Využití plastů Recyklace plastů

Transkript

1 Využití plastů Recyklace plastů Technika pro OH Ing. Petra Dundálková

2 Plasty Počátky výskytu syntetických polymeru jsou kolem 30.let 20.století. Celosvětová produkce plastu prudce roste od 60. let 20. století, to vede ke zvyšování podílu plastu v OH. Nevýhody plastu nadměrná trvanlivost vůči okolním vlivům (několik desítek let podle druhu plastu) vysoká odolnost proti přirozenému rozkladu. Představují pro ŽP velký problém, velké množství plastů je vyráběno z ropy (konvenční plasty), tedy z neobnovitelných zdrojů.

3 Plast soubor syntetických nebo polosyntetických polymeračních produktů jsou složeny z organických kondenzačních nebo přísadových polymerů mohou obsahovat i jiné látky na zlepšení kvality nebo ceny. existuje málo přírodních polymerů obecně považovaných za plasty plasty mohou být formovány do předmětů, filmů nebo vláken jejich jméno je odvozeno z faktu, že mnohé jsou tvarovatelné - mají vlastnost zvanou plasticita.

4 Plast Plasty jsou navrhovány s velkou variabilitou ve vlastnostech jako: - tepelná tolerance, - tvrdost, - odolnost, - a mnoho jiných. V kombinaci s touto adaptabilitou, obecná jednotnost složení a nízká hmotnost plastů umožňuje jejich použití v téměř všech průmyslových odvětvích.

5 Plasty Při výrobě plastů se využívají plniva a přísady, zlepšující vlastnosti a vzhled výrobku: a) Plniva křída, grafit, papírová drť b) Přísady změkčovadla, pigmenty c) Antidegradanty potlačují samotnou degradaci polymerů, vyvolanou především atmosférickými vlivy

6 Dělení plastů Termoplasty Reaktoplasty Elastomery

7 Termoplasty je plastický, deformovatelný materiál, který ohřevem měkne a ochlazením tuhne většina termoplastů jsou vysokomolekulární polymery např. polyethylen PE, polypropylen PP, polyvinylchlorid PVC, polystyren PS, polyethylentereftalát PET, polyamid PA, atd.

8 Reaktoplasty jsou zesíťované polymery, které vytvářejí prostorovou trojrozměrnou síť zesíťování nastává až při tváření plastu vlivem tepla a tlaku, někdy působením katalyzátorů. husté příčné zesíťování se nazývá vytvrzování vysoce tuhé a trvdé, tepelně odolné, odolné vůči korozi používají se jako nátěrové hmoty, lepidla, tmely např. epoxidy, silikonové pryskyřice

9 Elastomery plasty schopné velké elastické deformace jsou pružné, chemicky odolné jsou nepropustné pro plyny a vodu mají elekroizolační vlastnosti

10 Biologicky rozložitelné plasty Bioplasty Biopolymery Biodegradabilní plasty Plasty se zkrácenou životností

11 PET PET = polyethylentereftalát PET = nejvýznamnější termoplastický polyester Vyrábí se dvojfázově v první fázi reaguje dimethyltereftalát s etylenglykolem při teplotě mezi 190 C a 195 C, ve druhé fázi vznikne z n-molekul polykondenzací polymer za vydestilování přebytečného ethylenglykolu

12 PET struktura pak vypadá následovně: HO-[-CH2- CH2-O--CO--R--CO-O]n-CH2- CH2-OH kde R je benzenové jádro Základní surovinou pro výrobu PET je kyselina tereftalová, kt. je získávána z ropy. PET je vyrábět polykondenzací kys. tereftalové a ethylenglykolu.

13 PET Evropské označení, někdy pod trojúhelníkem ještě PET Způsob používaný hlavně v USA

14 Výroba PETu ve světě

15 Dovozy PET pro výrobu lahví v ČR

16 Kód odpadu Název odpadu Podskupina Odpadní plasty (kromě obalů) Plastový odpad Plastové hobliny a třísky Plastové obaly Plast Plasty Plasty a kaučuk Plasty Odpady ze zemědělství, zahradnictví, lesnictví, myslivosti, rybářství Odpady z výroby,zpracování,distribuce a používání plastů, syntetického kaučuku a syntetických vláken Odpady z tváření a z fyzikální a mechanické povrchové úpravy kovů a plastů Obaly (včetně odděleného separovaného komunálního obalového odpadu) Vyřazená vozidla (autovraky) z různých druhů dopravy (včetně stavebních strojů) a odpady z demontáže těchto vozidel a jejich údržby Dřevo,sklo,plasty (17-stavební a demoliční odpady) Odpady z úpravy odpadů jinde neuvedené (např. třídění,drcení,lisování,peletizace) Složky z odděleného sběru (kromě odpadů uvedených v podskupině 15 01) (20- komunální odpady )

