Zvyšování materiální životní úrovně, růst spotřeby surovin a energií a nárůst průmyslové výroby přinášejí i negativa dneška. Nepříznivý nárůst nároků na primární surovinové zdroje a jejich postupné vyčerpávání je v rozporu se zájmy současných a budoucích generací.
Nutným požadavkem zůstává pokles nároků na primární surovinové zdroje, což lze při současném objemu produkce zajistit pouze postupným zaváděním „rozumných“ technologií jakož i důslednou separací a recyklací využitelných surovin. Materiál, bez kterého si dnes už neumíme představit každodenní život, nejen v civilní i průmyslové sféře, jsou plastické látky.
V uplynulém století dosáhly z materiálů největší dynamiku růstu výroby i spotřeby plasty. Základní masové typy plastů jako polyethylen (PE), polypropylen (PP), polyvinylchlorid (PVC) a polystyren (PS) postupně rozšiřovaly své aplikace. Plasty díky svým vlastnostem, zejména dlouhé životnosti, si nacházely cestu prakticky do všech odvětví hospodářství formou náhrady klasických materiálů, zejména kovů.
Problémové plasty
Širokospektrální mnohostranné využití plastů vytváří jednak značný tlak na dostatečné surovinové zdroje a naopak po využití vzniklé odpady vytvářejí značný kvantitativní a kvalitativní problém jak dlouhověký materiál zneškodnit, popřípadě opětovně využít. Odpad z plastů lze označit jako problémový odpad z několika důvodů:
- při volném skládkování jsou mnohé téměř nezničitelné,
- pod označením plasty se skrývá široký sortiment materiálů, které jsou navíc často vzájemně kombinovány,
- mohou být kombinovány s jinými neplastovými materiály,
- různé plasty jsou často vzájemně nekompatibilní a tak ve směsi jen problémově, případně vůbec nezpracovatelné,
- při spalování se produkují exhaláty s vysokým obsahem a množstvím HCl.
Plastový odpad se může dále zpracovávat, nebo recyklovat v závislosti na složení jak běžnými plastikářskými technologiemi, tak i speciálními recyklačními technologiemi. Použití základních plastikářských technologií se nejčastěji opírá o vytlačování, vstřikování, vyfukování a lisování, což vyžaduje jednak poměrně čistý jednodruhový odpad známého složení v dostatečné kvalitě a kvantitě. Obecně platí zásada, čím je požadovaná vyšší kvalita výrobku, tím by měl být odpad lépe upraven. Čím více se má plastový odpad přibližovat charakteristice plnohodnotné druhotné suroviny, tím více se musí odpad upravovat. Před vlastním zpracováním, recyklací se musí plastový odpad převést do zpracovatelné podoby, tj. transformovat do využitelné formy drtě, aglomerátu, případně regranulátu.
Hygienická rizika plastů
Látky využívané pro výrobu a zpracování plastů patří často z hygienicko-toxikologického hlediska mezi zvláště toxické až po ty relativně neškodné. Může dojít k ovlivnění zdravotního stavu člověka přicházejícího do styku s plasty.
Požadavky na plast jsou tak různorodé, že samotné čisté polymery se prakticky nepoužívají, ale upravují se přídavkem různých pomocných látek. Hlavními výchozími materiály pro obalovou techniku budou i v nejbližších letech podle mnohých prognóz nadále nejpoužívanější homopolymery - typy polyolefinů PE, PP a vinylové plasty PVC, PS.
Při hodnocení hygienických vlastností plastů se pozornost koncentruje na otázky mikrobiologické, senzorické a možné nebezpečí kontaminace baleného zboží látkami obsaženými v obalovém materiálu. Při posuzování cizorodých látek se přihlíží k jejich patofyziologickým účinkům, jako jsou akutní toxicita, chronické účinky, dráždivost na kůži, spojivkový test, biokumulace v organizmu, karcinogenita, mutagenita a jiné. Do organizmu člověka mohou převážně perorálně pronikat různé látky po vyluhování plastů do poživatin, s nimiž byly v kontaktu při výrobě, zpracování, distribuci a skladování.
Metody úpravy, recyklace a odstraňování
Základní surovinou pro výrobu plastů je ropa. Na výrobu asi jedné tuny termoplastu se spotřebuje průměrně zhruba 2,5 tuny ropy. Je všeobecně známo, že plasty jsou velmi odolné proti přirozenému rozkladu. Rozeznáváme tři základní skupiny plastů:
- termoplasty,
- duroplastu,
- elastomery.
Recyklovat však lze zejména první skupinu plastů. Zbylé dvě skupiny lze využít nebo odstranit buď pyrolýzou - chemickou destrukcí bez přístupu vzduchu, nebo spalováním.
