Materiálové a energetické využití plastových odpadů

Transkript

1 Univerzita J. E. Purkyně v Ústí nad Labem Fakulta životního prostředí Ekologie a ochrana prostředí Ochrana životního prostředí Materiálové a energetické využití plastových odpadů BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Autor: Jarmila Kirvejová Vedoucí práce: Ing. Jindřich Šulc, CSc. Ústí nad Labem 2009

2 Prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci vypracovala samostatně. Uvedla jsem všechny literární prameny a publikace, ze kterých jsem čerpala. V Mostě

3 Poděkování Ráda bych vyjádřila poděkování svému vedoucímu panu Ing. Jindřichu Šulcovi CSc., za odborné vedení a pomoc při vypracování mé bakalářské práce.

4 Abstrakt Využívání odpadů jako zdroje druhotných surovin je v dnešní době frekventované téma. Plasty díky specifickým vlastnostem jako je pevnost, trvanlivost, izolační vlastnosti či antikorozní vlastnosti, stále více nahrazují klasické materiály. Po skončení své životnosti se stávají problematickým odpadem. Kromě omezování vzniku těchto odpadů se stává prioritou zejména jejich využívání jako druhotných surovin. Bakalářská práce se zabývá materiálovým a energetickým využitím plastových odpadů. Seznamuje s pokrokovou technologií Blowdec, která spočívá v termální katalytické dekompozici plastů. Tato technologie využívá směsných plastů zejména PE, PP na výrobu žádaných syntetických kapalných uhlovodíků. Bakalářská uvádí základní technologie a procesy využití plastových odpadů. Klíčová slova Odpadní plasty, materiálové využití plastových odpadů, technologie Blowdec, recyklace plastových odpadů

5 Abstrakt Use of plastic garbage as source of secondary materials is frequently discussed theme last time. Plastic materials, thanks to their specific properties like strenght, lifetime, insulation level and corrosion resistance, has more and more replaced traditional materials. But after expiring of their lifetime, plastics become dangerous garbage. Therefore, except to reduce such garbage, the priority is to use this garbage as important resource of secondary materials. This baccalauerate report (analysis) is based on material and energetic use of plastic garbage. It is introducing advanced technology Blowdec, which is based on thermal catalytic decomposition of plastic. This technology uses mixed plastic, especcially PE and PP, for producing of demanded syntetic liquid hydrocarbons. This baccalauerate report (analysis) is particularly aimed on plastic garbage and presents basic (primar) technologies and procedures to re-use of plastic garbage. Keywords plastics Plastic waste, material s using of plastics, Blowdec technology, recycling of

6 Obsah 1 Úvod Cíl Metodika Základní pojmy Seznam použitých zkratek Legislativa odpadového hospodářství ČR Základní právní předpisy odpadového hospodářství ČR Zákon o odpadech Plány odpadového hospodářství Charakteristika plastového odpadu Rozdělení a zdroje plastového odpadu Řazení skupin v katalogu odpadů Příklady plastů Prevence vzniku odpadů Základní opatření k ochraně přírodních zdrojů Maloodpadové a bezodpadové technologie Maloodpadová technologie Bezodpadová technologie Koncepce minimalizace Možnosti zpracování plastového odpadu Třídění plastů Recyklace odpadních plastů Materiálová a chemická recyklace Surovinová recyklace Mechanická úprava odpadu Regranulace PET Recyklace PET Energetické využití plastových odpadů Spalování Zplyňování Pyrolýza Nové metody na zpracování odpadních plastů Thermofuel Hawk Zpracovna odpadních plastů Kamaplast s.r.o... 35

7 13 BLOWDEC Tepelné a katalytické krakování polyolefinů Teplené krakování, tepelná degradace Podstata vynálezu Princip vynálezu Výhody technologie BLOWDEC : Projekt Trvalá prosperita Diskuse Závěr Literatura, použité zdroje Seznam obrázků Seznam příloh... 47

8 1 Úvod Hospodaření s odpady je v současné době frekventované téma. Plasty mají své specifické vlastnosti, a proto se stávají problematickým odpadem. Kromě omezování vzniku těchto odpadů se stává prioritou zejména jejich využívání jako významného zdroje druhotných surovin. [1] Je otázka, zda je účelnější alternativou materiálové, nebo energetické využití plastových odpadů. Světová spotřeba plastů se z cca 5 miliónů tun z roku 1950 navýšila na dnešních 100 miliónů tun ročně. Každým rokem se navyšuje o další 4%. Třetina všech vyrobených plastů se používá jako obalový materiál, který se stává odpadem krátkou dobu po zakoupení zboží. V České republice se ročně vyprodukuje okolo 40 miliónů tun odpadu nejrůznějšího druhu, z toho 10% tvoří komunální odpady. Za rok jeden občan České republiky vytvoří neuvěřitelných kg odpadu. Výroba a použití plastů má destruktivní dopady na životní prostředí. 8% světové spotřeby ropy se využije na výrobu plastů, z toho 50% jako primární vstupní surovina a 50% jako zdroj energie pro vlastní výrobu. Plasty se získávají především z fosilních zdrojů, proto se plastový odpad stává cennou surovinou, dříve nevyužitou. Je tedy nutností, aby se hledaly co největší úspory spotřeby plastů a další možnosti jejich recyklace. Sběr a třídění odpadních plastů je velmi nákladná záležitost. Přes padesát typů plastů se musí recyklovat samostatně, pokud má být finální výrobek kvalitní. Odpady představují stále významnější zátěž pro životní prostředí. Likvidace odpadů by měla být v první řadě ekologicky únosná. Dnes je likvidace odpadů realizována způsoby, které negativně působí na kvalitu vod, půd a ovzduší a jejich prostřednictvím na další složky životního prostředí. Největší nebezpečí je neklesající množství odpadů, které skončí na skládkách. [2] Proto musíme vyvíjet nové technologie a zaručit co největší využití plastového odpadu jako druhotné suroviny. Taková je i nová technologie BLOWDEC, která byla patentována v celé řadě Evropských států. V České republice zatím tato technologie nebyla využita. 8

9 2 Cíl Bakalářská práce materiálové a energetické využití plastových odpadů si klade za cíl seznámit s technologiemi a procesy, které se při úpravě plastů používají. Hlavní přínos práce je prezentace originální technologie Blowdec, která slouží pro depolymeraci směsných odpadních plastů. Seznamuje také s neuskutečněným projektem v programu Trvalá Prosperita 2007, na kterém by se podílela Fakulta životního prostředí Univerzity Jana Evangelisty Purkyně v Ústí nad Labem a Kamaplast s.r.o. Práce by mohla v budoucnu sloužit jako pomocný učební materiál v předmětech týkajících se problematiky využívání odpadů. 3 Metodika Seznámení se s problematikou odpadového hospodářství, legislativou odpadového hospodářství. Dále se zaměřit na prevenci vzniku odpadů, maloodpadové a bezodpadové technologie. Seznámit s technologiemi na zpracování a úpravu plastového odpadu. Návštěva provozovny Kamaplast s.r.o. v Braňanech, která se recyklací plastů zabývá a patří pod spádovou oblast okresu Most. Blíže seznámit s technologií Blowdec, která využívá termického fluidního katalytického štěpení směsných odpadních plastů na produkci žádaných plynných a kapalných uhlovodíků. 9

10 4 Základní pojmy Odpad je definován v 3 odst. 1 ZoOd (Zákon č. 185/2001 Sb., ze dne 15. května 2001, o odpadech) jako každá movitá věc, které se osoba zbavuje nebo má úmysl nebo povinnost se jí zbavit a přísluší do některé ze skupin odpadů uvedených v příloze tohoto zákona. Komunální odpad je dle 4 písm. b ZoOd veškerý odpad vznikající na území obce při činnosti fyzických osob nebo je uveden v prováděcích předpisech s výjimkou těch, které vznikají u právnických osob nebo fyzických osob majících oprávnění k podnikání. Odpadové hospodářství je dle definice v 4 písm. c ZoOd činnost zaměřená na předcházení vzniku odpadů, na nakládání s odpady a na následnou péči o místo, kde jsou odpady trvale uloženy, včetně kontroly těchto činností. Nakládání s odpady je upraveno v 4 písm. d ZoOd jako jejich shromažďování, soustřeďování, sběr, výkup, třídění, přeprava a doprava, skladování, úprava, využívání a odstraňování. Zařízení je technické zařízení, místo, stavba, případně část stavby (dle 4 písm. e). Skládkou se rozumí technické zařízení určené k odstraňování odpadů jejich trvalým a řízeným uložením na zemi nebo do země. Původci odpadu jsou právnické osoby a fyzické osoby oprávněné k podnikání, při jejichž činnosti dochází ke vzniku odpadů. Fyzické osoby původcem nejsou, protože produkují pouze komunální odpad, za jehož původce jsou považovány obce. Oprávněná osoba je taková osoba, která je k tomu oprávněna podle zákona o odpadech a podle živnostenského zákona. Z toho vyplývá, že ne každý původce odpadu je oprávněn k nakládání s ním. Tuhé komunální odpady jsou odpady z domácích, obchodních, průmyslových a jiných zdrojů, které spadají do šesti základních kategorií: pevné odpady, nepevné odpady, nádoby a obaly, odpady potravin, zahradní smetí a smíšené organické a anorganické odpady. Pyrolýza je tepelný rozklad organického materiálu pomocí tepla bez přístupu kyslíku. Recyklace je proces přeměny recyklovatelného materiálu na nové výrobky. 10

