Переработка пластмасс

Переработка пластмасс - это переработка пластиковых отходов в новые продукты. При правильном выполнении это может снизить зависимость от свалок, сохранить ресурсы и защитить окружающую среду от загрязнения пластиком и выбросов парниковых газов. Хотя показатели переработки растут, они отстают от показателей других перерабатываемых материалов, таких как алюминий, стекло и бумага. С начала производства пластмасс в 20 веке до 2015 года в мире было произведено около 6,3 миллиарда тонн пластиковых отходов, только 9% из которых были переработаны, и только ~ 1% перерабатывалось более одного раза. Кроме того, 12% было сожжено, а остальные 79% были выброшены на свалку или в окружающую среду, включая море.

Переработка необходима, потому что почти весь пластик не поддается биологическому разложению и, таким образом, накапливается в окружающей среде, где он может нанести вред. Например, около 8 миллионов тонн пластиковых отходов ежегодно попадают в океаны Земли, нанося ущерб водной экосистеме и образуя большие океанические мусорные пятна.

В настоящее время почти вся переработка осуществляется путем переплавки и переработки использованного пластика в новые изделия; так называемая механическая переработка. Это может привести к разложению полимера на химическом уровне, а также требует сортировки отходов как по цвету, так и по типу полимера перед переработкой, что является сложным и дорогостоящим. Сбои в этом могут привести к получению материала с противоречивыми свойствами, что делает его непривлекательным для промышленности. При альтернативном подходе, известном как переработка исходного сырья, отходы пластика превращаются обратно в исходные химикаты, которые затем могут быть переработаны обратно в свежий пластик. Это дает надежду на большую переработку, но страдает от более высоких энергетических и капитальных затрат. Отходы пластика также можно сжигать вместо ископаемого топлива в рамках рекуперации энергии. Это спорная практика, но, тем не менее, она проводится в больших масштабах. В некоторых странах это доминирующая форма утилизации пластиковых отходов, особенно там, где действует политика отвода отходов на свалки.

Переработка пластмасс занимает довольно низкое место в иерархии отходов как средство сокращения пластиковых отходов. Ее пропагандировали с начала 1970-х годов[11], но из-за серьезных экономических и технических проблем она не оказывала сколько-нибудь значительного воздействия на пластиковые отходы до конца 1980-х годов. Индустрия пластмасс подвергалась критике за лоббирование расширения программ утилизации, даже несмотря на то, что отраслевые исследования показали, что большая часть пластика не может быть экономически переработана, и одновременно увеличивается количество первичного пластика или пластика, который не был переработан., производится.

История

Хотя пластмассы были известны до 20-го века, крупномасштабное производство не было реализовано до Второй мировой войны. С учетом поставок металла, предназначенных для использования в военных целях, и возросшего спроса на высокоэффективные материалы эти до сих пор непроверенные синтетические альтернативы стали привлекательными. Нейлон заменил шелк в парашютах, в то время как плексиглас был легкой альтернативой стеклу в самолетах. После войны эти процессы были быстро коммерциализированы, и примерно с 1950 года началась эра пластика, чему во многом способствовал послевоенный экономический бум.

Глобальные экологические движения в 1960-х и 1970-х годах привели к созданию природоохранных агентств во многих юрисдикциях, включая США (EPA, 1970), ЕС (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ директор ENV, 1973), Австралию (EPA, 1971) и Японию (JEA, 1971).). В этой атмосфере экологического сознания пластиковые отходы стали объектом пристального внимания. Самым ранним важным шагом по борьбе с загрязнением пластиком, возможно, было соглашение МАРПОЛ 1973 и 1978 годов, Приложение V которого полностью запрещало сброс пластмасс в океан.

Лоббирование пластмассовой промышленности

По мере того, как росла угроза усиления регулирования со стороны экологического движения, индустрия пластмасс отреагировала лоббированием своих деловых интересов. В США Закон о восстановлении ресурсов, принятый в 1970 году, направил нацию на переработку и восстановление энергии. К 1976 году было предпринято более тысячи попыток принять законодательство, запрещающее или облагающее налогом упаковку, в том числе пластиковую.[15]Индустрия пластмасс отреагировала лоббированием переработки пластика. Это включало в себя кампанию стоимостью 50 миллионов долларов в год через такие организации, как Keep America Beautiful с сообщением о том, что пластик может и будет перерабатываться, , а также лоббирование создания коллекций вторичной переработки на обочине.

Однако лидеры нефтехимической промышленности понимали, что пластик нельзя экономично перерабатывать с использованием технологий того времени. Например, в апрельском отчете 1973 года, написанном промышленными учеными для industry executive, говорится, что "Устаревшие продукты не восстанавливаются" и что "ухудшение свойств и характеристик смолы происходит во время первоначального изготовления, в результате старения и в любом процессе утилизации". В отчете сделан вывод, что сортировка пластика "неосуществима". Научное сообщество также знало об этом, в современных отчетах подчеркивались многочисленные технические барьеры.

Во всем мире пластиковые отходы почти полностью утилизировались на свалках до начала 1980-х годов, когда темпы сжигания возросли. Хотя была известна более совершенная технология, на этих ранних мусоросжигательных заводах часто отсутствовали усовершенствованные камеры сгорания или системы контроля выбросов, что приводило к выделению диоксинов и диоксиноподобных соединений.Замена или модернизация этих установок на более чистые с утилизацией отходов в энергию была постепенной.

