Технологии за рециклиране на отпадъци от опаковки

• През 2019 г. глобалният пазар на пластмасов рециклат е оценен на стойност 45,1 млрд щатски долара, като се очаква той да нараства с годишен темп на растеж от 5% от 2020 до 2027 г.
  
  
• Пандемията от COVID-19 също даде тласък на индустрията – потребностите от различни опаковъчни продукти се повишиха поради ръста в онлайн търговията и необходимостта от лични предпазни средства, което, от своя страна, доведе до увеличено търсене на различни видове рециклирани пластмаси
  
  
• Предизвикателствата, свързани с преработката на употребявана пластмаса, се състоят най-вече в избягване на процесите на деградация и оптимизиране на продължителността на експлоатационния живот на пластмасовите продукти, справяне с несъвместимостта между полимерите и неизвестния състав на рециклираните материали, включващи неорганични, органични и полимерни замърсители

В резултат на нарастващото население на света и повишаващата се конкурентоспособност на полимерите в заместването на други материали през последните десетилетия необходимостта от пластмаси се увеличава експоненциално. Повечето от използваните пластмаси са базирани на невъзобновяеми изкопаеми горива. С цел да се отговори на бъдещите потребности от пластмаси, консумацията на тези материали трябва да се ограничи, да се потърсят алтернативни суровини и/или да се заложи на рециклиране.

Опаковките държат най-големия дял от пазара на пластмаси – около 40% от общата продукция. За разлика от пластмасите, използвани в автомобилостроенето например, опаковъчните материали са с кратък срок на експлоатация и обикновено се изхвърлят в рамките на максимум една година. Поради тази причина рециклирането на пластмасови опаковки придобива ключово значение за гарантирането на устойчиво развитие.

По-голямата част от пластмасовите опаковки обаче се генерират от потребителите, което означава, че, за да се осигури възможност за рециклиране, те трябва първо да бъдат събрани разделно. Така наречените отпадъци от пластмасови опаковки след употреба представляват изключително комплексен поток, включващ разнообразие от пластмасови продукти, видове и класове, всички от които влизат в контакт с различни вещества, част от които могат да останат полепнали по пластмасата. Тези остатъци от съхраняваните в пластмасовите опаковки продукти по своята същност са замърсители, ограничаващи възможността за рециклиране.

Събиране

Механичното рециклиране на пластмаса е многоетапен процес, започващ със събиране, сортиране и балистична сепарация до получаването на промити мленки, които впоследствие се преработват до пелети или продукти. При събирането е важно да се разграничат отпадъците, генерирани след употреба, и технологичните отпадъци.

Първите често се събират съвместно с други твърди битови отпадъци. В редица държави съществуват инициативи за разделно събиране на пластмасовите опаковки след употреба. Технологичните пластмасови отпадъци се отделят от производствената дейност на различни предприятия под формата на брак и изрезки. Обикновено пластмасовите отпадъци се събират на локално ниво, след което се извозват до регионални или национални сортиращи съоръжения.

Сортиране

В сортиращите съоръжения първо се отстраняват различните примеси от други отпадъчни материали – метали, стъкло и органични остатъци. След това чрез въздушни или балистични сепаратори се премахват полимерните фолиа. Накрая твърдите пластмасови компоненти преминават през каскадни или оптични сортиращи машини, вследствие на което се получават четири основни продукта – полиетилен терефталат, полиетилен, полипропилен и смесени пластмаси. Тези продукти следва да отговарят на определени спецификации, за да могат да продължат пътя си към съоръженията за механично рециклиране. Обикновено тези спецификации са свързани с максимално допустимите нива на замърсители в различните сортирани продукти.

Механично рециклиране

Сортираните продукти се продават на сертифицирани компании, специализирани в механичното рециклиране. Те смилат материала, промиват го, провеждат флотационна сепарация и го изсушават с цел получаване на мленки. Процесът на механично рециклиране на PET бутилки е по-сложен и обикновено включва допълнителни етапи. Голяма част от отпадъците от фолио не се промива, а направо се преработва механично до агломерати в сухо състояние. Впоследствие мленките и агломератите се екструдират до пелети и/или продукти.

Рециклиращите компании преработват пластмасовия флейк до гранулат, който или се продава на други фирми, или се използва на място за производството на рециклирани продукти. За да се получи изходящ поток с постоянен състав и качество, пластмасовият флейк често се размесва предварително в силози преди етапа на екструзия. Тъй като ефективността на сортиране никога не достига 100% поради недостатъци в процеса на сепарация, приложимостта на крайния материал понякога е ограничена. В тези случаи материалът се използва за производството на дебелостенни продукти с ниска механична якост. Някои рециклиращи компании обаче успяват да произведат по-висококачествени тънкостенни продукти от сортирани фракции от отпадъчни пластмасови опаковки. Тези компании разчитат на стриктен качествен контрол на входящия поток (често чрез ръчно сортиране върху конвейер) в комбинация с няколко междинни процеса на сепарация – флотация и оптично сортиране на флейка. Други компании подобряват свойствата на материала чрез смесване на рециклата с първични полимери. Практиката показва, че това е ефективно предимно за ниски концентрации на рециклат (< 10%) и че дългосрочната стабилност на такива смеси не се променя съществено в сравнение с тази на чист рециклат.