17 Recyklace (Angličtina, recycling = recirkulace) znovu využití surovin obsažených v odpadech z výroby, ze zemědělství nebo z domácností významně šetří přírodní zdroje snižuje ekologickou zátěž prostředí odpady

18 Recyklační technologie Je soubor na sebe navazujících procesů a technologických operací Cílem je: Přeměna odpadu na druhotnou surovinu (surovina získaná zpracováním odpadu, která je způsobilá k dalšímu hospodářskému či jinému využití)

19 Polymerní odpad lze rozdělit do dvou základních kategorií: A) Technologický polymerní odpad pochází z technologických operacíči výrob do této kategorie řadíme různé odřezky, obrusy či zmetky. zpětné materiálové využití (přidání k původní surovině je obvykle dobře realizovatelné)

20 Polymerní odpad B) Amortizační odpad vzniká po ukončení životnosti různých produktů. zpětné využití tohoto typu odpadu býváčasto komplikováno nejrůznějšími aspekty. býváčasto silně znečištěn a nebo není vůbec známo jeho složení. zdrojem amortizačních odpadů jsou zejména obaly, elektrotechnika a elektronika, nábytkářský průmysl apod.

21 Polymerní odpad Zastoupení polymerů v komunálním odpadu: Polyethylen 59 % Polystyren 12 % Polyvinylchlorid 9 % Polypropylen 6 % Polyethylenglykoltereftalát (PET) 6 % Ostatní 8 %

22 PETE polyethylentereftalát, používá se pro výrobu lahví pro nealkoholické nápoje a vody. HDPE polyethylen o vysoké hustotě, používá se zejména k výrobě lahví na mléko, džusy, vody, jogurtové kelímky či prací prostředky. V Vinyl (polvinylchlorid PVC) je vhodný jako obal na potraviny, lahve na šampony, lékařské hadice nebo izolace drátů.

23 LDPE nízkohustotní polyethylen, který se užívá jako obal na chléb či zmrazené potraviny. PP polypropylen. Je vhodný k výrobě lahví na kečup, jogurtových kelímků, tub na margarín nebo medicinálních láhví. PS polystyren. Používá se pro výrobu obalů na videokazety, obalů na kompaktní disky, kelímků na kávu nebo tácků na masa používaných v obchodech. OTHER - z anglického slova jiný. Jedná se obalový plast, který je vyroben z jiné pryskyřice než výše uvedené materiály a nebo je vyroben z více jak jednoho plastu, které jsou použity v kombinaci. Slouží jako obal pro některé citrusové džusy a kečupové láhve.

24 Třídící linka Sesbírané odpady směřují na dotříďovací (neboli třídicí) linku Takto dotříděné plasty se již prodávají jako druhotná surovina. Čím lépe jsou zbaveny všechny nežádoucích příměsí, tím je jejich kvalita, a tedy i cena vyšší Slisované lahve roztříděné podle barev se prodávají až za několik tisíc korun za tunu.

25 Směsné plasty jsou po vytřídění příměsí a nečistot (cca %) dále dotřiďovány na jednotlivé komodity (např. PET, polyethylen, polypropylen, polystyren apod.) Roztříděný obchodovatelný materiál je lisován do balíků nebo rozemlet drtič plastu

26 PET lahve (polyethylentereftalát) PET lahve se nejprve roztřídí podle barev (čiré, modré a zelené ) Víčka během třídění nikdo neodšroubovává Lahve se rozdrtí na asi 2 cm kousky, tzv. vločky Vločky jsou vyprány ve vodní lázni, kde díky menší hustotě vyplavou na hladinu kousky rozdrcených víček Víčka se z hladiny shrábnou a putují k jinému zpracovateli Vyprané vločky PET jsou na speciální lince za tepla natahovány do dlouhých tenkých vláken