Переработка пластика началась всерьез только в конце 1980-х годов. В 1988 году Американское общество пластмассовой промышленности создало Совет по решениям для твердых отходов как торговую ассоциацию, чтобы донести идею переработки пластмасс до общественности. Ассоциация лоббировала американские муниципалитеты с целью запуска или расширения программ сбора пластиковых отходов и лоббировать штаты США, требуя маркировки пластиковых контейнеров и продуктов символами переработки. Это совпало с введением в 1988 году кодов идентификации полимеров, которые обеспечивали стандартную систему идентификации различных типов полимеров на предприятиях по переработке материалов, где сортировка пластика по-прежнему в основном выполнялась вручную.

Глобальная торговля переработкой

Растущая глобализация в 1990-х годах позволила экспортировать пластиковые отходы из стран с развитой экономикой в развивающиеся страны и страны со средним уровнем дохода, где их можно было сортировать и перерабатывать дешевле. Это стало частью растущей глобальной торговли отходами, в результате которой ежегодная торговля пластиковыми отходами быстро росла с 1993 года.

Многие правительства считают предметы переработанными, если они были экспортированы с этой целью, однако такая практика обвиняется в экологическом демпинге, поскольку законы об охране окружающей среды и их соблюдение, как правило, слабее в менее развитых странах, и с экспортируемыми пластиковыми отходами можно обращаться неправильно, что позволяет им попадать в окружающую среду в виде пластикового загрязнения. К 2016 году было экспортировано около 14 тонн всех пластиковых отходов, предназначенных для вторичной переработки, причем около половины из них (7,35 млн тонн) приходится на Китай. Однако большая часть этого была некачественным смешанным пластиком, который было трудно сортировать и перерабатывать, и в конечном итоге он накапливался на свалках и в переработчиках или выбрасывался. Переработанный пластик широко использовался в производстве в Китае, а импортируемые пластиковые отходы перерабатывались преимущественно в неформальном секторе, который предоставлял услуги по переработке с использованием низких технологий. Страны с высоким уровнем дохода, такие как Германия, Япония, Соединенное Королевство и Соединенные Штаты, были ведущими экспортерами пластиковых отходов.

В 2017 году Китай начал ограничивать импорт пластмассовых отходов в рамках операции "Национальный меч". Европа и Северная Америка страдали от чрезмерного скопления отходов, и отходы пластика в конечном итоге экспортировались в другие страны, в основном в Юго-Восточной Азии, такие как Вьетнам и Малайзия, а также в такие страны, как Турция и Индия, с менее строгими экологическими нормами. Правительства, в том числе Индонезии, Малайзии и Таиланда, быстро отреагировали на сокращение незаконного импорта пластиковых отходов, усилив пограничный контроль. В связи с усилением контроля за импортом происходит репатриация нелегальных контейнеров, хотя это остается долгим и сложным процессом. Следовательно, контейнеры для пластиковых отходов накапливались в портах Юго-Восточной Азии.

Поскольку глобальная торговля отходами становится все более сложной, внимание вернулось к решениям на местном уровне. Были предложены схемы расширенной ответственности производителей, которые будут облагать налогом производителей пластика, чтобы субсидировать переработчиков.

В 2019 году международная торговля пластиковыми отходами стала регулироваться в соответствии с Базельской конвенцией. В соответствии с Конвенцией любая Сторона может принять решение о запрете импорта опасных пластиковых отходов, а с 1 января 2021 года - некоторых смешанных пластиковых отходов. Стороны Конвенции обязаны принимать меры для обеспечения экологически обоснованного обращения со своими отходами либо через альтернативных импортеров, либо путем увеличения собственных мощностей.

Пандемия COVID-19 временно сократила мировую торговлю пластиковыми отходами, в том числе из-за снижения активности на объектах по переработке отходов, перебоев в доставке и низких цен на нефть, которые снизили стоимость первичного пластика и сделали переработку пластика менее прибыльной.

Нормы производства и переработки

Глобальное количество пластика, производимого и утилизируемого ежегодно (1950-2015 гг.), с указанием предполагаемых объемов, утилизируемых путем захоронения на свалках, переработки и сжигания.

Общее количество пластика, когда-либо произведенного во всем мире, до 2015 года оценивается в 8,3 миллиарда тонн. Приблизительно 6,3 миллиарда тонн этого количества было выброшено как отходы, из которых около 79% скопилось на свалках или в окружающей среде, 12% было сожжено, а 9% было переработано, хотя только ~ 1% всего пластика когда-либо перерабатывался более одного раза.

К 2015 году мировое производство достигло примерно 381 тонны в год, что превышает совокупный вес каждого человека на Земле.Уровень переработки в том году составил 19,5%, при этом 25,5% было сожжено, а остальные 55% утилизированы, в основном на свалку. Эти показатели значительно отстают от показателей других вторсырья, таких как бумага, металл и стекло. Несмотря на то, что процент материала, подлежащего вторичной переработке или сжиганию, увеличивается с каждым годом, тоннаж оставшихся отходов также продолжает расти. Это связано с тем, что мировое производство пластика продолжает расти год от года. При отсутствии контроля производство может достичь ~ 800 тонн в год к 2040 году, хотя реализация всех возможных мер может снизить загрязнение пластиком на 40% по сравнению с показателями 2016 года.

