голландии на свалки вывозится  только около 3% отходов, поскольку в  стране с 1995 г. действует специальный  налог на отходы, которые вывозятся  на специальные полигоны. Он составляет 85 евро за 1 т отходов и делает свалки экономически неэффективными. Поэтому основная масса отходов  перерабатывается, а часть превращается в электроэнергию и тепло.

Для Германии считается наиболее эффективным строительство промышленными  предприятиями собственных ТЭЦ, использующих отходы собственного производства. Наиболее характерен такой подход для предприятий химической, бумажной и пищевой промышленности.

В Германии создается до 8 млн т отходов ежегодно, которые могут быть использованы для производства электроэнергии и тепла. Однако из этого количества находит применение только 3 млн т. Но наращивание вводимых мощностей электростанций, работающих на отходах, к 2010 г. эту ситуацию должно изменить.

Немецкий энергоконцерн E.ON планирует стать ведущей компанией в Европе по добыче энергии из отходов. Цель компании – занять15-25% долю на соответствующих рынках Голландии, Люксембурга, Польши, Турции и Великобритании. Причем главным направлением E.ON считает Польшу, поскольку в этой стране (как и в России) мусор в основном утилизируется на свалках. А предписания ЕС предусматривают в среднесрочном аспекте запрет на подобные свалки в странах сообщества.

К 2015 г. оборот немецкого  энергоконцерна в сфере энергетической утилизации мусора должен превысить 1 млрд евро. Надо отметить, что в Германии ситуация с утилизацией мусора радикально изменилась только в 2005 г., когда были приняты законы, запрещающие неконтролируемую свалку отходов. Только после этого бизнес на мусоре стал рентабельным. В настоящее время в Германии ежегодно необходимо перерабатывать примерно 25 млн т мусора, а в распоряжении имеется только 70 заводов мощностью 18,5 млн т.

В России наиболее ярким  примером МСЗ, использующим метод пиролиза является Green Light Energy Solutions.

Химический рециклинг ПЭТ -  сольволиз.

Химический способ используется крайне редко, а в России отсутствует вообще. При использовании химического метода, помимо соблюдения ряда условий (чистое сырье, создание высоких давления и температуры в обработке), необходимо использовать еще и дорогостоящие катализаторы. А это существенно снижает рентабельность производства.

Методы сольволиза достаточно энергоемки, требуют высокотехнологичного оборудования и поэтому  весьма дорогостоящи.  Однако эти методы дают возможность  использовать сырье более низкого  качества,  поскольку химические процессы позволяют производить  дополнительную очистку. 

Весьма распространенным способом химической переработки отходов  полиэтилентерефталата является гликолиз и поликонденсация вторичного ПЭТ с добавлением ненасыщенных многоосновных кислот или их ангидридов с целью получения сравнительно недорогой ненасыщенной полиэфирной смолы.  Процесс деполимеризации является относительно дорогим способом переработки вторичного ПЭТ поскольку предполагает значительные энергетические затраты или использование дорогих химических продуктов.  Продукты деструкции ПЭТ из устаревших отходов широко используют снова в синтезе ПЭТ, для получения пластификаторов, лаков, материалов для покрытий и др. Главные недостатки технологий химической переработки обычно связывают с экономическими факторами, которые можно изложить следующим образом:

1. если сравнивать химическую переработку с механической (первичной и вторичной), то аспект, связанный с природой пластмассовых отходов, утрачивается при химической переработке;
2. когда для разложения полимерных цепей требуется использовать жесткие условия процессов (сильные кислоты или щелочи и высокие температуры), то химические заводы должны строиться с применением дорогостоящих специальных материалов;
3. комплекс операций, необходимых для восстановления годного для повторной полимеризации мономера, требует больших финансовых вложений;
4. обработка и восстановление воды, растворителей и реактивов, используемых для химической переработки, и удаление остатков (побочных продуктов) переработки может быть очень дорогим;
5. химические заводы должны быть достаточно большими, чтобы снизить эксплуатационные расходы, но обеспечение бесперебойного питания огромными количествами полимерных отходов постоянного качества может потребовать слишком высоких затрат на их сбор;
6. мономеры и полезные олигомеры могут быть получены только из ограниченного набора полимеров, к которым можно применять селективные реакции, обеспечивающие высокий выход ценных продуктов.