Переработка пластиковых отходов

Введение

Постоянный рост производства всевозможных полезных изделий из пластика приводит к стремительному увеличению пластмассовых отходов, загрязняющих окружающую среду. Пластик не разлагается  со временем, выделяет чрезвычайно  токсичные вещества при сжигании, поэтому единственно верным вариантом  утилизации пластиковых отходов  является их переработка. Однако современная  реальность такова, что большая часть  пластиковых отходов просто закапывается на свалках, что наносит огромный вред окружающей среде. Поиск новых  методов переработки пластика является главной задачей многих ученых из разных стран мира.

Так или иначе, в настоящее  время на долю полимерных отходов  из общего объема твердых промышленных и бытовых отходов приходится более 15%, что для России в свою очередь равняется более 2 миллионам  тонн полимерных отходов в год. С  другой же стороны, полимерные отходы практически не теряют своих исходных технических свойств, что делает их одним из наиболее ценных и выгодных сырьевых ресурсов.

По своей сути, полимерные отходы – это использованные пластиковые  упаковки промтоваров и продуктов, пластиковая тара, промышленные отходы производства, полимерное техническое  оборудование (сельскохозяйственная пленка, оболочки кабелей, трубы) и бытовые  полимерные изделия (фляги, посуда, мебель, ведра и т.д.). Современное оборудование для производства гранул, которым оснащены крупные российские предприятия, способно перерабатывать больше половины готового объема полимерных отходов. Кроме того, для производства пвд требуется в пять раз меньше энергии, чем для переработки первичного сырья. В тоже время вторичное гранулированное сырье почти в два раза дешевле первичного гранулята, что подтверждает экономическую выгоду деятельности предприятий по производству гранул. Опираясь на эти факты, можно сказать точно, что производство пвд и производство гранул из полимерных отходов является экономически выгодным и экологически предпочтительным. Именно поэтому органы власти каждой развитой страны идут навстречу таким предприятиям.

Как известно, существует два, принципиально отличающихся друг от друга, подхода к проблеме утилизации отходов. Первый из них заключается в сжигании отходов или размещении на специально отведенных для этих целей участках – полигонах или свалках. Другой подход, за который в частности ратует Гринпис, предполагает переработку (рициклинг) отходов и получение вторсырья.

Долгие годы лоббированием  переработки отходов занимались различные экологические организации, ставившие во главу угла защиту окружающей среды. В наши дни, в условиях увеличения населения Земли, промышленного  роста и постоянного дефицита первичного сырья в развивающихся  странах, проблема рециклинга приобретает скорее экономический характер. При этом полимерные отходы – это один из наиболее ярких примеров, подтверждающих целесообразность использования вторсырья: в западных странах глубоко очищенные полимерные отходы применяются наравне с первичным сырьем, например, при производстве ПЭТ-бутылок.

1.Виды отходов и вторсырья

Рециклингу подлежат не все образующиеся полимерные отходы, а только термопластичные синтетические материалы, т.е. такие полимеры, которые под воздействием температуры приобретают свойство пластичности и могут формоваться в различные изделия. В частности, к наиболее распространенным термопластам относятся полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол.

Существуют два  основных источника полимерных отходов.

Прежде всего, это отходы пластикового производства: кромка пленки, кусковые отходы, отходы производства одноразовой посуды, обрезки пластиковых  труб, пластиковых окон, другие отходы первичного производства. Промышленные отходы обычно отличаются высоким качеством: в них отсутствуют примеси, они  сортированы и практически не требуют проведения подготовительных операций перед переработкой. Рециклингу подвергаются до 90% промышленных полимерных отходов.

Другой тип отходов  – это отходы потребления, или  бытовые отходы: использованные пакеты, пластиковые бутылки, полиэтиленовая упаковка, пленка, одноразовая посуда, корпуса бытовой техники и  инструмента, пластмассовые ящики, использованные пластиковые трубы, оконные профили. По некоторым оценкам, процент бытового мусора в общем объеме полимерных отходов составляет более 60%. Основной источник отходов потребления – это различного рода свалки, где специальные "полигонные бригады" собирают и сортируют бутылки, пакеты и пакетики, корпуса электроники. Нетрудно догадаться, что в отличие от производственных отходов, полигонные полимеры загрязнены, смешаны с другими пластиками и требуют тщательной подготовки перед процедурой рециклинга.