11 Udržitelný rozvoj je splnění potřeb současnosti bez ohrožení schopnosti pokrytí potřeb příštích generací. Zpětné získání energie je proces zpětného získání tepelné energie vznikající spalovacím procesem. Tepelná energie se zpětně získává pomocí výměníků tepla, které přenosem získají (extrahují) energii ze spalných plynů. Materiálové využití odpadů je náhrada prvotních surovin látkami získanými z odpadů, které lze považovat za druhotné suroviny, nebo využití látkových vlastností odpadů k původnímu účelu nebo k jiným účelům, s výjimkou bezprostředního získání energie. Energetické využití odpadů je použití odpadů hlavně způsobem obdobným jako paliva za účelem získání jejich energetického obsahu nebo jiným způsobem k výrobě energie. Druhotná surovina je surovina nebo materiál získaný z odpadu, který je způsobilý k dalšímu hospodářskému nebo jinému využití, zůstává přitom odpadem až do dalšího zpracování. Využívání odpadů - jsou činnosti uvedené v příloze č. 3 označené kódem R Patří sem např.: - využití odpadu jako paliva, nebo jiného energetického zdroje, - recyklace ostatních anorganických materiálů, - obnova látek používaných ke snižování znečištění, - rafinace použitých olejů, nebo jiný způsob jejich opětného použití, - aplikace do půdy, která je přínosem, - využití odpadů, které vznikly aplikací předchozích postupů, - předúprava odpadů, - skladování s výjimkou dočasného skladování. Obal je soubor prostředků, které se používají k zajištění balení, tj. k ochraně výrobků, ochraně umožňující oběh zboží a usnadňující jeho prodej a spotřebu. [3] 11

12 5 Seznam použitých zkratek HDPE- High Density Polyethylene, polyethylen s vysokou hustotou LDPE- Low Density Polyethylene, polyethylen s nízkou hustotou PA- polyamidy PBT- polybutylentereftalát PC- polykarbonát PET- polyethyléntereftalát PP- polypropylen PS- polystyren PU- polyuretan PVB- polyvinylbutyral PVC- polyvinylchlorid RPET- recyklovaný PET 12

13 6 Legislativa odpadového hospodářství ČR Legislativa odpadového hospodářství (dále jen OH) vychází ze státní politiky ŽP ČR. Hospodaření s odpady bylo poprvé v ČR právně upraveno Zákonem č. 238/1991 Sb., o odpadech, na který navázala řada provádějících předpisů. V tomto zákoně nebyly dostatečně zachyceny ekonomické nástroje, které se zabývají minimalizací produkce odpadů, sběr a úpravy odpadů za účelem jejich dalšího využití. Nástroje obce pro řešení problematiky komunálních odpadů. Až v letech byly právní normy upraveny, doplněny a novelizovány. Novelou Zákona č. 125/1997 Sb., o odpadech. Oba první zákony o odpadech vytvořily právní a institucionální podmínky pro evidenci vzniku odpadů, nakládání s nimi a jejich odstraňování. V roce 2001 došlo k další novelizaci Zákonem č. 185/2001 Sb., o odpadech, stále převládají málo vhodné způsoby nakládání s odpady, především je malý podíl odpadů využívaných jako druhotné suroviny, recyklovaných nebo využívaných energeticky a také se stále nedostatečně rozvíjí prevence vzniku odpadů. Nežádoucí je i při odstraňování odpadů dominantní postavení skládkování. Právní základ OH upravuje více zákonů a zákonných norem. Zákony upravují především nakládání s odpady všech skupenství, zákonné normy se zabývají problematikou předcházení vzniku odpadů. Základní obecnou úpravou v OH je Zákon o odpadech, ovšem některé druhy odpadů, zvláště tekuté a plynné, ale i odpady z obalů a jiné, podléhají také zvláštním právním předpisům (například vodnímu zákonu, zákonu o ochraně ovzduší, obalovému zákonu), které mají přednost před obecným zákonem o odpadech. [4] 13

14 6.1 Základní právní předpisy odpadového hospodářství ČR Zákon č. 185/2001 Sb., o odpadech. Zákon č.185/2001 Sb., úplné znění Zákona č. 185/2001 Sb., o odpadech a o změně některých zákonů, jak vyplývá z pozdějších změn. Zákon č. 477/2001 Sb., o obalech a o změně některých zákonů (zákon o obalech). Vyhláška č. 376/2001 Sb., Ministerstva životního prostředí a Ministerstva zdravotnictví o hodnocení nebezpečných vlastností odpadů. Vyhláška č. 381/2001 Sb., Ministerstva životního prostředí, kterou se stanoví Katalog odpadů, Seznam nebezpečných odpadů a seznamy odpadů a států pro účely vývozu, dovozu a tranzitu odpadů a postup při udělování souhlasu k vývozu, dovozu a tranzitu odpadů (Katalog odpadů). Vyhláška č. 383/2001 Sb., Ministerstva životního prostředí o podrobnostech nakládání s odpady Zákon o odpadech Zákon č. 185/2001 Sb., o odpadech, je již třetí navazující normou, která řeší problematiku odpadů; předcházení jejich vzniku, omezování vzniku odpadů i následné zacházení a nakládání s odpady. Účelem tohoto zákona je stanovit pravidla pro předcházení vzniku odpadů a pro nakládání s nimi při dodržování ochrany životního prostředí, ochrany zdraví člověka a trvale udržitelného rozvoje, dále práva a povinnosti osob v OH a působnost orgánů veřejné zprávy. Vztahuje se na nakládání se všemi odpady, s výjimkou odpadních vod, odpadů z hornické činnosti, odpadů drahých kovů, radioaktivních odpadů, mrtvých těl lidí, zvířat a jejich ostatků a tak dále. V Zákoně o odpadech v části sedmé v 41 nalezneme Plány odpadového hospodářství (dále jen POH). POH v rozsahu stanoveném tímto zákonem a prováděcím právním předpisem zpracovává ministerstvo, kraje v samostatné 14

15 působnosti a původci odpadů. POH je nástrojem pro předcházení vzniku odpadů, slouží k vyhodnocování stavu OH včetně bilance vztahů mezi produkcí odpadů a nakládání s nimi, stanovuje cíle a podmínky jejich splnění. [5] 6.2 Plány odpadového hospodářství POH ČR obsahuje závaznou a směrnou část. V závazné části jsou uvedeny zásady předcházení vzniku odpadů a nakládání s odpady, směrná část je doplňující a zpřesňující. Plán se vypracovává na dobu 10 let, pokud nebude nutná dřívější změna. POH kraje má rovněž závaznou a směrnou část, musí být v souladu se závaznou částí POH ČR a řeší problematiku OH na území kraje. Kraj v samostatné působnosti je povinen zpracovat návrh POH kraje na dobu 10 let, nebude-li nutná změna dříve. [4] 15

16 7 Charakteristika plastového odpadu Plasty jsou syntetické, nebo přírodní makromolekulární látky schopné tváření tlakem za vysokých teplot. Používají se často s přísadou práškovitých nebo vláknitých plniv, pigmentů nebo barviv, změkčovadel. Ekologická závadnost plastů spočívá ve velmi pomalé biodegradovatelnosti, v obsahu toxických nebo karcinogenních látek (sloučeniny Cd, Sb, Sn, halogenované organické sloučeniny), ve schopnosti uvolňovat vysoce toxické zplodiny např. při požárech, skládkování a spalování. [6] 7.1 Rozdělení a zdroje plastového odpadu V dnešní době jsou známi stovky a tisíce druhů plastů. Nejvíce převažují tzv. komoditní plasty z petrochemického průmyslu (PVC, PE, PP, PS a jejich modifikace). Jejich objem čítá 70% až 80% spotřeby všech plastů. Nyní jsou na trhu nové materiály (polymerní směsi, vícevrstvé fólie, kompozity) a výrobky. Zdroje plastových odpadů jsou podniky, které plasty vyrábějí a zpracovávají, např. chemický průmysl, zpracovávání a použití plastů, textilní průmysl, jemná mechanika, komunální hospodářství, výroba brusiv, fotolaboratoře, obalová technika, atd. Plastové odpady díky svému objemu a specifické hmotnosti, tvoří velký podíl odpadů. Podle původu je dělíme na technologické (odpad z výroby plastů). Technologické odpady se zpětně použijí ve výrobě a to v barevné směsi, kde není jednobarevnost požadována. Plastové odpady průmyslové vznikají z plastů zpracovaných v průmyslu, včetně obalů. Komunální odpady se skládají především z obalů od potravin a nápojů.(viz příloha 4) Termoplastové odpady, které jsou velmi dobře zpracovatelné. Vznikají při úpravě nebo používání ve sféře průmyslu a spotřeby a to zejména: polyvinyly (PVC), polyolefiny (PE, PP), polystyren, polyuretan, polyetylentereftalát(např. PET lahve). Lze je opakovaně roztavit a ochlazením převést zpět do tuhého stavu. Chemická struktura se během zahřívání nemění, neprobíhá chemická reakce. Termoplast je možno za tepla tvarovat (např. PP, PS, PP). 16

