Zbrinjavanje polimernog otpada

Gospodarenje otpadom - ekonomično i po okoliš razumno upravljanje cjelokupnim životnim vijekom/ciklusom otpada u skladu sa zakonskim obavezama i s punom odgovornošću - briga o otpadu koji nastaje u svim faza nastajanja proizvoda: a) prerada sirovine b) proizvodnja – oblikovanje proizvoda c) period nakon upotrebe - uključuje skupljanje, prijevoz, iskorištavanje, obrađivanje i odlaganje Organizirano skupljanje otpada - prvi korak gospodarenja otpadom - u razvijenim je zemljama organiziranim skupljanjem komunalnog

otpada obuhvaćeno više od 90% ukupne populacije dok je u nerazvijenijim dijelovima u prosjeku to tek oko 30 %

Održivi razvoj - uravnoteženi tehnološki napredak uz održivi

ekonomski razvoj i zaštitu okoliša • Osnovni koncept održivog razvoja obuhvaća društvo, ekonomiju i

okoliš. • Cilj održivog razvoja moguće je postići ako su u ravnoteži sva tri

uvjeta, a za njegovo postizanje potrebno je riješiti čitav niz globalnih i lokalnih problema.

Održiva rješenja

Okoliš

Troškovi

Zakono-davstvo

Dobavljači Potrošači

Materijali

Proizvodnja

Cjelovit sustav gospodarenja otpadom RH: • uklanjanje odbačenog otpada • saniranje postojećih neuređenih odlagališta koja ugrožavaju okoliš i

zdravlje ljudi • učinkovito upravljanje tokovima različitih vrsta otpada, od

proizvođača otpada do njegovog sigurnog odlaganja. • plan gospodarenja otpadom u RH definiran je Strategijom

gospodarenja otpadom: u skladu je s EU direktivama

• različiti sustavi skupljanja ambalažnog otpada, a najčešći su: - sustav skupljanja po kućanstvima (kerb side collection) - sustav kontejnera na određenim lokacijama (drop-off collection) - sustav pologa (depozita) – skupljanje PET boca

ZBRINJAVANJE POLIMERNOG OTPADA

Porastom primjene plastičnih materijala porasle su i količine plastičnog otpada, a time i problem njegovog zbrinjavanja.

Neodgovorno odbačena plastika vidljivo i dugotrajno ima negativan učinak na održivi razvoj. Kvalitetno zbrinjavanje polimernog otpada poželjno je, donosi ekonomsku dobit i štiti okoliš od zagađenja.

Napredni sustavi zbrinjavanja otpada predviđaju različite tehnologije oporavka polimera, ovisno o njihovim svojstvima: - sirovinski – iskorištenje materijala - biološki – uključivanje u kružni tok u prirodi - energetski – iskorištenje energije

Zbrinjavanje otpada u funkciji je:

a) smanjenja količine otpada koju se mora odložiti

b) smanjenja upotrebe prirodnih resursa za njihovo dobivanje c) zaštite okoliša

IZVORI POLIMERNOG OTPADA

IZVORI: trgovina

industrija

domaćinstva - ambalažni

poljoprivreda

građevinarstvo

posebni izvori

(radioaktivni i medicinski otpad)

UDIO POLIMERNIH MATERIJALA U OTPADU

Plastika

8%

Biološki

otpad

40%Staklo

8%

Papir i drvo

27%

Ostalo

11%Metal

6%

Udio pojedinih otpadnih materijala u ukupnom otpadu

Ostalo (3.4)

Papir/karton (34.2)

Staklo (5.2)

Metali (7.6)

Plastika (11.8) Guma i koža (2.7)

Tekstil (4.5)

Drvo (5.7)

Otpaci hrane (11.9)

Dvorišni otpad (13.1)

Udjeli vrsta otpada u komunalnom otpadu po području primjene

(zapadna Europa)

Sastav kućnog otpada u Hrvatskoj

Ostali

13%

PE-HD

14%

PP

17%

PET

6%

PVC

13%

PE-LD

25%

PS+PS-E

12%

Vrste i udjeli polim. materijala u komunalnom otpadu

(zapadna Europa)

najšire primjenjivani polimerni materijali

(ambalažni materijali):

1. poli(etilen-tereftalat), PET

2. polietilen niske gustoće, LDPE

3. linearni polietilen niske gustoće, LLDPE

4. polietilen visoke gustoće, HDPE

5. poli(vinil-klorid), PVC

6. polipropilen, PP

7. polistiren, PS

POLIMERNI OTPAD

Nedostaci

- voluminozan

- ne uklapa se u prirodne tokove

Prednosti

- prikladan za recikliranje

- čuvanje prirodnih resursa

- smanjenje otpada

- očuvanje okoliša

Polimerni otpad

Problem 1

Problem 2

nepodložnost biorazgradnji zagađenje okoliša

ograničeni prirodni resursi (nafta)

zagađenje opasnost za zdravlje

Zbrinjavanje!!