2.Технология переработки пластиковых отходов.

Существуют два вида переработки  пластика – химический и механический. Первый 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. 
Таким образом, наиболее приемлем и широко распространен метод механической переработки или механический рециклинг. 
 
В общем, весь процесс переработки отходов можно разделить на три этапа:

1.Дробление 
2.Агломерация 
3.Грануляция

- отмывка/сушка-измельчение-грануляция. В зависимости от наличия этих стадий вторсырье, т.е. продукт переработки отходов, может иметь различные формы.

Прежде всего, это, так  называемая, "дробленка" – сортированные дробленые отходы без ферро-магнитных включений. Дробленка поставляется как мытой, так и не мытой и получается измельчением лома толстостенных полимерных изделий: ящиков, труб, системных профилей, корпусов бытовой техники и инструмента.

Второй вид вторсырья  – агломерат. Агломерат представляет собой сваренную и затем передробленную полимерную пленку. Некоторые модели агломераторов включают в себя стадии отмывки и сушки.

Наконец, наиболее качественным вторсырьем считаются гранулы.

Грануляция является заключительным этапом подготовки вторсырья для  следующей переработки в готовое  изделие. В процессе гранулирования материал становится более плотным, его дальнейшая переработка становится более простой, усредняются его  физические  характеристики, что позволяет в дальнейшем перерабатывать его на стандартном оборудовании.

После основного этапа  переработки полимерных отходов, гранулы поступают в цех по изготовлению готовой продукции, это может  быть:

• производство упаковочных сеток для овощей и фруктов
• производство технологических пленок и пленок для упаковки товаров
• изготовления мешков для мусора
• производство канализационных труб, фитингов и т.д.
• производство емкостей для технических жидкостей (белизна, тосол, масло и т.д.)
• изготовление деталей сантехнического назначения
• производство мебельной фурнитуры
• производство полимерной черепицы
• включение в качестве компонента для улучшения свойств битумных соединений в кровельном производстве и в производстве асфальта
• производство товаров народного потребления технического назначения (емкости для мусора, ведра, тазики, совочки, искусственные цветы, венки и т.д.)
• производство полиэтиленового листа (используется для гидроизоляции чердачных и подвальных помещений, полигонов, а также при пошиве рюкзаков и сумок для придания жесткости и формы)
• изготовление изделий для автомобильного промышленности: подкрылки, полки багажника, клипсы бампера, коврики для машин и т.д.

Новые методы  по переработке пластиковых отходов, представленные различными учеными:

1.Моторное масло  из пластиковых отходов. 
Группа ученых из университета Кентукки во главе со Стивеном Миллером предложили свой вариант переработки пластмассовых отходов. По мнению исследователей, полиэтилен может служить сырьем для производства трансмиссионной жидкости и моторного масла. Изготовление этих продуктов в настоящее время требует применения нефтяного сырья, а использование дешевого пластика в данном случае может стать выгодным методом. Технические масла предполагается производить на основе воска, изготовленного из полиэтилена под действием повышенной температуры. Отличные качественные характеристики продукта, изготовленного на основе полиэтилена, в сочетании с экономической эффективностью метода позволяют в комплексе решать сразу две проблемы: экономичного производства технических масел и переработки пластиковых отходов.

2.Пластик для  производства стали.

Профессор Вина Сахаджвалла из университета Южного Уэльса разработала технологию применения пластиковых отходов для производства стали. За эту идею Сахаджвалла была удостоена престижной австралийской научной награды. По данной технологии использованный пластик может применяться в электрических сталелитейных печах в качестве источника углерода. Таким образом, нагретая до 1600 градусов по Цельсию пластмасса может служить частичной альтернативой коксу или углю. Применение пластмассы в данной отрасли вызвано причинами исключительно экологического характера, поэтому угледобывающая промышленность может не опасаться полной замены угля пластмассой.