27 PET lahve Ty je možné využít jako výplň do spacáků a bund, ale lze z nich také upříst tkanina fleece Na jednu fleecovou bundu se spotřebuje materiál z přibližně 25 PET lahví Recyklací PET se plně využije materiál, který by jinak skončil svůj koloběh jako odpad plastová drť

28 PE fólie (polyethylen) PE fólie se rozdrtí, třikrát properou, odstředí a vysuší Drť se poté plastifikuje Za tepla se vyrobí malé pecičky zvané granulát Ten je využíván jako výchozí surovina při výrobě PE fólií a pytlů Může být přidáván do směsi při výrobě nových výrobků, laviček, protihlukových stěn, zatravňovacích dlaždic

29 V roce 2005 bylo v Praze vytříděno cca 7 tisíc tun plastů, což odpovídá přes 6 kg na každého obyvatele města (6 kg plastů je např PET lahví).

30

31 Dotříďovací linka

32

33

34 Recyklační cyklus POLYMER energie ADITIVA SUROVINA PLAST Energetická recyklace Surovinov á recykl. Recyklace technologickéh o odpadu Materiálová recyklace Použitý výrobek zpracování stárnutí výrobek skládka

35 Způsoby recyklace 1) Materiálová recyklace 2) Surovinová recyklace 3) Energetická recyklace 4) Chemická recyklace

36 1) Materiálová recyklace Jedná se o transformaci odpadu na nový výrobek, aniž by došlo ke změně jeho chemické struktury Existuje několik forem provedení: nejběžnější je úprava a zpracování polymerního odpadu na druhově jednotný recyklát, přetavení odpadu na tvarované dílce nebo polotovary a využití jako aditiva do stavebnin (např. výroba panelů pro protihlukové bariéry dopravních komunikací. Panelyobsahují více jak 80 % směsného plastu)

37 1) Materiálová recyklace Problémem je: nedefinovaná barevnost změna hodnot některých fyzikálně-chemických parametrů použití výhradně na nepotravinářské účely

38 1) Materiálová recyklace Třídění plastového odpadu je založeno: na rozdílných fyzikálních vlastnostech (hustotě, povrchové energii, vzhledu, barvě, rozpustnosti, viskozitě,atd.) A) třídění vzduchem Se používá na třídění plastů se stejnou hustotou a rozdílnou velikostíčástic, anebo s rozdílnou hustotou a stejnou velikostíčástic. Nevýhodou - využít jen na třídění směsí, neobsahují více jak dva typy plastů. Využívá se například na separaci polyetylénu od ostatních plastů nacházejících se v KO

39 1) Materiálová recyklace B) třídění pomocí hydrocyklónu Se osvědčilo v technologické praxi, které zpracovávají velké množství komunálního odpadu C) třídění flotací Plastový odpad se umístí do vodní nádrže, kde se zbaví nečistot, přičemž polyolefíny zůstávají jako lehčí frakce na povrchu a ostatní složky se usazují. V dalším stadiu dojde k oddělení PP od HDPE a LDPE. Flotace umožňuje roztřídit většinu plastů v komunálním odpadu

40 2) Surovinová recyklace Využívá se tam, kde je silně znečištěná směs odpadu Hluboký rozklad vysokomolekulárních látek a následné dělení a čištění finálních sloučenin rozkladu Produkty: Nízkomolekulární látky možno využít k syntéze polymerů nebo v jiné výrobě chemického průmyslu Jejich zastoupení je závislé na způsobu realizace procesu (reakční podmínky, složení odpadu...) Postup technologie: Tepelné štěpení pyrolýza, hydrogenace, karbonizace Hydrolýza Chemické zpracování Depolymerace

41 2) Surovinová recyklace termicky destrukční procesy, rozkládající polymerní složky vstupní suroviny na směs plynných a kapalných uhlovodíků Pyrolýza Využívá tepelného rozkladu plastů za absence zplyňovacích médií Nejběžnější způsob Produkty jsou: Nejrůznější těkavé látky (H 2,, CO, CO 2, CH 4 ) Kapalné uhlovodíky (podobné vlastnosti jako olej, petrolej..) Využití: Suroviny chemického průmyslu Jako palivo Energeticky využitelné plyny

42 2) Surovinová recyklace Depolymerace štěpení polymerů na monomery působením tepla, eventuálně v přítomnosti katalyzátorů. vhodná pro zpracování například polystyrenu nebo polyakrylátů Získané monomery lze znovu využít ve výrobě plastů.