Внимание к средним мировым показателям может скрыть тот факт, что показатели переработки также различаются в зависимости от типа пластика. Широко используются несколько типов, каждый из которых обладает различными химическими и физическими свойствами. Это приводит к различиям в легкости, с которой они могут быть отсортированы и переработаны; что влияет на стоимость и размер рынка для восстановленных материалов. ПЭТ и ПЭНД имеют самые высокие показатели переработки, в то время как полистирол и полиуретан часто почти не перерабатываются вообще.

Одной из причин низкого уровня переработки пластмасс является слабый спрос со стороны производителей, которые опасаются, что переработанные пластмассы будут иметь плохие или несовместимые механические свойства.Процент пластика, который может быть полностью переработан, а не переработан или отправлен в отходы, может быть увеличен, если производители упакованных товаров сведут к минимуму смешивание упаковочных материалов и устранят загрязняющие вещества. Ассоциация переработчиков пластмасс выпустила "Руководство по проектированию для вторичной переработки".

Наиболее часто производимые пластиковые потребительские товары включают упаковку из полиэтилена низкой плотности (например, пакеты, контейнеры, пищевая упаковочная пленка), контейнеры из полиэтилена высокой плотности (например, бутылки из-под молока, бутылки из-под шампуня, стаканчики для мороженого) и ПЭТ (например, бутылки для воды и других напитков). В совокупности на эти продукты приходится около 36% использования пластмасс в мире. Большинство из них (например, одноразовые стаканчики, тарелки, столовые приборы, контейнеры для еды на вынос, пакеты для переноски) используются недолго, многие менее суток. Использование пластмасс в строительстве, текстильной промышленности, транспорте и электрооборудовании также составляет значительную долю рынка пластмасс. Пластиковые изделия, используемые для таких целей, как правило, имеют более длительный срок службы, чем, например, пластиковая упаковка. Они могут использоваться в течение периодов от примерно пяти лет (например, текстиль и электрооборудование) до более 20 лет (например, строительные материалы, промышленное оборудование).

Региональные данные

Потребление пластика в разных странах и сообществах различается, и та или иная форма пластика проникла в жизнь большинства людей. На страны Северной Америки (НАФТА) приходится 21% мирового потребления пластика, за ними следуют Китай (20%) и Западная Европа (18%). В Северной Америке и Европе наблюдается высокое потребление пластика на душу населения (94 кг и 85 кг на душу населения в год соответственно). В Китае потребление на душу населения ниже (58 кг на душу населения в год), но потребление по всей стране высокое из-за его большого населения.

В 2012 году в Европейском союзе было собрано 25,2 тонны пластиковых отходов после потребления. Из них более 60% (15,6 тонн) было восстановлено, а 40% (9,6 тонн) было утилизировано вместе с твердыми бытовыми отходами (ТБО). Из 15,6 тонн переработанных пластиковых отходов около 6,6 тонн было фактически переработано, в то время как остальная часть, вероятно, использовалась в качестве топлива для переработки отходов (RDF) или сжигалась в установках для сжигания ТБО с рекуперацией энергии (около 9 тонн). Хотя Европу можно считать лидером по переработке пластмасс, только около 26% пластиковых отходов перерабатывается.

Деятельность по переработке пластмассовых отходов крупнейших производителей оказывает наибольшее влияние на глобальные средние показатели. Это смесь стран с развитой экономикой и крупных развивающихся стран, однако не все из них публикуют официальную статистику по уровню переработки пластика. Другие могут публиковать частичные данные, обычно ограничиваясь населенными пунктами. Это затрудняет проведение точных сравнений, тем более что опубликованные показатели переработки сильно различаются между странами.

12 крупнейших производителей пластиковых отходов (+ ЕС) и их показатели переработки в 2010 году

Страна	Количество пластиковых отходов в год (тонн)	Отходы на человека в день (кг)	Вторичное сырье	Сжигание (с рекуперацией энергии)	Захоронение на свалке (и сжигание без рекуперации энергии)	Комментарии
Китай	59.08	0.12	-	-	-	Официальной статистики нет
Соединенные Штаты	37.83	0.34	8%	14%	78%	Источник: EPA
Всего в ЕС*	24.7	0.15	24%	34%	42%
Германия	14.48	0.48	33%	65%	2%
Бразилия	11.85	0.17	-	-	-	Официальной статистики нет
Япония	7.99	0.17	27%	49%	24%
Пакистан	6.41	0.10	-	-	-	Официальной статистики нет
Нигерия	5.96	0.10	12%	0%	88%	Расчетные значения
Россия	5.84	0.11	6%	0%	94%	Оценки Всемирного банка (2013)
Турция	5.60	0.21	5%	0%	95%	Расчетные значения
Египет	5.46	0.18	-	-	-	Официальной статистики нет
Индонезия	5.05	0.06	19%	0%	81%	Расчетные значения
Великобритания	4.93	0.21	23%	8%	69%
Испания	4.71	0.28	23%	17%	60%
Франция	4.56	0.19	18%	40%	42%
Индия	4.49	0.01	42%	18%	40%	Расчетные значения
Остальной мир	60.76	-	-	-	-	Официальной статистики нет
Всего в мире	245.00	0.10	16%	22%	62%

• Хотя формально это не страна, законодательство, касающееся переработки, часто принимается на уровне ЕС

Идентификационные коды

Глобальное образование пластиковых отходов в зависимости от типа полимера. Цвета указывают на пригодность для вторичной переработки: Синий цвет широко используется для вторичной переработки Желтый цвет иногда перерабатывается Красный цвет обычно не перерабатывается

Основная статья: Идентификационный код смолы

На многих пластиковых изделиях нанесены символы, указывающие на тип полимера, из которого они изготовлены. Эти идентификационные коды смолы, часто сокращенно RICs, используются на международном уровне и были первоначально разработаны в 1988 году Обществом пластмассовой промышленности (ныне Ассоциация пластмассовой промышленности) в Соединенных Штатах, но с 2008 года находятся в ведении Международной организации по стандартизации ASTM International.