17 Termosety (reaktoplasty) jsou odpady z výroby vícevrstvých lisovaných hmot, tvarovaných materiálů z plastů, jako jsou desky, tyče, trubky a textilní odpad tvrzený plasty, odpady z výroby pryskyřic. Obsahují plniva, které často obsahují primární materiál (papír, sklo, textil). [7] Jsou to tvrditelné hmoty, které při zahřívání přecházejí do netavitelného stavu. Zahřívání je nevratným procesem, při kterém dochází k chemické změně. Patří sem animoplasty, zoxidované pryskyřice, fenoplasty. Elastomery neboli kaučuky jsou makromolekulární látky, které se rychle vrací do původního tvaru a rozměru, z nichž byly podstatně přeměněny malým napětím. Přírodní kaučuk se stal významným materiálem již od objevení Charlesem Goodyearem. V roce 1839 došlo k velkému rozvoji syntetických kaučuků, což vedlo k rozmachu gumárenského průmyslu. Kaučuk se používá především na výrobu pneumatik a technické pryže (80%).[8] Podle zpracovatelské možnosti se odpad dělí podle struktury na homogenní a heterogenní. Do homogenního odpadu patří termoplastové odpady na bázi PVC. PE, PP, PVB a další. Jejich společnou vlastností je možnost i vícenásobné recyklace. Heterogenní odpad je např. odpad kde jsou spojeny textilní materiály s PVC, popř. s PVB. Převažuje kombinace PVC s textilem. Jedná se o odpad ze syntetických usní, koženek, polyuretanových podešví atd. [6] Řazení skupin v katalogu odpadů Odpady z výroby, ze zpracování, z distribuce a z používání plastů, syntetického kaučuku a syntetických vláken Odpady z tváření a obrábění kovů a plastů Plastový obal Odpady ze zpracování použitých plastů Plast (součást stavebního odpadu) Drobné plastové předměty (součást komunálních odpadů) Ostatní plasty (součást komunálních odpadů). [9] 17

18 7.1.2 Příklady plastů PVC- před zavedením PET v sedmdesátých letech byly nádoby na tekutiny vyráběny hlavně z PVC. V současnosti se PVC dosud používá na etikety (což je z hlediska recyklace závažný problém). RPET- je recyklovaný PET. RPET je používán jako vlákna v mnoha aplikacích (zimní fleece svetry, koberce, izolační výplně). Jinou aplikací jsou vázací pásky, nádoby pro potravinářské a technické užití. PET- používá se hlavně pro výrobu lahví, (recyklační značka 1). Nejvíce se používá k výrobě PET lahví. PET je velmi dobře recyklovatelný a jako recyklát je v čisté formě velmi žádaný. Z recyklátu se vyrábí především vlákno pro další zpracování. (koberce, nákupní tašky a v neposlední řadě v zpracování jako druhotné suroviny v textilním průmyslu). HDPE- (recyklační značka 2) -polyetylén (hustý). Díky jeho vlastnostem se z něj vyrábějí potravinářské obaly, či víčka od nápojových lahví. Je relativně odolný proti chemikáliím, používá se i k výrobě obalů na nejrůznější čistící prostředky. Z recyklátu se dají vyrobit například další obaly, plastový nábytek, nebo plastové ploty. PVC- (recyklační značka 3). V ČR se nerecykluje. LDPE- (polyethylén- nehustý). Je měkčí než HDPE. Měkčí obaly. Na mražené výrobky. Z recyklátu je možné vyrobit například pytle na smetí, různé fólie, plachty, odpadkové koše a někdy se může použít jako náhrada za dřevo (zahradní nábytek). PS- (recyklační značka 6). Z recyklovaného PS se vyrábějí izolace. PBT- (recyklační značka 7). PC- polykarbonáty jsou oblíbené společností Apple Computer (a nejen jí) k povrchovým úpravám počítačů. PP- (recyklační značka 5) Je to pružný plast využívaný pro výrobu pružných obalů. [10] 18

19 8 Prevence vzniku odpadů Největší priorita dnešní doby je omezit znečišťování životního prostředí a narušování ekosystému. Dochází k velkému rozšíření vyráběných chemikálií a odpadů z chemických výrob, z nichž mnohé velmi zhoršují stav životního prostředí. Nynější zpracování odpadů má značné nevýhody. Nebezpečné látky se jen převádějí z jednoho média do druhého, než aby došlo k úplnému odstranění. [11] 8.1 Základní opatření k ochraně přírodních zdrojů Úspora materiálů a energií, kdy se komplexně využijí suroviny v úpravárenských technologiích a zpracování ve výrobní sféře s recyklací odpadních materiálů po dožití výrobků. Zavádění nových technologických postupů typu máloodpadových, přesněji čistších technologií, které předcházejí samotnému vzniku odpadů v konkrétních výrobních procesech. Recyklace, regenerace a opětné využití odpadů vznikajících uvnitř i mimo základní výrobní procesy. Šetření materiály a energiemi ve sféře společenské a osobní spotřeby. Třídění v místě vzniku odpadu a jejich separovaného sběru.(při důsledném třídění se část odpadů stává druhotnými surovinami). 8.2 Maloodpadové a bezodpadové technologie Nyní přicházejí do úvahy tzv. bezodpadové technologie, či maloodpadové technologie, při kterých odpady nevznikají, nebo jen v malé míře. Je to ideální řešení problémů znečišťování životního prostředí. Jedná se o prevenci a omezení výroby nebezpečných odpadů ve všech složkách ŽP. Vytvářejí se bezpečnější pracovní podmínky. 19

20 Snižuje se náročnost na materiály, při samotné výrobě. Patří sem změna výrobků, změna procesů a zdokonalené metody údržby. Jejich prvořadým úkolem je co nejvíce zabránit tvorbě odpadů. Výrobky musí být přijatelné z ekologického hlediska.[12] Z ekonomického hlediska je prevence vzniku odpadů velice výhodná. Snižují se náklady za zneškodňování odpadů. Dochází ke snížení energetických nákladů a jsou tu značné úspory surovin. Nejdůležitější je však to, že tyto tzv. čisté technologie jsou prostředkem pro zvýšení konkurenceschopnosti výrobků. Preventivní opatření by měli zamezit a odstranit všechny procesy, při kterých vznikají škodliviny. Bezodpadové technologie jsou založeny na prevenci, která znamená změnu procesu, použití jiných surovin a vývoj nového procesu, při kterých by vznikalo co nejmenší množství odpadů. Proto byla založena Mezinárodní asociace pro bezodpadové technologie se sídlem ve Vídni, která je nevládní a nevýdělečná organizace. Řada odborníků však dává přednost recyklování, nebo spalování odpadů a jsou razantně proti změnám v technologických postupech, přestože je omezení vzniku odpadů, či zavádění bezodpadových technologií ekologičtější než samotné zneškodňování odpadů, Z ekologického hlediska by se měla při výběru a vývoji procesů, dávat přednost tzv. čistým technologiím. Bohužel u některých technologií je změna natolik finančně náročná, že je v podstatě neproveditelná. Hlavní a největší překážka maloodpadových technologií je v tom, že jí musí uskutečnit sami výrobci. Ti však na rozdíl od ekologů považují odpady za nevyhnutelné a málo významné. Motivace ke snižování jejich množství není pro ně směrodatná. Maloodpadové technologie mají také své nevýhody, jako je energetická náročnost postupů spojená s termodynamickým charakterem separačních a koncentračních postupů. Neuvážlivé zavedení maloodpadových technologií by také mohlo znamenat přesun vzniku odpadů z průmyslových oborů do odvětví paliv a energie. Proto se dává přednost tradičním výrobním technologiím. 20