3.«Апельсиновый»  пластик 
 
Решить проблему вредного воздействия пластиковых отходов принципиально новым путем предложил профессор Джеффри Котс из университета Корнелла. Ученый нашел способ, как уйти от необходимости использования нефтяного сырья для производства пластика. Важнейшее значение сохранности природных, в том числе и нефтяных ресурсов не требует доказательства, именно поэтому разработки ученого имеют двойную экологическую ценность – экономят нефть и сокращают вредное воздействие пластиковых отходов на окружающую среду. 
Американский химик синтезировал катализатор, позволяющий создавать «натуральную» пластмассу из углекислого газа и масла апельсиновой кожуры. 95% этого масла состоит из вещества на углеродной основе - лимонина. Кроме апельсина, данное вещество содержится еще в 300 видах растений.  
Оксид лимонина в сочетании с углекислым газом ученые использовали в качестве «строительного материала» для создания нового полимера, обязательным условием протекания данной реакции является использование катализатора. Таким образом, молекулы лимонина и углекислого газа выстраиваются в длинные цепи, образуя полимерную структуру. Полученный материал получил название polylimonene carbonate - полилимонин карбонат.

3.Рынок полимерных отходов

Основной объем пластиковых отходов, уничтожают захоронением в почву или сжиганием. При захоронении в почву пластиковые отходы не подвергаются гниению, коррозии, а при сжигании, в атмосферу выделяется большое количество вредных веществ.

По данным Министерства промышленности и энергетики РФ, в России каждый год образуется около 700 тыс. тонн полимерных отходов, пригодных для переработки  и использования в качестве вторичных  материальных ресурсов. Эту цифру  можно считать заниженной, поскольку  ежегодно только ПЭТ-бутылок производится и соответственно выбрасывается  более 450 тыс. тонн. А еще высоки объемы потребления полиэтиленовой пленки (632 тыс. тонн), полипропиленовой пленки (189 тыс. тонн) и ПВХ-пленки (170 тыс. тонн). Таким образом, можно утверждать, что ежегодный объем полимерных отходов, пригодных для переработки  во вторсырьё в России, превышает 1 млн. тонн. При средней стоимости  чистых сортированных отходов в 12-13 руб./кг потенциальный объем российского рынка полимерных отходов составляет 500 млн. долл. Для сравнения, в 2006 году весь рынок гибкой полимерной упаковки оценивался экспертами в 800-850 млн. долл.

Промышленность переработки  полимеров в России стабильно  развивается. Поскольку цены на первичное  сырье постоянно растут, все больший  объем спроса приходится на вторсырье, которое переработчики используют наравне с первичным, причем в некоторых изделиях доля материала б/у в смеси может достигать 50%.

Однако из-за неоднородности предложения по качеству отходов  на рынке складывается неоднозначная  ситуация. С одной стороны, существует высокий спрос на чистые отходы, а с другой – в стране на свалках  накапливаются горы бытовых пластиковых  отходов. Например, по результатам ряда исследований, проведенных в Москве и Санкт-Петербурге, переработке подвергаются не более 3-4% выбрасываемых ПЭТ-бутылок.

Основной спрос на полимерные отходы формируют компании-переработчики  первичного сырья, т.е. производители  пластиковых изделий: упаковки, пакетов, бутылок, тары, пластиковых труб, строительных материалов. Такие компании перерабатывают отходы собственного производства и одновременно закупают промышленные и бытовые отходы на стороне. Иногда производственники продают собственные отходы, однако их объемы невелики (редко более 50 тонн в месяц), а определение покупателя происходит по принципу "кто предложит лучшую цену". Большая часть средних и, тем более, крупных производителей, не говоря уже о производителях сырья, имеют безотходное производство, что связано с относительно низкой стоимостью оборудования. Цена простейшей линии отечественного производства для получения агломерата полиэтилена, полипропилена или полистирола (агломератор со стадией отмывки пленки) начинается от 20-30 тыс. долл. при производительности 20-30 кг/час. Наиболее популярные линии грануляции производительностью более 100 кг/час стоят 60-80 тыс. долл.; при этом более половины этой суммы – это цена гранулятора.