zaštita okoliša

Prioriteti u gospodarenju polimernim otpadom

1. prevencija i smanjenje nastanka otpada

- ponovna upotreba ili prenamjena

polimernih proizvoda kad god je moguće

- povećano korištenje proizvoda od biorazgradljivih materijala

3. odlaganje - nemogućnost biorazgradnje

- zakrčivanje odlagališta

4. spaljivanje

- nastanak štetnih spojeva

- opasnost za zdravlje i okoliš

2. recikliranje

Kategorija Produkti recikliranja - oporabe

Mehaničko recikliranje

polimerna sirovina polimerni proizvod

Kemijsko recikliranje

Depolimerizacija – monomeri i oligomeri

Razgradnja u visokim pećima

Kemijska oporaba sirovine

Prevođenje u tekuće ili plinovito stanje

Kemijska sirovina

Energijska oporaba

Gorivo

Spaljivanje plastičnog otpada u cementnim pećima Proizvodnja energije iz otpada

Postupci recikliranja polimernih materijala

Prikupljanje Razdvajanje Pranje Usitnjavanje

Mehaničko recikliranje Kemijsko recikliranje Energijski oporavak - spaljivanjem Biorazgradnja

FAZE zbrinjavanja i recikliranja polimernog otpada

Predobrada polimernog otpada

Recikliranje (produkata i energije)

1.Skupljanje

Priprema polimernih materijala za recikliranje

2.Obrada

sortiranje pranje i sušenje

usitnjavanje

ostali materijali papir metal staklo

3.Recikliranje

• Tijekom svakog tehnološkog postupka recikliranja dolazi do termičkog tretiranja polimernog otpada

• Dolazi do degradacijskih procesa: toplinska degradacija termo – oksidacijska razgradnja depolimerizacija

• Mehaničko recikliranje • Kemijsko recikliranje • Energijski oporavak

• TERMOPLASTI

POLIMERI

POLIPLASTI ELASTOMERI

TERMOPLASTI

KRISTALNI

TERMOSETI

AMORFNI

• TERMOPLASTI • TERMOSETI • ELASTOMERI

Plastični otpad → vrijedna sirovina

- podržava održivi razvoj

produkti recikliranja: → novi materijali → tvari (plinovi, kemikalije) → energija (struja, plin, vodena para)

reciklirani materijal dobre kvalitete

dobro organizirati sustav odvojeno prikupljanje otpada (kontejneri, otkup, reciklažna dvorišta) edukacija potrošača

Procesi recikliranja: mehaničko, kemijsko, energetski oporavak

najzastupljeniji oblik recikliranja polimera doprinosi smanjenju upotrebe prirodnih resursa smanjenje nastajanja otpada te zaštite okoliša

Mehaničko recikliranje

Mehaničko recikliranje - toplinska prerada polimernog otpada taljenjem, tj. ekstrudiranjem s ciljem dobivanja novih polimernih proizvoda. Na ovaj se način mogu reciklirati termoplasti.

Reciklirani termoplasti koji sadrže udio čistog polimera i udio polimernog otpada: moguća upotreba za primarnu namjenu - u suprotnom ne bi zadovoljili mehaničke zahtjeve i izgled konačnog proizvoda.

Reciklirani termoplasti iz čistog polimernog otpada koriste se - za dobivanje proizvoda niže kvalitete

- za druge namjene od primarne

Dolazi do zagrijavanja polimera što uzrokuje rekristalizaciju te promjenu molek. masa - dovodi do promjene:

prekidne čvrstoće tvrdoće elastičnosti

Materijalni oporavak : primarno recikliranje čistog plastičnog otpada sekundarno recikliranje korištenog proizvoda

Primarno recikliranje - recikliranje čistog polimernog otpada (otpad s proizvodne linije) PREDNOST: čist i homogen otpad

NEDOSTATAK: ovaj je materijal prošao kroz proces prerade, a sada prolazi i proces mehaničkog recikliranja pri povišenoj temperaturi i tlaku- posljedice:

- povećava se termo-mehanička razgradnja - pad molekulskih masa

Značajna promjena svojstava recikliranog

materijala: npr.

viskoznost čvrstoća žilavost

elastičnost Tm i Tc i Tg

Utjecaj temperature višekratnog ekstrudiranja na polimer – degradacija i promjena mol. masa polimernog otpada

Mw

*103

broj ekstrudiranja

T=3200C

T=2750C

Višestruko ekstrudiranje se često koristi kao pretpostupak za kemijsko recikliranje (zbog već prisutne depolimerizacije)

Problem kod recikliranja sekundarnog polimernog otpada:

heterogenost - nekompatibilnost različitih polimera npr. PE i PVC, PET

Rješenje: dodatak kompatibilizatora, npr. blok kopolimeri, graft kopolimeri pri čemu nastaju djelomično mješljive polimerne mješavine.