Do skupiny termoplastů patří zejména:
Duroplasty zahrnují:
- polyester (UP), používá se ve stavebnictví a při výrobě laků,
- epoxidové pryskyřice (EP), použití ve stavebnictví, při výrobě lepidel, laků,
- fenolové pryskyřice (PF), používá se ve stavebnictví, při výrobě kabelových izolací,
- polyuretan (PUR), použije se ve stavebnictví a při výrobě laků.
Skupinu elastomerů tvoří:
- přírodní kaučuk (NR), používá se při výrobě hadic, těsnění, gumy,
- polybutadien (BR), při výrobě izolací a automobilových pneumatik,
- polychloroprenová (CR), vyrábějí se z něj ochranné oděvy a guma.
Směs plastových odpadů různého druhu zhoršuje kvalitu výsledného produktu, a proto takto recyklované produkty mají pouze podřadnější použití. Z takového odpadu se vyrábějí podpůrné sloupy na upevnění dopravních značek a révy, případně se taková drť přidává do povrchů silnic.
Plasty lze recyklovat pyrolýzou (termickým rozkladem), chemicky (hydrolytickou degradací ve vodním prostředí nebo v prostředí vyšších alkoholů) a mechanicky. Pyrolýzou se získávají paliva, rozpouštědla a jiné recyklovatelná produkty. Rozklad organických látek probíhá v rozmezí teplot 150° až 900° C.
Fyzikální recyklace
Je to proces, při kterém se z plastového odpadu získává výrobek, během něhož neprobíhá chemická reakce recyklovaného materiálu. V současnosti téměř bezvýhradně převažují mechanické technologie. Plastový odpad je přiváděn do taveniny nebo viskózně elastického stavu tvarovaný a pak ochlazený. Tento mechanický postup se může dělit podle zpracované suroviny a hodnoty výrobku na recyklaci primární a sekundární.
A. Primární mechanická recyklace
Při primární mechanické recyklaci se z jedno druhového plastového odpadu získává výrobek stejné či podobné kvality, jako měl původní materiál či recyklovaný výrobek. Takovým způsobem je již dlouhodobě zpracovaných více než 95 % technologických odpadů přímo zpracovateli plastů.
Recyklovaný materiál stačí převážně nadrtit na přiměřeně jemnou frakci a následně ji míchat s čistým poprvé zpracovaným plastem vstupujícím do zpracování. Existuje jen málo zpracovatelských technologií, kde není možné odpady tímto postupem zpracovat. Příkladem může být výroba vícevrstvé fólie nebo jiných kompozitních výrobků, ve kterých je pro správnou funkci neoddělitelně spojeno více různých materiálů.
B. Sekundární mechanická recyklace
Pod sekundární mechanickou recyklací plastového odpadu rozumíme proces, ve kterém se získá materiál nebo výrobek, jehož vlastnosti jsou odlišné od původního materiálu nebo výrobku. Postup lze využít při zpracování některých typů směsných plastových odpadů, kompozitních výrobků a méně kvalitních průmyslových a technologických plastových odpadů.
Výrobky z PVC, které obsahují i jiné materiály a nelze je oddělit (kompozitní výrobky), lze recyklovat na takové produkty, kde směsné složení není problémem. V některých zemích EU byly zavedeny recyklační systémy např. pro kabelky, z nich se vyrábějí průmyslové podlahoviny, nebo koženku používanou k výrobě kobercových podkladů.
C. Fyzikální postupy
Fyzikální postupy založené například na rozpouštění se používají v případech, kdy je plastový odpad znečištěný cizorodými těžko odstranitelnými příměsemi, nebo jde o směsné plastové odpady s příměsemi plastů, které nelze odstranit běžnými jednoduchými postupy např. oddělování PVC a PET od PE a PS tříděním podle hustoty ve vodném roztoku.
Pro recyklaci některých typů PVC odpadů byl vyvinut postup VinyLoop, který využívá rozpouštědla k izolaci PVC od mědi, vláken a jiných polymerů. Technologie spočívá v rozpouštění PVC ve vhodném rozpouštědle (methylethylketonu), následně oddělení cizorodých příměsí z roztoků filtrací, vysrážení pročištěného PVC vodní párou a regeneraci použitého rozpouštědla. Takový recyklát je pak vhodný pro další zpracování. Struktura granulátu je vhodná pro zpracování válcováním, vytlačováním a vstřikováním. Získaný recyklát je vhodný pro tmavě šedé nebo černé výrobky.