43 2) Surovinová recyklace Hydrolýza štěpení polymerů ve vodním prostředí za zvýšených teplot a tlaků. Používá se například k depolymeraci polyesterů, polyamidůči polyuretanu Náklady na surovinový recykl: dosahují přibližně polovičních hodnot ve srovnání s recyklací materiálovou v podobě druhotně jednotného recyklátu. odhadují se přibližně cca na 10 Kč.kg -1 odpadu

44 Výhody surovinového recyklu V porovnání s materiálovou recyklací plastový odpad je možné zpracovávat přímo, bez jakékoliv další úpravy, je možné zpracování plastového odpadu obsahující kovy a různé příměsi, látky obsahující chlór jsou z procesu odstraněné už v prvním stádiu, výsledným produktem je HCl, která se jako produkt dále využívá

45 3) Energetická recyklace Energetický recykl lze chápat jako Environmentální akceptovatelné spalování s využitím energetického potenciálu. Lze jej doporučit obzvláště pro odpad získaný ze směsného KO Plasty jsou zastoupeny jen v množství kolem 10%, ale vzhledem ke své výhřevnosti dodají při procesu spalování až 50 % energie

46 3) Energetická recyklace Náklady na spalování polymerního odpadu spolu s ostatním netříděným komunálním odpadem jsou relativně výhodné (7-15 Kč.kg -1 odpadu) v závislosti na zvolené technologii. Energetické využití je v porovnání s ostatními typy recyklace nejméně efektivní. Podstatou metody je spalování (obvykle společně s uhlím) ve speciálně konstruovaných topeništích

47 3) Energetická recyklace Výstupem je: tepelná energie Další výhody: redukce hmotnosti odpadů až na 90%, redukce škodlivých látek, možnost dalšího využití anorganických podílů možnost zhodnocení kontaminovaného a silně znečištěného plastového odpadu, možnost efektivního zhodnocení odpadu, který není možno využít pomocí materiálové nebo surovinové recyklace.

48 Porovnání výhřevnosti vybraných průmyslových odpadů a hnědého uhlí kaly ze zpracování ropy domovní odpady hnědé uhlí papírové a lepenkové odpady kožený odpad odpad z výroby barev a laků odpad ze zpracování dřeva (piliny) PVC odpad PET odpad pryžový odpad (ojeté pneumatiky) polyamidový odpad vyjeté motorové oleje polyethylenový odpad polypropylenový odpad polystyrenový odpad 9 [MJ/kg] 11 [MJ/kg] 8-12 [MJ/kg] 15 [MJ/kg] 16 [MJ/kg] 17 [MJ/kg] 19 [MJ/kg] [MJ/kg] 23 [MJ/kg] [MJ/kg] 30 [MJ/kg] 40 [MJ/kg] 43 [MJ/kg] 44 [MJ/kg] 44 [MJ/kg]

49 4) Chemická recyklace Založená na chemickém rozkladu polymeru na produkty o podstatně nižší molární hmotnosti nebo na monomerní jednotky a dalším chemickým zpracováním získané suroviny. Výhoda malé nároky na čistotu vstupu Nevýhody vysoké investiční nároky na technologické zařízení Uskutečnitelné jen v podmínkách chemického průmyslu

50 4) Chemická recyklace A) Tepelná depolymerace Nejjednodušší případ využití vlastnosti některých polymerů, které při vysokých teplotách podléhají degradaci zipovým mechanismem. Při vysokých teplotách dochází k odštěpování monomerních jednotek z konců polymerních řetězců. Získané polymery je možné opět polymerovat na výchozí polymer s původní kvalitou. materiály: polystyren, polymetylmetakrylát

51 4) Chemická recyklace B) Solvolýza Rozklad polykondenzátů účinkem vybraných nízkomolekulárních látek. Podstatou je obrácení vratné polykondenzační reakce. materiály: polyamidy, polyuretany, a zejména lineární polyestery

52 Metody recyklace 1) Suché recyklační postupy Tj. bez použití vody či jiných rozpouštědel. Láhve se nejprve typově určí a roztřídí, separují zvlášť PET láhve, polyethylenové láhve od rostlinných olejů a plastové láhve od tekutých detergentů. V druhé fázi se odstraní uzávěry a případně se vylije i možný obsah láhve.

53 1) Suché recyklační postupy Láhev se pak poseká na malé kousky tzv. chips, které procházejíčistícím separátorem, kde se využívá vlivu tření a separace vzduchem.

