Upload
others
View
20
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Műanyaghulladék menedzsment
Pölöskei Kornél, adjunktus
2018. október 19.
Műanyaghulladék menedzsment 2
Az előadás vázlata
• A gumi gyártása
• Gumi hulladékok és újrahasznosításuk
• Járműipari gumi hulladékok újrahasznosítása
• Regenerát és TDV készítés
• Energetikai újrahasznosítás
Műanyaghulladék menedzsment 3
Milyen anyag a gumi?
Gyengén térhálós polimer
Nem olvasztható meg
A bomlási hőmérséklet alacsonyabb az olvadásinál
Nagy deformációs képesség
Jó csillapító képesség (torziós rugó)
Jó tölthetőség, ezzel kiváló
időjárás és kopás állóság érhető el.
Jól beállítható karakterisztika
Gumik és gumicsövek Dr. Halász István© 2018
1000 tonna
Statisztikák
4
Világ összes kaucsuktermelése (* a 2015-ös adatok január-márciusra vonatkoznak)
Forrás: International Rubber Study Group (IRSG)
Műanyaghulladék menedzsment 5
Hogyan gyártják a gumit?
Alapanyagok:• Kaucsukok (természetes
vagy szintetikus)• Vulkanizáló szerek• Töltőanyagok• Lágyítók• Egyéb
GumikeverékKeverés
Strukturált szerkezetTermékVulkanizálás
FormázásStrukturálás
Erősítés
Műanyaghulladék menedzsment 6
A gumikeverés eszközei
Keverők (Banbury) Hengerszék
Nagy nyíró erők, változtatható frikció (hengerek kerületi sebességének az aránya)Szakaszos üzeműNehézkes, ezért egyre kevésbé népszerű
Nagy nyíró erők, nagyon komplex ömledékáramlásokSzakaszos üzemű, könnyen automatizálhatóNagyon népszerű
Műanyaghulladék menedzsment 7
A gumikeverés eszközei
Extrúzió Kalander hengersor
Viszonylag egyszerű, termelékeny technológiaFőleg sík termékek gyártására alkalmasKönnyen felvihető a segítségével a gumikeverék az erősítő szerkezetre
Pontos, precíz technológia, de drágaJól homogenizálNem mindig a legtermelékenyebbJellemzően alacsony L/d viszonyBonyolult csigaszerkezet
Műanyaghulladék menedzsment 8
A gumiszerkezetek kialakítása / vulkanizálás
Gumi szerkezet kialakítása:
• Rendkívül sokféle szerkezet létezik.
• Ebben a fázisban kapja meg a végső formát a szerkezet, teljes
mértékben a felhasználási igényekhez lehet igazítani: abroncs, tömítés,
szállítószalagok stb.
• Akár többféle gumikeverék is társítható (pl. gépjármű hűtővíz csövek).
• Erősítő struktúra alakítható ki, (pl. csövek, abroncsok, szállítószalagok).
• Általában a gumi termékgyártás legösszetettebb lépése.
Vulkanizálás:
• Emelt kőmérsékleten.
• Kénes vagy peroxidos.
Műanyaghulladék menedzsment 10
• Újrahasznosítás
A hulladékká vált gumik 70-80%-át teszik ki a gumi abroncsok.Az újrahasznosítás még ma sem teljesen megoldott (Jakab Gusztáv).A hulladék gumik két fő csoportja:1. 1 Gyártásközi hulladék
2 Használt gumiabroncsA hulladék abroncsok újrahasznosításának lépései:
Begyűjtés – ez több módon is történhetEgy kiválasztott/elérhető hulladék kezelés
Futózás Részben anyagában Energetikaitörténő újrahasznosítás újrahasznosítás
Hulladékká vált gumi
Műanyaghulladék menedzsment 11
Gumiabroncsok Magyarországon• Becslések alapján az évente piacon értékesített gumiabroncs mennyisége
mintegy 45- 55.000 tonnára tehető.• Hazánk jelenlegi használt gumiabroncs hasznosító kapacitását 60- 70.000
tonnára becsülik.