Chemická recyklace
Chemická recyklace plastových odpadů využívá technologické postupy, při nichž probíhají chemické reakce. V průběhu procesu chemické recyklace jsou plastové odpady podrobovány působení zvýšené teploty, a to buď v přítomnosti, či nepřítomnosti kyslíku, případně za přídavku vodíku. Makromolekulární látky se štěpí na nízkomolekulární sloučeniny s jednoduššími řetězci často podobné ropným frakcím. Tepelné krakování plastového odpadu se provádí hydrogenací, pyrolýzou nebo zplyňováním. Získané uhlovodíky jsou nejčastěji využívány jako surovina v petrochemickém průmyslu. Z tohoto důvodu jsou směsné plastové odpady nejdříve upravovány. Tato úprava spočívá ve vytřídění a rozředění odpadů s vyšším obsahem chloru a odpady s nižším nebo nulovým obsahem chloru.
Další možnost je tepelné odstranění halogenů před vlastním zpracováním pyrolýzou v kapalné fázi. Vznikající chlorovodík bývá neutralizován nebo průmyslově využit. Chemická recyklace odpadů s dominující složkou PVC je určena především k zpětnému získání chlorovodíku a uhlovodíku. Vznikající uhlovodíky jsou využity buď jako chemická surovina, nebo energetické palivo.
Recyklace směsného plastového odpadu
Pro účinné zpracování jsou vhodné technologie intruze, tzv. vtlačování do formy. Vyrábějí se takto tlustostěnné výrobky jako tyče, desky a profily, z nichž se vyrábějí hotové výrobky. Podmínkou takového zpracování je, aby měla vsázka požadované složení, zejména složku, která je schopna se roztavit a zajistit, aby se materiál spojil. Tavení zajišťuje PE, jehož musí být minimálně 65 %. Ve sazebně jsou přístupné pouze malá množství PVC a také PET (do 5 %), který má vysoký bod tání.
Recyklace jedno druhových plastových odpadů
Polyethylen: Často stačí PE odpad nadrtíme na drť, kterou lze znovu zpracovávat na běžných vstřikovacích strojích pro nové výrobky. Z foliového PE odpadu se většinou vyrábí regranulát, který se používá hlavně na technicky méně náročné výrobky.
Polypropylen: Zpracovává se podobně jako PE, jeho zastoupení v odpadech však bývá ve srovnání s PE několikanásobně níže. V některých případech se zpracovává nejen čistý PP regranulát, ale i směsný PE / PP regranulát.
Polystyren: Pěnový PS je dobře rozeznatelný od jiných plastových odpadů, recykluje se většinou na technické výrobky, např. panely na zateplování. Plný polystyren je zpracovatelný na regranulát.
Polyvinylchlorid: V současnosti se zhruba 50 % PVC odpadních plastů recykluje na zajímavé produkty jako jsou trubky, okna, podlahoviny, střešní krytiny, kabely. Odpad z trubek se mele na částice se zrnitostí okolo
Firma SOLVAY vyvinula rozpouštědlový postup VinyLoop, kde se na izolaci PVC polymeru využívá rozpouštědlo, ve kterém se tento polymer rozpustí a cizorodé příměsi se odstraní filtrací. PVC se následně vysráží a rozpouštědlo se regeneruje. Vyvinuté jsou také procesy chemické recyklace, při nichž se získává chlorovodík a uhlovodíky, které mohou využít jako chemické suroviny nebo energetické palivo.
PET: Základní surovinou nejrozšířenějších plastových lahví je polyetylentereftalát, který je nejrozšířenějším polymerem z polyesterových polymerů. Polyesterové láhve jsou hygienicky neškodné. Pro recyklaci PET lahví lze využít následující způsoby:
- mechanický - výsledným produktem jsou vločky, které se používají na výrobu vláken,
- termický - používá se tam, kde nelze použít vločky na vlákna. Nejdříve se přetaví a připraví se z nich granulát,
- chemický - při tomto způsobu se polyetylenftalát chemickým způsobem rozloží až na výchozí monomery. Může se to provést několika způsoby, a to: rozkladem methanolem, rozkladem ethylenglykolem, rozkladem hydroxidem sodným apod.
Z materiálově recyklovaného PET se největší podíl v současnosti uplatňuje ve výrobě vláken. Dále se používá k výrobě fólií, nepotravinářských dutých obalů, konstrukčních prvků, vázacích pásek atd. Aktuální trendy směřují k používání recyklovaného PET opět na výrobu potravinářských obalů na přímý styk s potravinami. Jde o tzv. Stehningův proces v uzavřeném cyklu ,,bottle-to-bottle“. Vyvinuté jsou i metody chemické recyklace PET založené na hydrolytické degradaci za vzniku monomerů kyseliny tereftalové a ethylenglykolu, z nichž lze esterifikací získat opět nový polymer. Výtěžek procesu je téměř 90 %. Chemickou recyklaci lze považovat za perspektivní technologii zhodnocení odpadního PET.