21 Čistší produkce se týká všech fází cyklu výrobku (fáze výrobní, užívání- spotřební fáze, fáze zániku-způsobu zneškodnění). Pojem čistší produkce se vztahuje k celému ekonomickému reprodukčnímu cyklu. (obr.1)[11] SUROVIN A VÝROBEK UŽITÍ ODPAD = DRUHOTNÁ SUROVINA Obrázek 1 Odpad jako druhotná surovina [4] Maloodpadová technologie Maloodpadová technologie je změna původního procesu ke snížení množství odpadů vnášených do prostředí. Pokud řešíme problém recyklace odpadu zpět do výroby za vzniku nového produktu, zpravidla nejde o bezodpadovou, ale maloodpadovou technologii, kde málo je dáno minimálním nevyhnutelným množstvím energie skutečně spotřebované na to, aby se odpad využil znovu. Bezodpadové technologie není tedy možné chápat jako technologie na produkci užitečných výrobků z odpadů jiných technologií bez ohledu na jejich hodnotu nebo vynaložené náklady. Při máloodpadových technologiích se jedná o vysoký stupeň využití surovin a podstatné snížení zpracovatelského odpadu Bezodpadová technologie Při bezodpadové technologii jsou vytvářeny uzavřené technologické cykly, v rámci kterých se odpady recyklují a vracejí se zpět do výroby. Velmi důležitým faktorem při návrhu bezodpadové technologie je i množství potřebné energie. Jde totiž o to, že výroba energie je spojená s využíváním omezených přírodních zdrojů a 21

22 ve většině případů se znečišťováním jednotlivých složek životního prostředí. Součástí bezodpadové technologie musí být i doprava, distribuce výrobků, metody a možnosti jejich používání. Bezodpadová technologie je založená na koncepčním řešení celého cyklu: dodávka surovin-výroba- spotřeba-odstraňování a recyklace odpadu, což považujeme za ucelený systém, jehož jednotlivé prvky na sebe vzájemně působí. Minimální spotřeba surovin a energie, přičemž při vlastní výrobě by neměly vznikat žádné dále nezpracovatelné, či nevyužitelné odpady nevznikaly ani v procesu užívání výrobku, ani při jeho odstraňování. [13] Ekologicky bezodpadové technologie to jsou takové technologie, které nemají negativní účinky na životní prostředí. [11] 8.3 Koncepce minimalizace Koncepce minimalizace odpadů je metoda čistší produkce. Minimalizace odpadů se provádí dvěma způsoby. Primární strategie je ekologicky neškodné využití produktů při minimální spotřebě materiálů a energie. Technické přístupy vývoje procesů minimalizace odpadů lze rozdělit: Otevřený systém, ve kterém všechny odpady odcházejí do prostředí, který však lze částečně uzavřít tak, aby se odpady z části (nejlépe vícestupňově) využívaly jako druhotné suroviny. Uzavřený systém, který je principiálně možný tehdy, jestliže příčinou vzniku odpadů jsou pomocné materiály. Jelikož se pomocná látka v procesu chemicky nemění, lze ji po odstranění recyklovat. (otevřený systém, vícestupňové využívání odpadů (maloodpadové technologie), uzavřený systém (bezodpadové technologie)).[14] 22

23 9 Možnosti zpracování plastového odpadu Plastové odpady jsou často zpracovávány tepelně, nebo skončí na skládkách, kde se vyskytují velká množství PE fólií, obalů, PET lahví, pytlů, výplní, PS krabic atd. Druhotné využití plastů je určováno cenou surovin. Největší problémy způsobují obaly a láhve, jejichž výroba se navyšuje pro výhodné vlastnosti termoplastů, proto tak dramaticky narůstá i odpad z obalového materiálu. V mnoha zemích (v komunálních, ale i v průmyslových odpadech) tvoří obaly celkem 50% objemových a cca 25% hmotnostních z odpadových materiálů. [15] Jejich odstranění, či zpracování se stává velkým problémem. Podle zahraničního výzkumu (Institut RWTH Aachen) jsou v tříděném domovním odpadu téměř výhradně plasty složeny z termoplastů a to v zastoupení skupin: 60 % PE včetně malého množství PP, 20 % PS, 15 % PVC, 5 % speciální typy polymerů. Také reaktoplastové výrobky jsou využívány v průmyslu a domácnostech. Recyklace termoplastů je prováděna tavbou odpadů. Reaktoplasty jsou odolné proti teplu a chemikáliím, jsou značně tuhé, povrchově tvrdé, mají rozměrovou stabilitu a nízkou hořlavost. Jejich využití jako druhotné suroviny jsou v rozdrceném stavu plniva nebo ztužovadla pro nové plastové výrobky a stavební materiály. Při pyrolýzním rozkladu reaktoplastů za vysokých teplot a nepřítomnosti vzduchu vznikají plynné organické látky, které se dají využít jako palivo, nebo jako surovina pro chemický průmysl. Energetické využití spalováním reaktoplastů ve směsných odpadech podporuje jejich vysoká výhřevnost cca 20 MJ.kg -1. Část tohoto odpadu (asi 5 %), se zpětně využívá přímo ve výrobních a zpracovatelských podnicích, tj. vrací se do výroby přímo nebo po úpravě směsí v určitém poměru jako náhrada za původní polymer (asi t ročně). 23

24 9.1 Třídění plastů Druhové a typové třídění amortizovaných plastů řeší česká norma ČSN Značení plastových výrobků pro identifikaci materiálu. Druhové či typové třídění amortizovaných plastů je podmínkou jejich kvalifikované recyklace. Účelem této normy je usnadnit při zhodnocování druhotné suroviny identifikaci materiálu, respektive třídění amortizovaných plastových výrobků podle druhu či typu materiálu tím, že původci opatřují finální výrobky (popřípadě plastové díly finálních výrobků) materiálovou identifikační značkou. Normu lze též využít při organizaci sběru a třídění odpadu v komunální sféře, jakož i při rozhodování o způsobu zhodnocení, likvidace či skládkování plastového odpadu. (viz.příloha 1) [16] Pokud zvláštní legislativní předpis nestanoví jinak, materiálovou značku volí a o jejím uvedení recyklačního symbolu na plastový výrobek rozhoduje původce výrobku. Recyklačním symbolem jako doplňující informací se opatří pouze ty plastové výrobky, které jsou označeny druhovou materiálovou značkou a pro něž je systém sběru, třídění a recyklace již zaveden.[7] 9.2 Recyklace odpadních plastů Recyklace je opětovné využití plastových odpadů. Je to postup kdy se po ukončení životnosti výrobku využije energie a materiálová podstata daného výrobku. Nejvyšší ekonomický užitek přináší recyklace jen těch materiálů, které mají velký rozdíl mezi energetickými nároky na jejich výrobu a energetickou náročností na jejich opětovné přepracování. Recyklace má proto obrovský ekologický význam, týká se také odpadních plastů. Základní podmínky ekonomicky efektivní recyklace jsou splněny i v případě odpadních plastů. Dostatečně vysoký rozdíl mezi energetickou spotřebou výroby polymeru a přepracováním použitého materiálu stejně jako ropná (tj. z hlediska přírodních zdrojů neobnovitelná a tedy perspektivně stále dražší) materiálová báze plastů jsou nutnými předpokladem pro efektivní zhodnocení plastových odpadů. Recyklace odpadních plastů je však komplikována, tím že velká část odpadních plastů pochází 24

25 z druhově netříděného komunálního sběru a obsahuje vysoký počet vzájemně nemísitelných druhů polymerů.[17] Dnes se usiluje o co nejefektivnější využití přírodních zdrojů. Strategie tzv. hospodárnosti zdrojů byla zpracována Evropským svazem výrobců plastů (Associatiori of Plastics Manufactures in Europe APME), který reprezentuje evropské výrobce plastů. Je známá jako Integrovaný přístup a zahrnuje všechny fáze použití plastů od výroby a po konečnou likvidaci. Integrovaný přístup v oblasti odpadů zahrnuje koncepty: Prevence cestou u zdroje tj. minimalizace odpadů ve výrobě. Opakované použití formou prodloužené životnosti pro určité typy výrobků. Recyklace (výrobou nových předmětů z již použitých materiálů). Ukládání odpadů nevhodných k jiné formě použití a odpadů z jiných forem zpracování odpadů. [18] Materiálová a chemická recyklace Materiálová recyklace je zvláště vhodná pro termoplasty. Zahrnuje procesy jako mletí upotřebených výrobků a následné tepelné a mechanické zpracování meliva na výrobu nových výrobků. Musí se dodávat tepelná a mechanická energie a aditiva (stabilizátorů, barviv případně i plniv). Po přetvoření druhotné suroviny na nový materiál, který je svými vlastnostmi blízký výchozímu polymeru. Materiálová recyklace nemusí být využitelná pro všechny druhy vstupní suroviny. Některé polymery jsou ze své podstaty zvlášť náchylné k degradaci při opakovaném zpracování, což komplikuje jednak samotné technologické provedení recyklace a jednak významně zhoršuje kvalitu recyklátu. Další komplikací využití materiálové recyklace je požadavek na poměrně vysokou čistotu vstupní suroviny. V takových případech je východiskem chemická recyklace. Chemická recyklace je založena na chemickém rozkladu polymeru na produkty o podstatně nižší molární hmotnosti (oligomery), nebo až na monomerní jednotky a dalším chemickém zpracování takto získané suroviny. Nejvýznamnější výhodou tohoto 25