Elad
ott m
enny
iség
Műanyaghulladék menedzsment 12
A gumiabroncsok sorsa
c
Műanyaghulladék menedzsment 13
A gumiabroncsok sorsa
A begyűjtött abroncsoknak minimum 50%-át anyagában kell hasznosítani.
Ezt az utóbbi években sikerült is tartani.
Műanyaghulladék menedzsment
Az újrahasználatnak két módja van:
1. Az egyik lehetőség, hogy az elhasznált gumiabroncsot más terepen, más előírásokkal alkalmazhatónak ítéli a szakember, vagy esetleg másik országban újra autóra szerelik. Ilyesmit tapasztalhattunk meg az 1990-es években, amikor nyugat-európai országokból használt gumiabroncsokat importáltunk, vagy mentek tovább pl. Ukrajnába, olcsón értékesítve azokat. Ez a módszer nem oldja meg a hulladékproblémát, és sok esetben károkat okoz a célország iparában, kereskedelmében.(Általános jelenség a Nyugat - Kelet irányú járműipari hulladék áramlás. Orosz László – Horváth Miklós)
2. A másik lehetőség, ha az elkopott futófelületet újrafutózzuk.
14
Újrahasználat
Műanyaghulladék menedzsment
Újrafutózás: A gumiabroncs futófelületének jelentős kopását követően új
futófelület kialakítása.
Az, hogy hányszor lehet ezt elvégezni, függ az abroncs gyártásakor
alkalmazott technológiától és a felhasználási körülményektől is:
• Repülőgép abroncsok: 5-7-szer
• Teherautó abroncsok 2-3-szor
Közúton használt abroncsok 60-70%-a felel
meg újrafutózásra.
Személyautó abroncsok futózása nem
jellemző. Miért?
15
Újrahasznosítás-futózás
Műanyaghulladék menedzsment
Magas fokon szabályozott folyamat. Az elfogadott legkorszerűbbtechnológia rendkívül fejlett.
Lépések:
A köpeny állapotánakelsődleges vizsgálata
Szabad szemmel éskézzelmegvizsgálják a teljesabroncsot.
16
Újrahasznosítás-futózás
Műanyaghulladék menedzsment
A láthatatlan biztonsági kockázatok műszeresszűrése
Zárványok, hibákkeresése.
Lézeres, vagyröntgenberendezéssel.
17
Műanyaghulladék menedzsment
Gumiabroncs geometriai tökéletesítése
A futófelületteljes felületéngépi csiszolás
18
Újrahasznosítás-futózás
Műanyaghulladék menedzsment
Kézi csiszolás és feltöltés
Maradék hibákjavítása.Megfelelő felületielőkészítésaz új futófelületszámára.
19
Újrahasznosítás-futózás
Műanyaghulladék menedzsment
Új futófelület felvitele
Gépi eljárás.Viszonylagospontosságot igényel.
20
Újrahasznosítás-futózás
Műanyaghulladék menedzsment
Vulkanizálás
A felvitt rétegtérhálósítása.Végeleges felületkialakítása.
21
Újrahasznosítás-futózás
Műanyaghulladék menedzsment 22
Újrahasznosítás-ŐrlésLépései:
1. Peremkarika eltávolítása (tehergépjármű abroncsoknál)2. Sredderelés3. További őrlés (főleg kriogén)4. Textil és fém erősítő szerkezet maradványainak eltávolítása
A gumi őrlemény önmagában piacképes termék. Az ára szemcsemérettől függ (a néhány centiméteres tartománytól egészen a 100 mikronos szemcseméretig gyártják).
Kettéválik a további felhasználás
Anyagában történő hasznosítás Energetikai hasznosítás
Regenerát készítés Pirolízis, égetés
Műanyaghulladék menedzsment Dr. Pölöskei Kornél © 2017 24
Újrahasznosítás-ŐrlésMechanikai őrlés
Fő technológiák:
•Vízsugaras vágás
•Sredderelés
Műanyaghulladék menedzsment Dr. Pölöskei Kornél © 2017 25
ÚjrahasznosításKriogén őrlés:A gumi elasztikus tulajdonságai és a nagyon jó energiaelnyelő képességemiatt van szükség arra, hogy Tg alatt őröljük.