RICS не являются обязательными во всех странах, но многие производители добровольно маркируют свою продукцию. Более половины штатов США приняли законы, которые требуют, чтобы изделия из пластика были идентифицируемыми.[45]Всего существует семь кодов, шесть для наиболее распространенных видов пластмасс и один универсальный для всего остального. ЕС поддерживает аналогичный список из девяти кодов, который также включает АБС и полиамиды.]RIC явно основаны на символе переработки и вызвали критику за то, что они вводят потребителей в заблуждение, поскольку подразумевают, что товар всегда будет пригоден для вторичной переработки, хотя это не обязательно так.

RIC не особенно важны для однопоточной переработки, поскольку эти операции все чаще автоматизируются. Тем не менее, в некоторых странах граждане обязаны разделять свои пластиковые отходы в соответствии с типом полимера перед сбором мусора, и для этого RIC очень полезны. Например, в Японии ПЭТ-бутылки собираются отдельно для переработки.

Текст подписи

Идентификационный код пластика	Тип пластикового полимера	Свойства	Общие области применения	Температуры плавления и стеклования (°C)	Модуль Юнга (средний балл)
	Полиэтилентерефталат (ПЭТ)	Прозрачность, прочность, ударопрочность, барьер для газа и влаги	Бутылки для безалкогольных напитков, воды и заправки для салатов; банки из-под арахисового масла и джема; крышки для рожков мороженого; мелкая непромышленная электроника	Tm = 250; Tg = 76	2–2.7
	Полиэтилен высокой плотности (HDPE)	Жесткость, прочность, ударная вязкость, барьер для газа и влаги	Водопроводные трубы, газовые и пожарные трубопроводы, электрические и коммуникационные трубопроводы, пятигаллоновые ведра, бутылки из-под молока, сока и воды, пакеты для продуктов, несколько бутылок из-под туалетных принадлежностей	Tm = 130; Tg = -125	0.8
	Поливинилхлорид (ПВХ)	Универсальность, простота смешивания, прочность, ударопрочность.	Стретч-пленка для непродовольственных товаров, иногда блистерная упаковка. Неупаковка используется для изоляции электрических кабелей, жестких трубопроводов и виниловых пластинок.	Tm = 240;Tg = 85	2.4–4.1
	Полиэтилен низкой плотности (LDPE)	Простота обработки; прочность; гибкость; простота герметизации; влагозащитный барьер.	Пакеты для замороженных продуктов; сжимаемые бутылки, например, для меда, горчицы; пищевые пленки; гибкие крышки для контейнеров	Tm = 120;Tg = -125	0.17–0.28
	Полипропилен (ПП)	Прочность; устойчивость к воздействию тепла, химикатов, жира и масла; влагозащитный барьер.	Многоразовая посуда для микроволновой печи или контейнеры на вынос; кухонные принадлежности; контейнеры для йогурта или маргарина; одноразовые стаканчики и тарелки; крышки для бутылок с безалкогольными напитками.	Tm = 173;Tg = -10	1.5–2
	Полистирол (PS)	Универсальность, прозрачность, легко формуется, легко вспенивается	Коробки из-под яиц; одноразовые стаканчики, тарелки, подносы и столовые приборы; пищевые контейнеры из пенопласта; упаковка арахиса и подкладка для упаковки;	Tm = 240 (только изотактический); Tg = 100 (атактический и изотактический)	3–3.5
	Другие (часто из поликарбоната или АБС)	Зависит от полимеров или комбинации полимеров	Бутылки для напитков, бутылочки для детского молока. Поликарбонат используется без упаковки: компакт-диски, "небьющееся" остекление, корпуса электронных устройств, линзы (включая солнцезащитные очки), приборные панели.	Поликарбонат: T m = 225 Tg = 145;	Поликарбонат: 2,6; АБС-пластик: 2,3

Состав пластиковых отходов

Пластиковые отходы состоят из различных типов полимеров, их точный состав может варьироваться, но ниже приведены средние оценки по всему миру. Полиолефины составляют почти 50% всех пластиковых отходов, и более 90% отходов состоит из термоуплотняющихся полимеров, которые можно переплавлять.

Глобальные пластиковые отходы по видам полимеров (2018)

Полимер	Производство отходов (тонн)	Процент от всех пластиковых отходов	Тип полимера	Термический характер
Полиэтилен высокой плотности (HDPE)	64	19.8%	Полиолефин	Термопластик
Полиэтилен низкой плотности (LDPE)	45	13.9%	Полиолефин	Термопластик
полипропилен (ПП)	62	19.1%	Полиолефин	Термопластик
Полистирол (PS)	19	5.9%	Ненасыщенный полиолефин	Термопластик
Поливинилхлорид (ПВХ)	17	5.3%	Галогенированный	Термопластик
Полиэтилентерефталат (ПЭТ)	35	10.8%	Конденсат	Термопластик
Полиуретан (PUR)	18	5.6%	Конденсат	Термореактивный
Полипропиленовые и А-волокна	51	15.7%	Конденсат	Термопластик
Все остальные	12	3.7%	Различные	Различается
Всего (без учета добавок)	324	100%	-	-

Caption

Сбор и сортировка

Переработка начинается со сбора и сортировки отходов. Сбор на обочине осуществляется во многих округах, при этом собранные материалы отправляются на завод по переработке материалов или на завод по переработке отходов, где пластик отделяется, очищается и сортируется для продажи. Все, что не считается пригодным для переработки, затем отправляется на свалку или сжигание. На эти операции приходится значительная доля финансовых и энергетических затрат, связанных с переработкой.