Предизвикателствата, свързани с преработката на употребявана пластмаса, се състоят най-вече в избягване на процесите на деградация и оптимизиране на продължителността на експлоатационния живот на пластмасовите продукти, справяне с несъвместимостта между полимерите и неизвестния състав на рециклираните материали, включващи неорганични, органични и полимерни замърсители. Въпреки че механизмите на деградация се различават сред отделните полимери, промените в дължината на веригите и механичните свойства са постоянно присъстващи проблеми. Влошаването на материалните свойства, разходите и проблемите при сортиране са сред основните препятствия за провеждането на ефективно механично рециклиране на отпадъчните пластмасови опаковки. Минимизирането на деградацията чрез добавянето на антиоксиданти, верижни удължители, пълнители и пластификатори е сложно поради липсата на стандарти за класовете полимери и ролята на тези добавки за изменение на качеството на рециклата. Несъответствията в състава на рециклата водят до по-ниска икономическа стойност и по-висок риск от инкорпорирането на високи нива на съдържание на рециклат в индустрията.

Приложения на рециклата

През 2019 г. глобалният пазар на пластмасов рециклат е оценен на стойност 45,1 млрд щатски долара, като се очаква той да нараства с годишен темп на растеж от 5% от 2020 до 2027 г. Увеличаващото се потребление на пластмаси в производството на олекотени компоненти, използвани в различни сектори като строителството, автомобилната индустрия, електронната промишленост и др. се очаква да е движещата сила за този ръст през прогнозния период. Пандемията от COVID-19 също даде тласък на индустрията – потребностите от различни опаковъчни продукти се повишиха поради ръста в онлайн търговията и необходимостта от лични предпазни средства, което, от своя страна, доведе до увеличено търсене на различни видове рециклирани пластмаси.

В случай че кръговите системи, където механичното рециклиране може да върне отпадъчната пластмаса в производството на оригиналния продукт, не са възможни, минимизирането на фракцията за депониране остава ключово направление. Разпространена практика е полученият рециклат да се вложи за вторични продукти, използвайки го като ресурс за производството на строителни материали, греси, текстил и други видове опаковки.

В чист вид или под формата на смес рециклираните LDPE, HDPE и PP се използват в литиеви полутвърди дисперсии като сгъстяващ агент в смазочно-охлаждащи течности. Рециклираните полиолефини намират приложение в производството на многослойни опаковки за храни (включително в комбинация с алтернативни материали, например хартия), въпреки че някои от тях са склонни към дифузно отделяне на молекули, което може да се окаже регулаторно предизвикателство за този вид употреба. За да се елиминира този проблем, рециклираните полимери се използват като централни слоеве между слоеве от първични полимери в многослойни фолиа.

Производството на тези фолиа обаче е сложно и изисква осигуряването на съответствие по отношение на вискозитета, с цел получаване на дефинирани слоеве.

Проучвания показват, че използването на рециклиран полиетилен между слоеве първичен полиетилен за производството на опаковки за хранителни продукти може бъде успешно, като единствените недостатъци са загуба на прозрачност и леко изменение на цвета. Правени са опити за инкорпорирането на рециклиран LDPE между слоеве от първичен полимер, като омрежването на слоевете се постига чрез гама-излъчване. При това не са открити негативни ефекти върху пропускливостта на опаковката, но е установено, че използваната доза радиация води до радиолиза и получаването на вредни продукти в слоевете на опаковката. Рециклиран PET също се влага в многослойни опаковки между слоеве от подходящ за контакт с храни първичен полимер. Често обаче многослойните опаковки са трудни за рециклиране – процесът невинаги е икономически или екологично целесъобразен поради проблеми със сортирането и сепарацията.

Твърди пластмасови отпадъчни суровини, например полиетилен, полистирен и удароустойчив полистирол също се използват като заместители на дървесина или други суровинни материали за производството на мебели за употреба на открито. Рециклираният полистирен може да се използва за производството на корпуси за телевизори или като заместител на битума в асфалтови смеси. Композитен или подсилен рециклат може да се използва частично за изграждането на натоварени структури като мостове.

Заради нарастващата загриженост по отношение на т. нар. “бърза мода”, някои брандове разработват методи за използването на рециклирани полимери в производството на дрехи, с което се цели ограничаване на въздействието на сектора върху околната среда. Някои от най-известните международни компании са разработили или спонсорирали разработването на нови тъкани със съдържание на рециклат, основно от PET бутилки и черни пластмасови тарелки. Новите тъкани се произвеждат посредством механичен процес, включващ смилане и стопяване на полимерните отпадъци, последвано от изтегляне на нишки. За да се гарантира, че тези нови процеси са ефективни и въздействието на този нов пазар за продуктите от механичното рециклиране на пластмасови опаковки не е негативно, трябва да се положат усилия в посока провеждането на адекватна оценка на жизнения цикъл и проследяване за потенциално формиране на микро- и нанопластмаси.