Műanyaghulladék menedzsment Dr. Pölöskei Kornél © 2017
Újrahasznosítás
26
Őrlés: A gumi aprításával előállított őrlemény.Őrlési módszerek: mechanikus, kriogén, vízsugaras.
Műanyaghulladék menedzsment 27
Tanszéki kutatások• Széleskörű kutatások folynak SBR és EPDM devulkanizációjára /
ezekből való regenerát képzésére• A főbb devulkanizációs eljárások:
• Termo-mechanikus bontás• Kémia devulkanizálás devulkanizáló szerek alkalmazásával• Mikrohullámú devulkanizáció• Ultrahangos devulkanizáció• Biológiai devulkanizáció
Műanyaghulladék menedzsment
Regenerát készítéseAz őrölt hulladékgumi általában hővel és mechanikaienergiával történő lebontásával, esetenként vegyszerekalkalmazásával hozzák létre.A gumi regenerálása depolimerizációs folyamat, amely során akaucsuk molekula láncok hasadása következik be, és a gumikisebb térhálós egységekre esik szét. Teljes devulkanizálásnem játszódik le, mert a vulkanizátumban a kötött kénmennyisége változatlan marad.Az oxigén és a kémiai lebontószerek gyorsítják a folyamatot.Lágyító alkalmazásával a folyamat hatásosabb, mivel a lágyítófeszíti a térháló szerkezetet a gumi duzzasztásával.
28
Újrahasznosítás-anyagában történő
Műanyaghulladék menedzsment
Regenerát jellemzői• A folyamat során nem megy végbe teljes bomlás• Gumiszerű a végtermék, de a minősége gyengébb• Az alkalmazása korlátozott:
• Gumi aszfalt keverék készítése• Kültéri burkolati elemek gyártása
Felhasználásával olcsóbb keverékek állíthatók elő, könnyítia keverési folyamatot, csökkenti az energia szükségletet.Alkalmazása 10 %-ig ajánlott, mert e fölött romlanak afizikai tulajdonságok. Számos termékben alkalmazhatók,gépjármű abroncsban csak kisebb százalékban, elsősorbankis sebességű köpenyekben.
29
Újrahasznosítás-anyagában történő
Műanyaghulladék menedzsment 30
EPDM devulkanizálása
• Devulkanizálás / regenerát gyártás• A devulkanizátum minőségének meghatározása (sol
tartalom és molekulatömeg eloszlás) • Jelenleg is folynak kísérletek – cél: termoplasztikus
dinamikus vulkanizátumok gyártása gumi regenerát és hőre lágyuló polimerek felhasználásával.
• Előkísérlet: ablaktörlő kompaundálása üzemanyag tartály anyagával.
• Fő kísérlet: ablaktörlők devulkanizálása és primer HDPE segítségével TDV készítése
• TDV gyártási kísérlet – eredmények értékelése
Műanyaghulladék menedzsment
HDPE – EPDM TDV gyártásaCél: a hőre nem lágyuló térhálós szerkezet felbontása
EPDM Regenerát
– Mechanikai tulajdonságok jelentős romlása– Korlátozott felhasználási lehetőségek– Teljes devulkanizáció – jelenlegi technológiáinkkal nem
valósítható meg– Regenerát tulajdonságainak ellenőrzése Soxhlet
extrakcióval és GPC elájárással– TDV gyártása
Hőbevitel és nyíró igénybevétel
31
Műanyaghulladék menedzsment 32
„Ablaktörlő – üzemanyagtank kompaund” készítése• Ablaktörlő „gumi” – EPDM • Üzemanyagtartály – HDPE• Lökhárító – PP-EPDM (itt csak társított
anyag)
A kiválasztott keverékek összetételei:• HDPE• HDPE-EPDM• PP-EPDM• PP-EPDM/EPDM• HDPE-EPDM-PP-EPDM/EPDM