26 způsobu recyklace jsou poměrně nízké nároky na čistotu vstupní suroviny. Nevýhodou jsou naopak poměrně vysoké investiční náklady na technologické zařízení. [19] Surovinová recyklace Surovinová recyklace směsných plastových odpadů. Při tomto postupu se molekuly polymerů štěpí (krakují) působením tepla a vznikají uhlovodíkové frakce podobně jako při zpracování ropy. Tyto pak mohou být využity při další chemické výrobě tedy i výrobě plastů. Je však potřeba nalézt hranice technologického použití této recyklace a vyjasnit otázky ceny.[18] Samotné recyklaci předchází nejprve předběžné látkové třídění a odstranění rušivých frakcí. Sběr a třídění sebou přináší velké problémy. Jedna z možností stanovení druhu polymeru a jejich separace je flotační metoda (rozdružení ve vodní lázni), kde se využívá rozdílné hustoty plastů. Další metoda je triboelektrická, která využívá tření nabitých částic elektrostatickým nábojem. Další zkouška je plamenem, zkouška tvrdosti, mechanické zkoušky tahem a rázové. Plastové odpady z komunálního odpadu jsou velmi kontaminovány. Jejich využití je velmi obtížné. Ekonomicky je recyklace skoro neúnosná, náklady na čištění a separaci jsou velmi vysoké. Produkt je surovina vhodná pouze pro výrobu plastových směsí, nedá se použít v potravinářství a v obalovém průmyslu. Náprava by nastala teprve v okamžiku, kdyby se zaručilo třídění již u původců těchto odpadů. Řešení vyžaduje komplexní přístup. 26

27 9.3 Mechanická úprava odpadu Rozmělňování, drcení a třídění- vyžaduje jednoduché i složité technologie a nákladné zařízení, liší se podle typu plastových odpadů. K hrubému rozrušení velkých kusů se používají kladivové drtiče. Nožový mlýn (obr 2), je použit bud samostatně pro hrubé řezání plastového odpadu i fólií, nebo je součástí drtící linky s výstupem jemné frakce. Obrázek 2 Nožový mlýn [29] U nožového mlýna se otáčí rotor s noži vysokou rychlostí, předupravuje materiál, který přichází z násypky na velikost ok síta, kterým materiál propadává. Kryogenní technika se využívá jen při úpravě termoplastů s nízkým bodem tavení. U reaktoplastů stačí chlazení vzduchem. Nejschůdnější metodou pro kryogenní drcení termoplastů je přímé vstřikování kapalného dusíku do pracovního prostoru drtícího stroje. 27

28 9.4 Regranulace Do tvaru granulí se obvykle převádí i průmyslový odpad, který vzniká při zpracování plastů a tříděný odpad plastů. V hnětacích strojích je plastová drť převáděna do plastického stavu. Odkud se šnekovým vytlačovacím zařízením dopravuje do granulačního zařízení. Získává se tzv. regranulát. Ten je vhodný pro přesné dávkování polymeru do zpracovatelských strojů. Při granulaci za studena probíhá chlazení ve vodní lázni a po odstranění vody jsou struny sekány na válečky (granule).(obrázek 3)[7] Obrázek 3 Linka pro míchání vyztužujících plniv do termoplastické matrice se současnou granulací[30] 1 hnětač, 2 granulační hlava, 3, 4 plnící šnek, 5, 6 - polymer, 7 aditiva, 8 vyztužující vlákna, 9 odsávání, 10 vodní chlazení, 11 vzduchový nůž, 12 sekání noži, 13 sušení a chlazení znečištěného plastového odpadu na regranulát. [28] 28

29 9.5 PET Obliba polyethylentereftalátu především ve formě nevratných láhví jako obalu na nápoje stále roste. Tvoří téměř polovinu všech odpadních plastů cca 60 tisíc tun odpadu PET a jeho množství každoročně stoupá. V Česku máme vlastní dostatečné zpracovatelské kapacity, ať už to je známé přepracování na polyesterovou střiž v a.s. Silon v Plané nad Lužnicí, či závod společnosti Plastic Technologies & Products s.r.o. v Jílovém u Prahy, kde z lahví vyrábějí opětovně lahve. Sběr použitých PET lahví se realizuje společně se separovaným sběrem odpadních plastů organizovaným obcemi. Třídění se provádí převážně ručně. Dále se mohou třídit podle barvy. Takto vytříděný PET se lisuje, nebo drtí na vločky. Balíky a vločky jsou pak předmětem obchodu, nebo se dále zpracovávají. Obrázek 4 Strukturální vzorec PET[31] Ročně se recykluje cca 20 tisíc tun. Zbytek se ukládá na skládkách. Biologická rozložitelnost PET se předpokládá v přírodě v řádu stovek let. Odpadní PET se také vyváží převážně na asijský trh. Současná recyklace spočívá v parciální glykolýze a v následné sekundární produkci technického rouna (textilie, speciální vlákna, izolační materiál apod.). Důležitým aspektem při zpracování vloček je jejich barevnost a kontaminace. Kontaminaci tvoří původní obsah, PE (jedná se o víčka a popisky), lepidla a papír, nebo také minerálními nečistotami a PVC. K třídění se používá mokré praní včetně flotace. Tento proces bývá náročný na spotřebu vody. 29

30 9.5.1 Recyklace PET U PET se především uplatňuje chemická recyklace Nejlevnějším a nejběžnějším způsobem je částečná glykolýza. Tímto způsobem se připravuje většinou PET o molekulové hmotnosti 20 až 30 tisíc. Tento recykláž se zvlákňuje a připravuje se z něho technické vlákno. Jeho kvalita je nižší než vlákna z panenského esteru, proto se pro zpracování vlákna na textilie mísí s panenským polyesterem. Uvádím zde způsoby chemické recyklace PET, jako je např. úplná glykolýza, alkoholýza, hydrolýza (kyselá, nebo basická). [20] Zajímavější je uvést nové postupy přepracování odpadního PET Ve výzkumném ústavu pro hnědé uhlí (VUHU) v Mostě vyvinuli nové odlišné způsoby recyklace tohoto odpadu. Oba tyto postupy spojuje oproti starým metodám významná výhoda. Odpadní PET se nemusí čistit, a ani oddělovat příměsi (polyethylen ve víčkách a papírové etikety). Příměsi se během procesu rozloží. První proces vychází z patentu CZ (Způsob fyzikálně- chemické recyklace odpadního PET). Využívá se zde energetické působení vysokofrekvenčního záření (mikrovlnné) k destrukci struktury PET ve vodném kyselém prostředí. Vzniká suspenze kyseliny tereftalové o vysoké hustotě přes 99% s výtěžností kolem 96%. Druhý způsob chrání patent CZ (Způsob přepracování odpadního polyethylentereftalátu jeho tepelným rozkladem). Tato metoda je založena na tepelném rozkladu netříděného odpadního PET za přesně definovaných tepelných podmínek. Produktem je směs kyseliny tereftalové a benzeové v poměru 95%:5% a pevný uhlíkatý zbytek. Směs kyselin se může fyzikálně- chemickými procesy rozdělit a přečistit a dále použít. Další produkt je též uhlíkatý zbytek, využitelný pro celou řadu technických aplikací. 30

31 10 Energetické využití plastových odpadů Využitelnost odpadů jako zdroje energie je závislá na několika technických, ale také na ekonomických faktorech, z nichž mezi nejdůležitější patří obsah spalitelného podílu a obsah vody, hodnocením může také být výhřevnost daného odpadu. [11] Termické zpracování plastového odpadu, zahrnuje spalování, různé způsoby zplyňování a zkapalňování Spalování Plasty jsou organické látky, jejichž výchozí surovinou je ropa. Jejich odpad představuje zdroj energie. Spalováním se využije vysokého spalného tepla plastů. Asi 25% plastových odpadů tvoří PVC, jehož spalováním se uvolní HCl. Větším rizikem při spalování plastů s obsahem chlóru při teplotách 800 až 1000ºC, je vznik polychlorovaných aromatických sloučenin, které jsou velmi toxické. Polychlorované dibenzofurany a dibenzodioxiny se usazují na sazích.[6] Při spalování se musí dodržet základní podmínky: Dostatek tepla (rychlému zahřátí odpadu na zápalnou teplotu, podle druhu odpadu 250 až 400ºC). Dostatečná teplota hoření nad 850ºC. Dostatečné zdržení spalin v pásmu vysokých teplot (1 až 2 s). Dostatek spalovacího vzduchu, který je přiváděn s 1,5 až 2,0 násobným přebytkem.[7] 10.2 Zplyňování Při zplyňování se energie obsažená v tuhém odpadu převede do plynné fáze. Spalitelné uhlíkaté látky v odpadu se na hořlavé plyny přeměňují tepelným štěpením a nedokonalým spalováním. Probíhají oxidační a pyrolytické procesy, při kterých vzniká topný plyn s velkým obsahem oxidu uhelnatého, procesy pyrolýzní 31