Сортировка пластика сложнее, чем любого другого перерабатываемого материала, потому что он выпускается в более широком диапазоне форм. Например, стекло разделяется на три потока (прозрачный, зеленый и янтарный), металлы обычно представляют собой сталь или алюминий и могут быть разделены с помощью магнитов или вихретоковых сепараторов, а бумага обычно сортируется в один поток. Для сравнения, около шести видов товарных полимеров составляют около 75% отходов пластмасс, а остальные 25% состоят из множества типов полимеров, включая полиуретаны и синтетические волокна, которые могут иметь различные химические структуры. Различные полимеры, как правило, несовместимы друг с другом при вторичной переработке, но даже изделия, изготовленные из одного и того же типа полимера, могут быть несовместимы в зависимости от того, какие добавки они содержат. Добавки - это соединения, добавляемые в пластмассы для повышения производительности и включающие стабилизаторы, наполнители и, что наиболее важно, красители.Прозрачные пластмассы имеют наибольшую ценность, поскольку они еще могут быть окрашены, в то время как черный или сильно окрашенный пластик гораздо менее ценен, поскольку их включение может привести к обесцвечиванию продуктов. Таким образом, пластик обычно необходимо сортировать как по типу полимера, так и по цвету, чтобы получить материал, пригодный для переработки.

Для сортировки пластика были разработаны различные подходы и технологии, которые можно комбинировать по-разному. Поскольку различные типы полимеров могут быть несовместимы друг с другом, необходима точная сортировка, хотя на практике ни один подход не является эффективным на 100%.Поэтому точность сортировки варьируется в зависимости от перерабатывающих предприятий, создавая рынок, на котором продукты часто недостаточно стандартизированы. Это несоответствие качества может служить препятствием для переработки. Биопластики и биоразлагаемые пластмассы в настоящее время составляют лишь небольшую долю бытовых отходов, но их растущая популярность может еще больше усложнить сортировку пластиковых отходов.

Разделение вручную

Ручная сортировка отходов - самый старый и простой способ отделения пластика. В развивающихся странах это могут делать сборщики отходов, в то время как в центре переработки работники собирают предметы с конвейерной ленты. Это требует низкого уровня технологий и инвестиций, но может иметь высокие относительные эксплуатационные расходы из-за необходимости в большой рабочей силе. Хотя многие пластиковые изделия имеют идентификационные коды, у работников редко есть время на их поиск, поэтому возникают проблемы неэффективности и непоследовательности процесса сортировки. Несмотря на это, даже на современных предприятиях используются ручные подборщики для устранения неполадок и исправления ошибок сортировки по оборудованию. Во всем мире процесс сосредоточен на тех материалах, которые являются наиболее ценными, таких как прозрачные ПЭТ-бутылки, при этом значительное количество отходов продолжает отправляться на свалку. Условия труда могут быть антисанитарными.

Разделение по плотности

Плотность пластика

Тип пластика	Плотность (г/см3)
Поливинилхлорид	1.38-1.41
Полиэтилентерефталат	1.38-1.41
Полистирол	1.04-1.08
Полиэтилен высокой плотности	0.94-0.98
Полиэтилен низкой плотности	0.89–0.93
Полипропилен	0.85-0.92
Пенополистирол	0.01-0.04

Пластмассы можно разделить, используя различия в их плотности. При таком подходе пластик сначала измельчается в хлопья одинакового размера, промывается и подвергается гравитационному разделению. Это может быть достигнуто либо с помощью воздушного классификатора, либо гидроциклона, либо методом мокрого погружения.[70]Эти подходы допускают только частичную сортировку, поскольку некоторые полимеры имеют аналогичные диапазоны плотности. Полипропилен (PP) и полиэтилен (PE) останутся вместе, как и полиэтилентерефталат (ПЭТ), полистирол (PS) и ПВХ. Кроме того, если пластик содержит высокий процент наполнителей, это может повлиять на его плотность. Более легкая фракция PP и PE известна как смешанный полиолефин (MPO) и может продаваться как малоценный продукт, более тяжелая фракция смешанных пластмасс обычно не подлежит переработке.

Электростатическое разделение

Основная статья: электростатический сепаратор В электростатических сепараторах трибоэлектрический эффект используется для электрического заряда пластиковых частиц; при этом разные полимеры заряжаются в разной степени. Затем они пропускаются через приложенное электрическое поле, которое отклоняет их в зависимости от их заряда, направляя в соответствующие коллекторы. Как и при разделении по плотности, частицы должны быть сухими, иметь близкое распределение по размерам и быть однородными по форме. Электростатическое разделение может дополнять разделение по плотности, позволяя полностью разделить полимеры, однако они все равно будут смешанных цветов.