Recyklace plastového odpadu z výroby
Při výrobě může vznikat poměrně velké množství plastového odpadu. Výrobní plastový odpad představuje v drtivé většině jednodruhový plast bez mechanických nečistot jako:
- zmetky výrobků,
- výtoky z vytlačovacích trysek,
- vtokové soustavy ze vstrekolisovách forem,
- odřezky fólií - volně ukládané nebo v kotoučích.
Vzhledem k poměrně vysoké čistotě plastového odpadu je jejich materiálové zhodnocení technologicky jednodušší. Zpravidla se používá čistý vytříděný kusový plast ve formě drtě se zrnitostí 4 až
Využití plastových recyklátů
Recyklované plasty mohou být použitelné v oblasti výstavby dálnic a v železniční dopravě. V současnosti jsou rozpracovány i další možnosti využití plastových odpadů a to hlavně pro výrobu nosných sloupků pro dopravní značky, sněhové zábrany, výbavu odpočívadel a parkovišť jako jsou stoly, lavice, popelnice, protihlukové bariéry apod.
Další návrhy směřují pro aplikace směsných plastových odpadů na profily pro výztuhu a ochranu podzemních chodeb. Ačkoliv aplikace je původně určena pro oblast hornictví, může se najít uplatnění i při budování tunelů a průzkumných chodeb.
Získávání energie z plastů
Odpadní plasty, které se nedají transformovat přes klasické recyklační postupy, je možné zhodnotit alespoň energeticky. Spalování odpadních plastů s cílem získat energii, která by jinak musela být získána z jiných neobnovitelných zdrojů, můžeme též tedy považovat za druh recyklačního procesu. Plasty jsou snadno spalitelné běžně při teplotách kolem 900° C a mají ve srovnání s ostatními palivy vysoký energetický obsah.
Díky poměrně vysokým hodnotám výhřevnosti polymerů (PE 43,3 MJ/kg; PP 44 MJ/kg; PVC 18-26 MJ/kg; PS 44 MJ/kg; PET 23MJ/kg; PA 30 MJ/kg) lze odpad z plastů využívat jako hodnotné zdroje energie
Energetické využití se uplatní hlavně v cementářských pecích, železárnách a ve speciálních spalovnách organického odpadu vybavených čističi spalin.
Spalování PVC
PVC má podobnou výhřevnost jako dřevo či papír, ale produkuje podstatně méně oxidu uhličitého na 1kg materiálu, který vzniká při spalování klasických materiálů, jako jsou olej, dřevo nebo uhlí.
Významný je však výskyt chlóru a vznik sloučenin chlóru a dioxinů jako zplodin hoření při spalování. Podíl chlorovodíku z odpadního PVC ve spalovnách tvoří zhruba 40 – 60 %, což je významné pro ohrožení zdraví obyvatelstva a životního prostředí. Při spalování sloučenin obsahujících chlor mohou vznikat dioxiny. Moderní spalovny odpadů musí mít vybudovanou vysokoteplotní sekci, která vznik dioxinů minimalizuje, případně zachycuje v tzv. třetím stupni čištění spalin.
Třídění plastového odpadu
Obecně jsou technologie materiálového využití plastového odpadu založeny na vyčištění odpadu od mechanických nečistot tzv. praním, odseparováním nežádoucích příměsí, oddělení jednotlivých druhů plastu obsažených v odpadech, vysušení materiálu a v následném zhodnocení ve formě plastového polotovaru určeného k výrobě nových výrobků. Všechny tyto operace seřazeny do technologické separační linky vyžadují, aby do nich vstupoval vytříděný plastový odpad. Třídicí dopravníkový pás má v procesu materiálového využití plastových odpadů nezastupitelné postavení pro mechanické oddělení jednotlivých složek odpadu, rozdělení odpadů a homogenizování velikosti částic odpadu. Rozhodující separační povinnosti má lidský činitel.
Hospodářský význam hospodaření s odpadními plasty a jejich využití jako druhotných surovin spočívá zejména v obohacování domácí surovinové základny. Stupeň využitelnosti druhotných surovin a jejich podíl na celkové produkci je zároveň významným měřítkem průmyslové, technické a vědeckovýzkumné vyspělosti země. Recyklace odpadů je jednou z cest vedoucích nejen k řešení surovinového problému, ale také k účinnému snižování nežádoucího zatížení životního prostředí problémovými látkami. Interesantním příspěvkem bude určitě produkce „krátce trvajících“ plastů se sebedegradací po použití. První plastové nákupní tašky s krátkou životností již začaly používat některé obchodní řetězce.
Doc. Ivan Janoško, CSc., TF SPU v Nitře
Celý článek je uveřejněn v čísle 2/2011 časopisu Komunální technika.