32 doprovázené vznikem topného plynu s velkým obsahem methanu a jiných uhlovodíků. Jako zařízení na zplyňování se nejvíce používají různé reaktory, šachtové pece trubkové reaktory, rotační pece, fluidní reaktory atd. [6] 10.3 Pyrolýza Pyrolýza je tepelné štěpení makromolekulárních sloučenin při zachování hodnotných vazeb mezi uhlíkem a vodíkem. Při dlouhodobé pyrolýze se používají tavicí kotle, šachtové pece, komorové pece, šnekové reaktory a rotační bubnové pece. Krátkodobá pyrolýza pracuje s fluidními reaktory nebo s reaktory s tekutým ložem taveniny solí. Produkty pyrolýzy jsou benzín, plynový olej, těžký olej, oleje s vysokým obsahem alkanů, vodík, metan aj. technologický proces představuje bezodpadový uzavřený cyklus. Toto surovinové zpracování polymerních odpadů probíhá bez možnosti úniku škodlivých emisí do atmosféry a bez znečištění půdy a vody. [7] 32

33 11 Nové metody na zpracování odpadních plastů 11.1 Thermofuel Australská společnost Ozmotech přišla s novou metodou výroby tzv. zeleného dieselového paliva z odpadních plastů. Technologie označována jako Thermofuel, vyrobí z jednoho kg plastů až 950ml paliva, které se využívá v dieselových motorech. Technologii používají již několik let úspěšně v Japonsku. Jednotka Thermofuel dokáže vyprodukovat 9500 litrů vysoce kvalitního syntetického paliva z 10 tun odpadního plastu, přičemž denní kapacita se pohybuje od 10 do 20 tun za den. Patentovaný proces zahrnuje zkapalňování, pyrolýzu a katalytický rozklad vstupní suroviny. Výhodou je, že proces dokáže zpracovat teoreticky veškeré plasty. Vhodný je zejména pro PE, PE, PS. Netříděné plastové odpady se zpracovávají přímo bez předchozího třídění, a to i s obsahem zeminy, hliníku, tiskařské barvy, zbytky olejů a podobně. Předpokládá se, že do dvou let bude tato technologie jen v Evropě produkovat kolem 200 mil. litrů nafty s nízkým obsahem síry, čímž se ušetří tun plastů před uložením na skládky. Vzhledem k množství dostupné suroviny však může kapacita systému v Evropě dosáhnout 800 až 900 mil. litrů vyrobeného paliva. Systém Thermofuel spočívá ve zkapalnění, pyrolýze a katalytickém rozštěpení plastů, při němž jsou odpadní plasty přeměněny na kapalné uhlovodíky, vhodné jako palivo. Plastový odpad je kontinuálně podroben pyrolýze v cylindrické komoře a plyny, vznikající při pyrolýze kondensují ve speciálně konstruovaném kondensačním systému za vzniku alifatických, cyklo-alifatických a aromatických uhlovodíků. Vzniklá směs v podstatě odpovídá ropnému destilátu. 33

34 11.2 Hawk-10 Americká firma Global Resource Corporation (GRC) vyvinula unikátní projekt, kde se přetváří plasty zpět na ropu, z níž byly vyrobeny, plyn a několik zbytkových látek. Zařízení Hawk-10 využívá specifické mikrovlné frekvence k extrakci nafty a plynu z plastů. Patentovaný proces umožňuje extrahování ropy a alternativních ropných produktů s velmi nízkými náklady z různých zdrojů včetně takových, jako jsou skládky, ropné písky, odpadní ropné toky a bitumenové uhlí s mnohem větší výtěžností, než s využitím dosud známých technologií. Proces využívá specifické mikrovlnné záření k extrakci ropy a alternativních ropných produktů z druhotných materiálů a očekává se, že dramaticky sníží ceny obnovy ropy a plynu. Využívá se pečlivě vyladěných mikrovln. Záření nazvané Hawk-10 pracuje s 1200 různými frekvencemi v mikrovlnném spektru, které působí na uhlovodíkové materiály. Menší verze zařízení připomínají průmyslovou mikrovlnou pec se strojírenským vybavením, větším varianta obsahuje i míchač směsi. Jakmile je materiál zachycen na odpovídající vlnové délce, část uhlovodíků, z nichž jsou vyráběny právě plasty a guma obsažené v materiálu, jsou přeměněny na ropu a výbušný plyn (uvolňujeme uhlíkové molekuly). Cokoliv zůstává na uhlíkovém základě, bez obsažené vody se v mikrovlnce vypaří. Proces zpracuje vše co je založené na uhlíkové bázi. Příklad: z 9,1 kg pneumatik dokáže vytvořit 4,5 litru dieselového paliva, 1,42 m krychlových plynu, 1 kg oceli a 3,4 kg uhlové černi. Vůbec první komerční aplikací systému Hawk-10 je v květnu instalovaný recyklační systém v newyorské lokalitě Long Island, který zpracovává automobilové plasty a gumu. [21] 34

35 12 Zpracovna odpadních plastů Kamaplast s.r.o Hlavním programem společnosti KAMAplast s.r.o. se stala recyklace a zpracování odpadních průmyslových plastů. Recyklované plasty ve společnosti KAMAplast s.r.o. jsou na vysoké kvalitní úrovni, proto je lze s úspěchem používat jako procentuální náhradu originálních plastů, v mnoha případech se používají jako 100% materiál pro výrobu. Recyklují se polyolefiny, převážně HDPE, LDPE, PP, PS, ABS, PA, PVC a jejich modifikace. Rovněž také fólie LD-HDPE, PP a PS. Tyto materiály společnost vykupuje, zajišťuje jejich odvoz a vystavuje doklad o provedené recyklaci. (příloha 5) Výroba zahrnuje tyto procesy: Drcení a mletí v závodě se provádí na výkonných strojích. Materiál se zbaví mechanických nečistot a je rozemlet v mlýnech při hrubosti zrna od 4 do 12 mm, dle přání zákazníka. Tento materiál je dále zbaven prachových částic na odlučovačích a přes soustavu magnetů je balen do 20kg polyetylenových pytlů. 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 v celé škále dle vzorníků. Zařízení je uzpůsobeno pro smíchávání jednotlivých materiálů a zčásti k jejich plnění. 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 buď vlastní produkce, nebo výroba pro zákazníky na dodaných nástrojích, které je možno vyrobit prostřednictvím společnosti v nástrojárně, jež s naší společností spolupracuje. Na vstřikolisech společnost vyrábí řadu výrobků, Jedná se o spotřební zboží, kuchyňské doplňky, sportovní i jiné. Převážně se jedná o výrobu technických výrobků pro elektro- průmysl, automobily apod. [22] 35

36 13 BLOWDEC 13.1 Tepelné a katalytické krakování polyolefinů. Hlavní složky plastových odpadů, které je možné recyklovat je PET, HDPE, PP a PS. Tepelné štěpení vyšších uhlovodíku na nižší je uskutečňováno ve dvou typech, a to jako krakování tepelné a krakování katalytické Teplené krakování, tepelná degradace Probíhá na rozdíl od katalytické degradace podle radikálového mechanizmu. Reakce jsou řetězové a nevětvené. Při vysokých teplotách vzniká vysoká škála produktů a vyžaduje vysoké teploty v rozmezí ºC. Nejprve vznikají přechodné volné radikály, které se tvoří štěpením vazeb C-C a C-H. Vazebná energie mezi C-H je větší než u C-C a proto se štěpí lépe. Při vyšších teplotách převládá štěpení delších méně stabilních radikálů a dochází rovněž ke kondenzaci kratších stabilnějších radikálů. Katalytické krakování Vyžaduje mírnější podmínky, při kterých se zabraňuje vedlejším reakcím. V plynných podílech je velké množství C3,C4 uhlovodíků, benzinická frakce je plná rozvětvených alkanů, alkenů a aromatických látek. Katalytické krakování je méně citlivé na změny teplot v důsledku nižších hodnot aktivačních energií. Čím je katalyzátor aktivnější, tím menší teplota je potřebná ke štěpení. Se zvyšující se teplotou se zvyšuje i stupeň přeměny, přibývající olefíny v uhlovodícíchc3-c6, klesá výtěžek benzínu, ale vzrůstá jeho oktanové číslo. Přítomnost katalyzátoru umožňuje vést proces při relativně nižších teplotách. Při katalytickém krakování vzniká hlavně propylén, vedlejší reakcí propan, C4 frakce.[8] 36