Разделение на основе датчиков

Основная статья: Сортировка на основе датчиков Этот подход может быть полностью автоматизирован и включает в себя различные типы датчиков, подключенных к компьютеру, который анализирует предметы и направляет их в соответствующие лотки или ленты. Спектроскопия ближнего инфракрасного диапазона может использоваться для различения типов полимеров, хотя она может бороться с черными или сильно окрашенными пластмассами, а также композитными материалами, такими как бумага с пластиковым покрытием и многослойная упаковка, которые могут давать неверные показания. Оптическая сортировка, такая как сортировщики цветов или гиперспектральная визуализация, может затем дополнительно упорядочить пластмассы по цвету. Разделение на основе датчиков обходится дороже в установке, но имеет наилучшие показатели восстановления и позволяет получать более качественные продукты.

Утиль пластмасс

Пластиковые отходы можно в целом разделить на две категории: промышленный лом (иногда называемый постиндустриальной смолой) и отходы после потребления. Отходы образуются в процессе производства пластмассовых изделий и обычно обрабатываются совершенно иначе, чем отходы после потребления. Это может включать в себя обрезки, обрезки, литники и отходы. Поскольку он собирается на месте производства, он будет чистым, из материала известного типа и сорта и, как правило, высокого качества и ценности. Поскольку металлолом в основном передается от компании к компании, а не через муниципальные предприятия, он часто не включается в официальную статистику.

Механическая переработка

Совместимость полимеров

Большая часть пластиковых отходов состоит из термоуплотняющихся полимеров, которые могут быть повторно расплавлены и преобразованы в новые изделия в процессе, известном как механическая переработка. Во всем мире это, безусловно, самая распространенная форма переработки, и во многих странах это фактически единственный практикуемый вид. Это преобладание связано с тем, что это самая простая и экономичная форма переработки, в дополнение к тому, что она имеет меньший углеродный след, чем большинство других процессов. Однако несколько факторов могут привести к снижению качества полимера при его переработке таким образом, что ограничивает его применимость и эффективность.Таким образом, пределы механической переработки на практике часто совпадают с текущими пределами переработки пластмасс в целом.

Пластмассы перерабатываются при температуре от 150 до 320 ° C (300-610 ° F), в зависимости от типа полимера, и этого достаточно, чтобы вызвать нежелательные химические реакции, которые приводят к деградации полимера. Это снижает физические свойства и общее качество пластика и может привести к образованию летучих низкомолекулярных соединений, которые могут придать нежелательный вкус или запах, а также вызвать термическое обесцвечивание. Добавки, присутствующие в пластике, могут ускорить это разложение. Например, оксо-биоразлагаемые добавки, предназначенные для улучшения биоразлагаемости пластика, также увеличивают степень термического разложения. Аналогичным образом, антипирены могут иметь нежелательные эффекты.Качество продукта также сильно зависит от того, насколько хорошо пластик был отсортирован. Многие полимеры в расплавленном состоянии не смешиваются друг с другом и при переработке разделяются по фазам (как масло и вода). Изделия, изготовленные из таких смесей, содержат много границ между различными типами полимеров, и сцепление между этими границами слабое, что приводит к ухудшению механических свойств. В более экстремальных случаях полимеры могут разрушать друг друга, это часто бывает с ПВХ, поскольку он может выделять хлористый водород, который сильно влияет на конденсационные полимеры, такие как ПЭТ.

Многие из этих проблем имеют технологические решения, хотя и сопряжены с финансовыми затратами. Усовершенствованные стабилизаторы полимеров и могут использоваться для защиты пластмасс от суровых условий термической переработки. Летучие продукты разложения могут быть удалены с помощью ряда методов удаления летучих веществ. Антипирены могут быть удалены химической обработкой, в то время как вредные металлические добавки можно сделать инертными с помощью дезактиваторов. Наконец, свойства смешанных пластмасс можно улучшить с помощью компатибилизаторов.Это соединения, которые улучшают смешиваемость между типами полимеров для получения более однородного продукта с лучшей внутренней когезией и улучшенными механическими свойствами. Они действуют на границе между различными полимерами и представляют собой небольшие молекулы, обладающие двумя различными химическими областями, каждая из которых совместима с определенным полимером. Это позволяет им действовать как молекулярные гвозди или шурупы, скрепляя участки из разных полимеров друг с другом. В результате совместители обычно ограничены системами, в которых преобладают два конкретных типа пластика, и не являются экономически эффективным вариантом для несортированных смесей различных типов полимеров. Не существует универсального совместителя для всех комбинаций пластмасс. Даже при таких технологиях особенно сложно перерабатывать пластик, чтобы он соответствовал стандартам контакта с пищевыми продуктами.

Переработка по замкнутому циклу

При замкнутом цикле, или первичной переработке, использованный пластик бесконечно перерабатывается обратно в новые изделия того же качества и вида. Например, превращение бутылок из-под напитков обратно в бутылки из-под напитков. Это можно считать примером экономики замкнутого цикла. Непрерывная механическая переработка пластика без снижения качества является очень сложной задачей из-за кумулятивной деградации полимера и риска накопления загрязняющих веществ. В 2013 году только 2% пластиковой упаковки было переработано в замкнутом цикле.Хотя переработка по замкнутому циклу исследовалась для многих полимеров, на сегодняшний день единственными промышленными успехами была переработка ПЭТ-бутылок.Причиной этого является то, что разложение полимера в ПЭТ часто подлежит ремонту. Полимерные цепи ПЭТ, как правило, расщепляются по своим эфирным группам, а оставшиеся при этом спиртовые и карбоксильные группы могут быть соединены обратно с помощью химических агентов, называемых удлинителями цепи. Пиромеллитовый диангидрид является одним из таких соединений.