• A járműipar 9%-át teszi ki az éves műanyagfelhasználásnak (2012)
• Műanyag és gumi alkatrészek újrahasznosítása nem megoldott
• Autóipar törekvése a tömegcsökkentésre
• Gazdasági érdekek a környezetvédelmi érdekek felett állnak
• EPDM alkatrészek:• ablaktörlők• ajtószegélyek• hűtővíz csövek• tömítések
Műanyaghulladék menedzsment 33
Berendezés/anyag HDPE PP-EPDM
EPDM
Festékeltávolítás X
Hengerszék X
Belső keverő X
Egycsigás extruder X
Daráló X X
Ikercsigás extruder X X X
Granuláló berendezés
X X X
Fröccsöntőgép x X x
„Ablaktörlő – üzemanyagtank kompaund” készítése
Az egyes keverékek előállításhoz használt technológiák/berendezések:
Műanyaghulladék menedzsment
• Cél: ablaktörlő gumik feldolgozható méretűvé aprítása hengerszékkel – 6-szoros fordulatszám különbség, hűtött hengerekkel– Fokozatos résméret csökkentés
„Ablaktörlő – üzemanyagtank kompaund” készítése
34
Műanyaghulladék menedzsment
Regenerát képzés belsőkeverőben
• Folyamatos keverés kezdetekor már 180°C
• Folyamatos keverés végére inhomogén hőmérséklet eloszlás
– Külső rész környezetében ~200°C– Belső rész környezetében ~ 280°C
• Feldolgozás paramétereinek meghatározása– Adott:
• Előfűtés hőmérséklete 180°C • Keverés fordulatszáma: 160 min-1
– Meghatározandó a folyamatos keverés időtartama:• 5, 10, 15 min időtartamon végzett kísérletek
• Feldolgozás teljes időtartama 25 perc
35
Műanyaghulladék menedzsment 36
Vizsgálati eredmények
EPDM
Műanyaghulladék menedzsment
Minta Kezdetitömeg [g]
Szárítás utáni
tömeg [g]
Kioldotthányad
[%]
1. 15,5 10,5 32,26
2. 10,3 6,2 39,81
Vizsgálati eredményekSoxhlet extrakció
1. minta: repedezett EPDM regenerátból2. minta: összefüggő felszínű, ragadósabb regenerátból
37
Műanyaghulladék menedzsment 38
Horikx módszer
Műanyaghulladék menedzsment 39
• Előbbi egyenletek alapján: függvényábrázolás• Kísérleti eredmények ábrázolása a diagramon• Degradációs, vagy devulkanizációs viselkedés meghatározása
0
5
10
15
20
25
0 0,25 0,5 0,75 1
Old
ható
fázis
ará
nya
(%)
Térhálósűrűség relatív csökkenése
Random scission Cross-link scission if γi=10 Cross-link scission if γi=20
Horikx módszer
Műanyaghulladék menedzsment 40
Gél permeációs kromatográfia (GPC)
Oldószer tartály
Szívattyú
Kolonna Adatrögzítés
Érzékelő
Elválasztott mintafrakciók
• A degradáció mértékét a molekulatömeg változásával lehet jellemezni• Felépítés: lásd ábra• A mintát az oldószerbe injektáljuk• Működési elv: a folyamatosan áramló
oldószer sol tartalmát és annak molekulatömeg eloszlást mérjük
Műanyaghulladék menedzsment 41
Kalibrációs görbe alapján kromatogram
Gél permeációs kromatográfia (GPC)
Műanyaghulladék menedzsment
Egycsigás extrúzióCél:
– Ikercsigás extruderrel való feldolgozás megkönnyítése– Pontosabb adagolás elérése
http://www.pt.bme.hu/gepadat.php?sorszam=111&l=m
42
Műanyaghulladék menedzsment
Ikercsigás extrúzió és fröccsöntésIkercsigás extrúzió:
– A HDPE és az EPDM regenerát kompaundálása,– Regranulátum készítése,– Homogénebb szerkezet, kontrollált folyamat.