37 13.3 Podstata vynálezu Proces BLOWDEC (BLOWing DEComposition - vířivý rozklad) je originální metoda. Technologie využívající vynález je ověřená při regeneraci odpadových minerálních olejů a při zkapalňování odpadních plastů. Proces a technologie BLOWDEC je možné uplatnit jako výhodnou ekonomickou a ekologickou alternativu k již existujícím technologiím. Slibné je využití na zhodnocení alternativních surovinových zdrojů. Princip zhodnocení odpadních plastů spočívá ve zpracování v horkém vířivém lůžku z tuhých částic, například v horkém písku, ve speciálním zařízení v reaktoru BLOWDEC. Proces můžeme zařadit mezi chemické (surovinové) popřípadě recyklační metody blízké termálnímu krakování s nosičem tepla a pyrolýze s fluidním lůžkem (procesy známé z petrochemického zpracování ropy a jejich derivátů). V roce 2003 probíhaly experimenty zaměřené na ověření aplikovatelnosti této technologie při zpracování odpadních plastů z komunálního a průmyslového odpadu. V tomto období se uskutečnilo více testovacích postupů, při kterých byla jako surovina použita ve vzájemných hmotnostních poměrech různé druhy odpadních plastů (včetně PVC). Před samotným zpracováním v jednotce BLOWDEC byly plasty rozemleté a z odpadu byly odstraněny kovové částice. Organické a anorganické nekovové nečistoty, především různé zbytky v plastových nádobách a obalech neomezují proces zpracování. Přítomnost PVC v surovině byly identifikovány jednoduchou zkouškou využívající rozdílné hustoty jednotlivých plastů. 37

38 tabulka 1 Výsledky zpracování plastů SLOŽKA Hm.% HD PE 10 LD PE 38 PP 30 PS 15 PA 4 PMMA 1 PUR 2 PVC (!) 0 Testovací program pro vícero zdrojů směsných odpadních plastů dokázal, že finální produkty depolymerizace je možné kvalifikovat jako lehký, nebo těžký (ZPE teplota tuhnutí nad 25%) topný olej s nízkým obsahem síry. Výsledky probíhajícího výzkumu s cílem optimalizovat využití získaných uhlovodíků jako polotovarů pro další zpracování např. do petrochemického průmyslu Princip vynálezu Při zpracování odpadů s obsahem kapalných a tuhých uhlovodíků (plastů) dochází současně se separací kapalných podílů ke krakování uhlovodíků na ekonomicky zajímavý produkt. Chemický reaktor podle vynálezu představuje principálně novou technologii v technické oblasti chemických reaktorů pro štěpení a separační procesy. Klíčem zařízení je speciální reakční komora- reaktor BLOWDEC. Svojí strukturou připomíná kladivový mlýn a radiální ventilátor. Hlavními částmi reaktoru jsou plnostěnná válcová nádoba, v které se otáčí rotor unášející otěru vzdorné (keramické) lopatky. Rotor se uvádí do otáčivého pohybu motor. (viz. příloha1.). Otáčivý pohyb lopatek rotoru v reakční komoře způsobuje intenzivní mísení a víření reakční směsi složené z tuhé organické látky (písek) a organické složky 38

39 (tuhé/kapalné uhlovodíky). V důsledku tření lopatek rotoru o reakční směs a hydrodynamických sil se generuje teplo. Částice tuhé organické látky, například písku, zároveň vytváří při válcové stěně komory vířivé horké lůžko s fluidními vlastnostmi. Obrovské množství intenzivně se pohybujících jemných částic s velkou kinetickou energií působí mechanicky aktivačně na velké molekuly uhlovodíků a současně s účinkem vysoké teploty, způsobuje štěpení molekul. Zásadní úlohu sehrává i značný celkový povrh tuhých částic s rozlohou několik tisíc metrů čtverečních, který představuje vysoce účinnou teplotně výměnou plochu. Ve vířivém lůžku probíhá podstatná část chemických reakcí a fyzikálních procesů. Nejdůležitější chemické děje probíhají ve vířivém fluidním pískovém lůžku, probíhají zde štěpné reakce všech typů (mechanicky aktivační, tepelné i katalytické (SiO 2 ), jako jejich vzájemná kombinace). Primární reakční produkty štěpení větších molekul vstupují do rekombinačních a izomerizačních reakcí. Některé plasty podléhají náhodně (polyolefíny- PE, PP), jiné nenáhodně depolymerizací (PS). Převážná část těžkých a tuhých uhlovodíků se v pískovém fluidním lůžku štěpí na lehčí složky, současně se vypařuje a ve formě procesního plynu opouští komoru reaktoru. Současně se vypařují látky s nižší teplotou varu (voda). Vzhledem k tomu, že všechny fyzikálně a chemické děje probíhají současně v jednom pracovním stupni, dosahuje se velmi vysoké energetické účinnost procesu. V minimální závislosti od složení organických látek vstupujících do procesu BLOWDEC. Získané uhlovodíky převážně odpovídají složením kvalitnímu energetickému (topnému) oleji s nízkým obsahem síry. Proces je při zpracování některých typů odpadů provázený tvorbou lehčích kapalných uhlovodíků a uhlovodíkových plynů, ale i malou tvorbou koksu- elementárního uhlíku, který se však v reaktoru neukládá, ale je ve formě vzdušné disperze trvale vynášený proudem reakčního plynu z reaktoru. Při procesu dochází k fyzikálním a chemickým dějům, kdy vzniká téměř 100% výtěžku uhlovodíků a také změna kvality získaného oleje v porovnání s původními organickými látkami vstupujících do procesu. Zároveň dochází k účinnému rozdělení látek tvořících původní odpadový materiál, přičemž se získává 39

40 čistý hodnotný olej bez znečisťujících látek, oddělená odpadní voda a tuhá fáze (když byly přítomné), v které jsou pevně zafixované části anorganických polutanty, například chloridy kovů při zpracování PCB. Oxidy dusíku a síry se nevytvářejí. (příloha 2). Kapacita zpracování odpadů, výkon zařízení závisí na různých faktorech, především na složení odpadu a reakční teploty. Například v 200kW reaktoru při teplotě 450ºC cca 520kg/h odpadních plastů. [23] 13.5 Výhody technologie BLOWDEC : Může se prakticky recyklovat směs odpadních plastů nezávisle na chemickém složení (mimo sloučenin, které mají organicky vázaný chlór a fluor) Ekonomicky téměř 100% převod separovaných i směsných odpadních plastů na kapalné a plynné uhlovodíky Materiálové využití uhlovodíků z odpadů s obsahem ropných látek, jakými jsou odpadové minerální oleje apod. Vysoká energetická účinnost v porovnání s jinými technologiemi Ekologický provoz bez tvorby nebezpečných odpadů a plynných emisíoxidy dusíky a síry. Vytvoření flexibilní mobilní jednotku, zabudovat tuto technologii do standardních lodních kontejnerů Jednoduchost zařízení a minimum použitých strojů a aparátů. Absence usazenin koksu v zařízení [23] 40

41 13.6 Projekt Trvalá prosperita 2007 V roce 2007 byl připraven k podání projekt Univerzity Jana Evangelisty Purkyně v Ústí nad Labem (Fakulty životního prostředí) do programu Trvalá prosperita 2007 (Národní program výzkumu a vývoje), který nebyl bohužel realizován, z důvodu nezajištění dostatečného kofinancování. Projekt obsahoval návrh na aplikovaný výzkum, vývoj, ověření a realizaci prototypové jednotky na termální katalytické štěpení směsných odpadních plastů na kapalné uhlovodíky. Projekt se zabývá technologií Blowdec a včetně předpokládané realizace prototypové jednotky na zpracování 500 kg směsných odpadních plastů na žádané kapalné uhlovodíky, umístěné do provozovny Kamaplastu s.r.o. v Braňanech. Prototypová jednotka by byla schopna zpracovávat 3000 tun ročně odděleně vytříděných plastů zejména PE, PP získaných na území České republiky. V dalších letech navýšit výrobu až na tun za rok. Cíl projektu: vytvoření systému na separaci odpadních plastů, zejména PP, PE v požadované kvalitě bez organicky vázaného chloru, jeho dotřídění a mletí. Připravit požadované komponenty pro technologii BLOWDEC Následně realizovat prototypovou jednotku v aréalu společnosti Kamapalst s.r.o. Grant byl zaměřen v souladu s plánem odpadového hospodářství Ústeckého kraje na zvýšení podílu materiálového využití plastů a na vyřešení a optimalizaci provozování technologie Blowdec. Projekt zahrnuje: Výběr vhodných katalyzátorů Optimalizace procesu konverze odpadních plastů na tvorbu lehkých olefínů, umožňujících následné alkylační reakce s bio-etanolem na estery 41

42 použitelné jako přídavek do ekologicky vhodných automobilových benzínů Aplikační zkoušky pro následné využití získaných produktů k rafinaci ve spolupráci s Českou rafinérskou Získání vhodných poznatků potřebných k optimalizaci konstrukce chemických reaktorů Získáni know-how Zařízení může produkovat: propan butan (LPG) automobilové benzíny motorovou naftu bezsirné topné oleje suroviny pro katalytické krakování Technologie by umožnila rozšíření sortimentu strojírenských výrobků pro technologii materiálového využití plastů materiálové využití plastů v souladu s Plánem odpadového hospodářství ČR a plánem odpadového hospodářství Ústeckého kraje zvýší se podíl recyklovatelných odpadů v souladu s doporučením EU zlepšení ekologické situace při komplexním nakládání s odpady zaměstnat 20 až 30 lidí při separaci využitelných složek odpadů a 10 lidí v rámci chemické valorizace odpadů [25] 42