Переработка по разомкнутому циклу

При переработке с открытым циклом, также известной как вторичная переработка, или утилизация, качество пластика снижается каждый раз, когда он перерабатывается, так что материал не перерабатывается бесконечно и в конечном итоге превращается в отходы. Это наиболее распространенный вид переработки пластика.[90]Переработка ПЭТ-бутылок в шерсть или другие волокна является распространенным примером, и на нее приходится большая часть переработки ПЭТ.[93]Хотя такой подход только задерживает отправку материала на свалку или сжигание, оценка жизненного цикла показывает, что он приносит экологическую пользу.[94] [3] [93] Экологически успешная переработка вытесняет спрос на производство свежего пластика, и если переработка с открытым циклом достигает этого, то ее преимущества неотличимы от переработки с замкнутым циклом.[95]Если вместо этого он используется для производства новых дешевых и некачественных изделий, которые в противном случае не были бы изготовлены, то это не вытесняет текущее производство и практически не приносит пользы окружающей среде.

Снижение качества полимера можно компенсировать, смешивая переработанный пластик с первичным материалом при изготовлении нового продукта. Совместимые пластмассы могут использоваться в качестве замены первичного материала, поскольку их можно производить с правильным показателем текучести расплава, необходимым для хорошей переработки.Низкокачественные смешанные пластмассы также могут быть переработаны в незамкнутом цикле, хотя спрос на такие продукты ограничен, поскольку в дополнение к плохим механическим свойствам не полностью рассортированные отходы часто содержат широкий спектр красителей и красителей. Когда они смешиваются во время переработки, в результате обычно получается темно-коричневый продукт, который непривлекателен для многих применений. Эти смеси находят применение в качестве уличной мебели или пластиковых пиломатериалов. Поскольку материал слабый, но недорогой, его изготавливают из толстых досок, чтобы он был прочным.

Термореактивные материалы Хотя термореактивные полимеры не плавятся, были разработаны технологии их механической переработки. Обычно это включает измельчение материала до крошки, которую затем можно смешать с каким-либо связующим веществом для получения нового композитного материала. Например, полиуретаны могут быть переработаны в виде восстановленной пенопластовой крошки. При переработке шин аналогичным образом образуется резиновая крошка, которую можно использовать в качестве заполнителя. Также были разработаны различные технологии девулканизации, позволяющие перерабатывать отходы резины, хотя немногие из них имеют коммерческое значение.

Переработка сырья

При переработке исходного сырья, также называемой химической переработкой или третичной переработкой, полимеры превращаются в их химические строительные блоки (мономеры), которые затем могут быть полимеризованы обратно в новые пластмассы. Теоретически это позволяет осуществлять практически бесконечную переработку; поскольку примеси, добавки, красители и химические дефекты полностью удаляются с каждым циклом. На практике химическая переработка встречается гораздо реже, чем механическая переработка. Внедрение ограничено, потому что еще не существует технологий для надежной деполимеризации всех полимеров в промышленных масштабах, а также потому, что оборудование и эксплуатационные расходы намного выше. В 2018 году в Японии был один из самых высоких показателей в мире - ~ 4% по сравнению с 23% механической переработки. за тот же период Германия, другой крупный переработчик, сообщила о степени переработки сырья в 0,2%. Деполимеризация, очистка и повторная полимеризация пластика также могутбыть энергоемким, что приводит к тому, что углеродный след от переработки сырья обычно выше, чем от механической переработки.ПЭТ, полиуретан и ПС деполимеризуются в промышленных масштабах в различной степени, но переработка исходного сырья полиолефинов, которые составляют почти половину всех пластмасс, гораздо более ограничена.

Термическая деполимеризация

Некоторые полимеры, такие как ПТФЭ, полистирол, нейлон 6 и полиметилметакрилат (ПММА), подвергаются термической деполимеризации при нагревании до достаточно высоких температур. Реакции чувствительны к примесям и требуют чистых и хорошо отсортированных отходов для получения хорошего продукта. Даже в этом случае не все реакции деполимеризации полностью эффективны, и часто наблюдается некоторый конкурентный пиролиз; поэтому мономеры требуют очистки перед повторным использованием. Переработка полистирола из исходного сырья была коммерциализирована, но глобальные мощности остаются довольно ограниченными.

Химическая деполимеризация

Конденсационные полимеры, содержащие расщепляемые группы, такие как сложные эфиры и амиды, могут быть полностью деполимеризованы путем гидролиза или сольволиза. Это может быть чисто химический процесс, но также может быть вызван ферментами, такими как PETase, которые способны расщеплять ПЭТ. Такие технологии имеют более низкие энергозатраты, чем термическая деполимеризация, но более ограничены с точки зрения полимеров, к которым они могут быть применены. До сих пор полиэтилентерефталат был наиболее изученным полимером, при этом переработка сырья в промышленных масштабах осуществлялась несколькими компаниями.

Рекуперация энергии

Рекуперация энергии, также называемая переработкой энергии или четвертичной переработкой, включает сжигание отходов пластика вместо ископаемого топлива для производства энергии. Его включение в качестве вида переработки может быть спорным, но, тем не менее, оно включено в показатели переработки, о которых сообщают многие страны, хотя это не считается переработкой в ЕС. Следует соблюдать осторожность, чтобы не смешивать это с сжиганием без рекуперации энергии, что исторически более распространено, но не компенсирует ни будущее производство пластика, ни использование ископаемого топлива.