54 Čistící separátor

55 Chips vyčištěny pomocí účinků tření a vzduchu

56 Metody recyklace 2) Mokré recyklační postupy Silně znečištěné láhve se zde vytřídí na šikmém dopravním pásu buď ručně nebo pomocí speciálního třídícího systému. Láhve, které jsou spotřebiteli silně znečištěny se vyřadí. Poté jsou dopraveny do nožového mlýna se sítem o velikosti ok 14mm. Tento mlýn je zkonstruován speciálně pro PET láhve.

57 2) Mokré recyklační postupy Mletí se provádí s vodou a po něm je pomletý materiál přiváděn do frikční pračky. Zde dojde působením vysoké frikční energie, která vzniká v procesu mletí, k rozvláknění nálepek na celulosu a z největšíčásti i k rozpuštění přítomného lepidla. Zvláštností frikční pračky je, že v ní nejsou instalovány žádné nože. Směs PETu, vody, nečistot a celulosových vláken prochází přes tzv. pneumatický rozdružovací stupeň.

58 2) Mokré recyklační postupy Pomocí dmychadla se v odlučovači oddělí prací voda, obohacená nečistotami. Následuje dvoustupňové praní a proplach vodou, čímž se stupeňčistoty dále zlepší a umožňuje kontrolu kvality. Proprané odřezky PETu jsou odstředěny v odstředivce, suší se horkým vzduchem a jsou přivedeny do zařízení, kde se pytlují do tzv. bigbagů (velkých pytlů)

59 Mletí surovin pro další zpracování Materiál se zbaví mechanických nečistot je rozemlet v mlýnech při hrubosti zrna od 4 do 12 mm materiál je dále zbaven prachových částic na odlučovačích přes soustavu magnetů je balen

60 Mletí surovin pro další zpracování

61 Mletí surovin pro další zpracování Granulace se provádí v extruderech s možností volby typu granule - buď sekání ve struně - nebo čočka na hlavě Materiál je barven dle přání zákazníka pomocí barviv

62 Mletí surovin pro další zpracování

63 Mletí surovin pro další zpracování Extruzní linky zpracovávají PP, tak i PE a PVC z vlastní recyklace, ale i z originálních materiálů Vyrábí se tak trubky a profily do délek 4 m Zákrytové desky pro ochranu rozvodů inženýrských sítí, hlavně jako krycí desky pro telekomunikace

64 Mletí surovin pro další zpracování

65

66 Sběr plastové odpadu Plastový odpad můžeme ukládat do kontejnerů na separovaný sběr nebo odnést do sběrného dvora. Co můžeme odkládat do kontejnerů na plasty: PET lahve, které jsme před vhozením do kontejneru sešlápli či slisovali plastové obaly od nápojů a jogurtů igelity obaly od kosmetických výrobků vrstevnaté nápojové a jiné obaly (různé tetrapaky)

67 Co do kontejnerů na plasty nepatří: znečištěné plasty plasty s příměsí dalších materiálů polystyren, molitan linoleum a další výrobky z PVC sklo, kovy, papír, textil a další materiály

68

69 Následné využití plastů: Plastový odpad se nejčastěji přepracovává na druhořadé výrobky. Z recyklovaného plastu se vyrábí např. palety, automobilové zátarasy, střešní tašky a korýtka pro pokládku elektrických kabelů.

70 Náklady na výrobu lahví Panenský plast granulát Výroba preformy Cena preformy Náklady na přepravu Náklady na lisování lahví Cena lahve pro výrobce nápojů 1,50 Kč 0,27 Kč 1,77 Kč 0,05 Kč 0,25 Kč 2,07 Kč 1250 eur/t, tj, při kurzu 30Kč/euro = Kč/t Dopravu zajišťuje na vlast. náklady odběratel Odhad závisí na přepravní vzdálenosti Odhad závisí na použité technologii Platí za předpokladu, že si výrobce nápojů vyrábí lahve sám

71 Využití recyklovaných PET Textilní průmysl 79 % Fólie/filmy 8 % Balící průmysl 6 % Stavební průmysl 4 % Ostatní 3%

72 Graf: Složení domovního plastového odpadu (zdroj: Ústav makromolekulární chemie AV ČR). PS 5% PVC 3% ostatní 4% PP 15% PET 43% PE 30%

73

74