Fröccsöntés:– Végső alakadás,– Próbatestek előállítása,– Termelékeny, gyakorlatias.
http://www.pt.bme.hu/gepadat.php?sorszam=111&l=m
43
Műanyaghulladék menedzsment
Vizsgálati eredményekHúzó- és hajlító rugalmassági moduluszok
44
Műanyaghulladék menedzsment
Húzószilárdság
Vizsgálati eredmények
45
Műanyaghulladék menedzsment
Keménység
Vizsgálati eredmények
46
Műanyaghulladék menedzsment
Charpy-féle ütőmunka
Vizsgálati eredmények
47
Műanyaghulladék menedzsment
Szakadási nyúlásVizsgálati eredmények
48
Műanyaghulladék menedzsment
Vizsgálati eredményekEPDM 25 töretfelületének SEM képe
49
Műanyaghulladék menedzsment
HDPE – 75%EPDM töretfelületének SEM képeVizsgálati eredmények
50
Műanyaghulladék menedzsment 51
HDPE-20%EPDM SEM felvétel:
„Ablaktörlő – üzemanyagtank kompaund”
• Nagyon jó az EPDM fázisok eloszlása, kicsi a szemcsék mérete.
• Érdemi határfelületi réteg kialakulása az EPDM és a HDPE házisok között (Ok: az üzemanyag tartály EVA tartalma kompatibilizálókéntműködött).
• A fentiek eredményeképp több mint 40%-kal nagyobb volt a HDPE-EPDM kompaund fajlagos ütőmunkája, mint a HDPE ütőmunkája.
Műanyaghulladék menedzsment 52
Tanulságok
• Nehézkes és bonyolult a regenerát képzés • Anyagok feldolgozása, összedolgozása nem egyszerű• Hozzáadott adalékanyagok nélkül nem értük el a
hulladékkal produkálható eredményeket• EPDM jelenléte, eloszlása nem megfelelő adalékolás
nélkül• További vizsgálatok szükségesek
Műanyaghulladék menedzsment
Fő probléma az energia mérleg:1 kg gumiabroncs előállításához 32 kWh energiát használnak fel. Ezzel szemben, ha ezt az 1 kg abroncsot elégetjük, mindössze 9 kWh energiát kapunk. Ez azt jelenti, hogy a gumiabroncs előállításához befektetett energia több mint kétharmada el fog veszni.
53
Energetikai újrahasznosítás
Műanyaghulladék menedzsment 54
Energetikai újrahasznosításGumiabroncsok főbb energetikai jellemzői
Energetikai hasznosítás előnyei:gumiabroncsok égetésekor kevesebb CO2 keletkezik, mint ha fosszilis üzemanyagot égetnénk. A gumiabroncsok mellett szól alacsony kéntartamuk is (átlagosan 1,3-1,4%), ami megegyezik a szén kéntartalmával.Energetikai újrahasznosítás két jellemző formája:1. Égetés (tipikusan cementgyárakban)2. Pirolízis
Műanyaghulladék menedzsment 56
Energetikai újrahasznosításPirolízis problémái:
• Nem kiforrott technológia
• A szakaszos üzemű technológia olcsóbb, de nehézkesebb
• A koromkezelés nincs megoldva
• A koromba gyűlik össze minden nem éghető szilárd anyag
(fém, és szilikát alapú szennyeződések)
• Gazdaságilag nem életképes
• Társadalmilag nem elfogadott
• Lehet, hogy a jövő technológiája, de még fejlesztésre
szorul
Műanyaghulladék menedzsment 57
ÚjrahasznosításHulladékok egyéb felhasználása (újrahasználat):
Műanyaghulladék menedzsment
Összegzés
• A keletkező hulladékok teljes mennyiségének hasznosítása lefedett
• Csak nagyon nagy állami támogatással életképes
• Az égetés és az őrlés kiforrott technológiák
• Vannak bíztató fejlesztési irányok:
• Pirolízis
• „Gumi aszfalt”
• Támogatással jól működik a rendszer, megoldott a keletkező
gumihulladékok hasznosítása, de a hosszútávú fenntarthatóság
fejlesztések nélkül kérdéses
58
Műanyaghulladék menedzsment
Hirdetmény
Hirdetni való:
• Jövő héten MOL-os vendégelőadó, jöjjenek
• Toldy tanárnő is itt lesz, és az előadás után lehet vele konzultálni, ha
valakinek segítségre van még szüksége a prezentáció elkészítésében.
• Erről küld még Neptun-üzenetet.
60
Köszönöm a figyelmet!