Рекуперация энергии часто является методом обращения с отходами по умолчанию в крайнем случае, ранее эту позицию занимали свалки. В городских районах причиной этого может быть отсутствие подходящих мест для новых свалок, но это также является результатом регулирования, такого как Директива ЕС о свалках или другие правила отвода свалок. По сравнению с другими вариантами переработки, его привлекательность в значительной степени экономична. Если используются правильные технологии, то пластмассы не нужно отделять друг от друга или от других видов твердых бытовых отходов (мусора), что значительно снижает затраты. По сравнению с иногда изменяющимся рынком вторичного сырья, спрос на электроэнергию является универсальным и более понятным, что снижает предполагаемый финансовый риск операций. Как средство утилизации отходов, это высокоэффективный метод, позволяющий сократить объем отходов примерно на 90%, при этом остатки отправляются на свалку или используются для изготовления шлакоблоков. Несмотря на очевидный высокий уровень выбросов CO2, сравнивать его общую экологическую целесообразность с другими технологиями переработки сложно. Например, хотя переработка значительно снижает выбросы парниковых газов по сравнению с сжиганием, это дорогостоящий способ достижения этих сокращений по сравнению с инвестициями в возобновляемые источники энергии.

Пластиковые отходы могут быть просто сожжены как топливо, полученное из отходов (RDF), в процессе переработки отходов в энергию, или они могут быть сначала химически преобразованы в синтетическое топливо. При любом подходе ПВХ должен быть исключен или компенсирован за счет внедрения технологий дихлорирования, поскольку при сжигании образуется большое количество хлористого водорода (HCl). Это может привести к коррозии оборудования и нежелательному хлорированию топливных продуктов. Сжигание пластмасс долгое время ассоциировалось с выделением вредных диоксинов и диоксиноподобных соединений, однако эти опасности могут быть уменьшены за счет использования современных камер сгорания и систем контроля выбросов. Сжигание с рекуперацией энергии остается наиболее распространенным методом, при этом более продвинутым технологиям переработки отходов в топливо, таким как пиролиз, препятствуют технические и финансовые препятствия.

Переработка отходов в топливо

См. также: Переработка отходов в энергию

Смешанные пластиковые отходы могут быть деполимеризованы для получения синтетического топлива. Это имеет более высокую теплотворную способность, чем исходный пластик, и может сжигаться более эффективно, хотя и остается менее эффективным, чем ископаемое топливо. Были исследованы различные технологии переработки, из которых пиролиз является наиболее распространенным. Переработка может происходить как часть сжигания в цикле IGC, но часто целью является сбор топлива, чтобы его можно было продать. Пиролиз смешанных пластмасс может дать довольно широкий спектр химических продуктов (примерно от 1 до 15 атомов углерода), включая газы и ароматические жидкости. Катализаторы могут давать более качественный продукт с более высокой стоимостью. Жидкие продукты могут быть использованы в качестве синтетического дизельного топлива, причем некоторое коммерческое производство ведется в нескольких странах. Анализ жизненного цикла показывает, что превращение пластика в топливо может вытеснить производство ископаемого топлива и привести к снижению чистых выбросов парниковых газов (сокращение на ~ 15%).

По сравнению с широко распространенным использованием сжигания, технологии переработки пластика в топливо исторически испытывали трудности с экономической выгодой из-за затрат на сбор и сортировку пластика и относительно низкой стоимости производимого топлива. Крупные заводы считаются более экономичными, чем небольшие, но требуютбольше инвестиций в строительство.

Другие процессы

Ежегодно образуются миллионы тонн пластиковых отходов, и это привело к разработке многочисленных решений, многие из которых работают в значительных масштабах. Был разработан процесс, при котором многие виды пластика могут использоваться в качестве источника углерода (вместо кокса) при переработке стального лома. ежегодно в Японии таким образом перерабатывается около 200 000 тонн отходов пластмасс.

Применение в строительстве и бетоне

В настоящее время изучается и набирает обороты использование восстановленных пластмасс в конструкционных материалах. Измельченный пластик может использоваться в качестве строительного заполнителя или наполнителя в определенных приложениях.Хотя он, как правило, непригоден для конструкционного бетона, его включение в асфальтобетон (образующий прорезиненный асфальт), основание и переработанную изоляцию может быть полезным. Примером этого является строительство пластиковых дорог. Они редко изготавливаются полностью из пластика, но в их конструкцию может входить значительное количество пластиковых отходов. Эта практика популярна в Индии, где к 2021 году было построено около 700 км (435 миль) автомобильных дорог.Тем не менее, практика также подвергается критике, отчасти из-за неопределенности в отношении вымывания пластиковых добавок в окружающую среду. Продолжаются исследования по использованию пластмасс в различных формах в цементирующих материалах, таких как бетон. Активно изучаются способы уплотнения пластиковых материалов, таких как ПЭТ и полиэтиленовые пакеты, а затем их использование для частичной замены заполнителя и деполимеризации ПЭТ для использования в качестве полимерного связующего для улучшения бетона.

Смотрите также

• Экономика переработки пластмасс
• Переработка стекла
• Микропластики
• Поэтапный отказ от легких пластиковых пакетов
• Проблемы пластмасс 2020
• Электронные отходы
• Mobro 4000

Пруф

.thoughtco.com/social-sciences-4133522

• .appropedia.org/Category:Plastics_recovery_manual
• .youtube.com/watch?v=tttu0lGdA1Q