43 14 Diskuse Téma mé bakalářské práce jsem si vybírala s ohledem na výběr mého budoucího zaměstnání. Chtěla jsem se blíže seznámit s problematikou, která se věnuje využívání odpadů. Při vytváření mé bakalářské práce jsem měla možnost nahlédnout do společnosti Kamaplast s.r.o., která se recyklací plastů zabývá. Bohužel v tomto roce pozastavila svou činnost, podle jednatele této společnosti pana Otakara Zajíčka za to může absolutní propad cen primárních plastů a zhroucení světového trhu v oblasti druhotných surovin a také chybějící legislativa.[27] Evropská unie požaduje po členských státech omezení ukládání komunálního odpadu na skládky. ČR zatím tento požadavek neplní. Řešením problémů je třídění těchto odpadů a následné energetické využití zbylých frakcí. Přesto je procentuální podíl ukládaných odpadů na skládky v současnosti stále vysoký a prakticky 90% komunálních odpadů se ukládá na sládku. V ČR bylo uvedeno do provozu jen jedno zařízení na energetické využívání odpadů a to v Liberci. ČR je na předním místě v Evropě a to v recyklaci PET a to díky dobře nastavenému systému třídění obalových plastů, zejména PET lahví v rámci působnosti obcí a měst. Problém skládkování téměř vyřešily země jako Švýcarsko, Dánsko, Švédsko, Německo, atd.. v Evropě je známo 370 zařízeních na energetické využití. U nás jsou pouze tři a to v Liberci, Brně a Praze. Odpadové hospodářství by se mělo řešit koncepčně jako jedna z částí řetězce suroviny- výroba- spotřeba- odpady- recyklace využitelných komodit odpaduenergetické využití- skládkování zbytku. Problém ČR je v tom, že skládky na komunální odpad jsou stále extrémně levné s porovnáním s ostatními možnostmi využívání směsného komunálního odpadu. Proto nemají nové technologie výraznou šanci, jsou ekonomicky velmi nevýhodné a cena primárních surovin je daleko méně finančně náročná, než použití druhotných surovin. 43

44 15 Závěr Metody materiálového a energetického využívání plastových odpadů. v ČR nejsou plně využívány. V důsledku ekonomické krize poklesla poptávka i nabídka po druhotných surovinách. Současný stav v oblasti druhotných surovin není jen selháním trhu, ale také selháním vládní koncepce, která ve své podstatě ekonomicky zvýhodňuje skládkování odpadů. Recyklace je u nás omezena spíše na technologický odpad a na PET. Jak už jsem uvedla, máme v ČR jen tři spalovny (zařízení na energetické využití odpadů) komunálního odpadu. Možnosti jak zvýšit recyklaci využitelných komodit by mohla přinést podpora státu v oblasti druhotných surovin Zajištění dostatečných finančních zdrojů na výzkum a na provoz nových technologií Zvýšení informovanosti obyvatelstva k problematice třídění odpadů. Další možností je také diskutabilní zálohování PET lahví. Navýšení poplatků za ukládání na skládky. Zavedením nové ekologicky šetrné technologie materiálového využití plastového odpadu Blowdec v ČR, by znamenalo velký přínos. Tato technologie by také částečně přispěla ke snížení objemu odpadů, které se na skládky ukládají. 44

45 16 Literatura, použité zdroje [1] Transform Stod: [online].[cit ]. Dostupný z WWW:http<// [2] Ekokom: [online].[cit ]. Dostupný z WWW: < [3] Dočekalová I.: Právní úprava nakládání s vybranými druhy odpadu (elektroodpad, autovraky apod.), Diplomová práce, Právnická fakulta Masarykovy univerzity, 2009, [online].[cit ]. Dostupný z WWW: <s.muni.cz/.../dp-pravni_uprava_nakladani_s_vybranymi_druhy_odpadu.doc> [4] Havlová A.: Řízení zpětných materiálových toků v dodavatelských řetězcích, Diplomová práce, Masarykova universita, Ekonomicko-správní fakulta, 2006, [online].[cit ]. Dostupný z WWW: < [5] Chrástková P.: Možnosti snížení produkce odpadů v podniku, Diplomová práce Masarykova universita, Ekonomicko-správní fakulta, 2007, [online].[cit ]. Dostupný z WWW: < [6] Kepák F.:Průmyslové odpady 1. část, FŽP UJEP Ústí nad Labem, 2005 [7] Nekovový odpad. Skripta ČZU. [online].[cit ]. Dostupný z WWW: < [8] Kružík L.: Materiálové využití plastů, Bakalářská práce FŽP UJEP Ústí nad Labem, 2006 [9] Eurochem: [online].[cit ]. Dostupný z WWW: < [10] Petrecycling CZ: [online].[cit ]. Dostupný z WWW: < [11] Kuraš M.: Odpady, jejich využití a zneškodňování, VŠCHT Praha, 1994 [12] VSB sylaby: [online].[cit ]. Dostupný z WWW:< hgf.vsb.cz/hgf/stud/sylaby/546/odpady.doc> Dostupný 45

46 [13] Ekologie.aktuálně.cz.: [online].[cit ]. Dostupný z WWW:<ekologie.xf.cz/temata/bezodpad/bezodpad.htm> [14] VSB sylaby: [online].[cit ]. Dostupný z WWW: < [15] Richter M., Technologie ochrany životního prostředí Část III, FŽP UJEP Ústí nad Labem, 2008 [16] Normy.bis : [online].[cit ]. Dostupný z WWW: < [17] Doležal V., Recyklace plastů: : [online].[cit ]. Dostupný z WWW: < [18] Argona: [online].[cit ]. Dostupný z WWW:< [19] ireferaty: [online].[cit ]. Dostupný z WWW: < [20] PET- odpad měsíce, Odpadové fórum 4/2006, Odpady 2/2007 [21] Petrecycling CZ: [online].[cit ]. Dostupný z WWW: < [22] Kamplast s.r.o: [online].[cit ]. Dostupný z WWW:< [23]Blowdec : [online].[cit ]. Dostupný z WWW:< [24]Slovenský patent č , Způsob termální nebo katalytické dekompozice nebo depolymerace nízkohodnotových organických látek a zařízení na využití tohoto způsobu [25]Trvalá prosperita 2007, Tématická oblast T1-4-1 Alternativní zdroje v dopravě, FŽP UJEP Ústí nad Labem [26] Kreníková V.: Odpadové hospodářství, FŽP UJEP Ústí nad Labem, 1999 [27] Ústní sdělení- Zajíček O., jednatel společnosti Kamaplast s.r.o. Braňany, [cit ]. 46

47 [28] Deník veřejné zprávy:[online].[cit ]. Dostupný z WWW: < [29]Obrázek 2: [online].[ ]. Dostupný z WWW: < [30]Obrázek 3: [online].[ ]. Dostupný z WWW: <( [31]Obrázek 4: [online].[ ]. Dostupný z WWW: < [32] Příloha 1: Recyklační symboly- plasty[online].[ ]. Dostupný z WWW: < [33] Příloha 4: Lamborová R, Recyklace ozářených polymerů, Diplomová práce Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, 2009 Seznam obrázků Obrázek 1 Odpad jako druhotná surovina Obrázek 2 Nožový mlýn Obrázek 3 Linka pro míchání vyztužujících plniv do termoplastické matrice se současnou granulací Obrázek 4 Strukturální vzorec PET Seznam příloh PŘÍLOHA 1: Recyklační symboly- plasty PŘÍLOHA 2 : Princip zařízení Blowdec PŘÍLOHA 3: Proudové schéma Blowdec PŘÍLOHA 4:Základní rozdělení plastů PŘÍLOHA 5: Provozovna Kamplast s.r.o. Braňany 47

48 PŘÍLOHA 1: Recyklační symboly- plasty POLYETYLÉN TEREFTALÁT (PET láhve, polyesterové tkaniny, některé obaly od mléčných nápojů, atd.) TVRDÝ POLYETYLÉN (obaly od čisticích prostředků, šamponů, sprchových gelů, kanystry, víčka od PET lahví atd.) POLYVINYLCHLORID nerecyklovatelný MĚKKÝ POLYETYLÉN (igelitové tašky, fólie, většinu etiket z PET lahví, obaly od sušenek atd.) POLYPROPYLEN (plastové obaly od kečupů, hořčice, tuby od zubních past a krémů atd. ) POLYSTYREN (pěnový/křehký: tácky od masa, ovoce a zeleniny, izolace, ochrana zboží ; tuhý: nápojové kelímky, plastové nádobí, misky, obaly od elektroniky atd.) OSTATNÍ PLASTY AKRYLONITRILBUTADIENSTYREN (většina komponent počítače, mobily atd.) [32]

49 PŘÍLOHA 2 : Princip zařízení BLOWDEC [23]

50 PŘÍLOHA 3: Proudové schéma Blowdec

51 PŘÍLOHA 4:Základní rozdělení plastů [33]