Sekundarno recikliranje –opravak polimernog otpada nakon životnog vijeka, odnosno nakon odlaganja proizvoda

Svojstva recikliranog sekundarnog polimernog otpada ne ovise samo o načinu recikliranja, već i o: - proizvodnoj prošlosti polimera - primjeni i uvjetima primjene što sve ima značajan utjecaj na svojstva recikliranog materijala

Kemijsko recikliranje - materijalni oporavak pri čemu se polimerni otpad pretvara u polaznu sirovinu (monomere ili spojeve nižih molekulskih masa - oligomere). Kemijski oporavak podrazumijeva tehnološki postupak kod kojeg dolazi do promjene molekulske strukture, promjene oblika i funkcije primarnog proizvoda.

Troškovi kemijskog recikliranja su visoki, a za ekonomsku opravdanost potrebni su veliki kapaciteti tj. velika populacija i dobro organiziran sustav prikupljanja otpada.

Polimer oligomeri i /ili monomeri depolimerizacija

Kemijsko recikliranje

Kemijski se mogu oporaviti:

- plastomeri, - duromeri i - elastomeri

Priprema PO za kemijski oporavak:

homogen otpad – bez ostalih materijala

čist, opran, usitnjen otpad postupak koji ponekad prethodi kemijskom recikliranju: degradacija ekstrudiranjem - razgradnja otpada u spojeve nižih molekulskih masa

Kemijska razgradnja postiže se djelovanjem toplinske ili mehaničke energije ili pod utjecajem kemikalija, uz dodatak katalizatora. Dodatne tvari za razgradnju su: zrak, vodena para, metalni oksidi.

Najvažniji postupci kemijskog oporavka su: • hidroliza • hidriranje (hidrogenacija), • rasplinjavanje plastičnog otpada (plinifikacija) • piroliza (termoliza) .

spaljivanje na roštilju spaljivanje u vrtložnom sloju spaljivanje u rotacijskim pećima

- najstariji način toplinske obrade otpada

1. Spaljivanje na roštilju

Otpad se kroz lijevak doprema do roštilja.

Roštilj je središnji dio postrojenja za spaljivanje otpada koje se sastoji još od:

opreme za punjenje,

ložišta

uređaja za dobavu zraka

uređaja za odvođenje šljake

omogućuje kontrolirano i potpuno izgaranje otpada.

Energijsko recikliranje - kada kemijsko i mehaničko recikliranje nije moguće provesti (zbog bitnih ograničenja u svojstvima plastičnih materijala – onečišćenost, nehomogenost, pol. mješavine i kompoziti)

Tijekom spaljivanja stalno i nekontrolirano mijenja se: sastav oblik gustoća zapaljivost i energetska vrijednost

A-ležište otpada, B-zona sušenja i paljenja, C-zona glavnog izgaranja, D-zona naknadnog izgaranja.

1-ulaz otpada

5 i 6-zona potpuha i zraka 7-izl

az,

šljake

Nehomogen i promjenljiv miješani otpad izgara na

roštilju

Izuzetno je mehanički, toplinski i kemijski opterećen dio

postrojenja - njegova trajnost ograničena i

zahtijeva posebnu konstrukciju i izradu

850 0C-1000 0C Temp. spaljivanja

2. Spaljivanje u vrtložnom sloju

- proces razvijen jer je često ogrjevna vrijednost komunalnog otpada, zbog visokog udjela vlažnih tvari, a malog udjela polimernog otpada, bila vrlo niska

- proces prikladan za istovrsni otpad s nižom ogrjevnom vrijednošću - dobro izgaranje postiže se neovisno o veličini zrna otpada , tj. obliku

tvari - kod manjih promjera zrna, koji imaju veću brzinu i kraće vrijeme toplinske obrade, reakcija je brža zbog veće dodirne površine s kisikom

- veće čestice dulje ostaju u ložištu i time je dulje vrijeme njihove toplinske obrade.

Prednost procesa s aspekta zaštite okoliša: - potpuno sagorijevanje, manje količine dimnih plinova, minimiziranje

potrebe za odlaganjem - brzo pokretanje i zaustavljanje postrojenja čime se omogućava njegovo

efikasnije korištenje. - ovaj se postupak istražuje za veću primjenu u izgaranju, otplinjavanju te

za pirolizu plastike i gume

3. Spaljivanje u rotacijskim pećima

- spaljivanje otpada u rotacijskim pećima za proizvodnju cementnog klinkera sve je više korišten način za zbrinjavanje otpadnih materijala, a posebno što se tiče polimernih materijala kao što su gume i ambalaža.

- rotacijske su peći primjerene za kruti, kašasti i tekući otpad, a vrijeme zadržavanja otpada u rotacijskoj peći prekratko je za potpuno izgaranje pa se primjenjuje kombinacija s roštiljem i/ili komorom naknadnog izgaranja

100 100 100 100

391

208 220258

0

100

200

300

400

500

Masa pakovanja Energija prerade Proizvodni

troškovi

Volumen otpada

Studija načinjena u Njemačkoj pokazala je da bi ukidanje plastične ambalaže imalo za posljedicu povećanje:

-mase ambalaže 291% -potrošnje energije 108% -volumena nastalog otpada 158% -proizvodnih troškova 120%

OPRAVDANOST UPOTREBE POLIMERNIH MATERIJALA

Tijekom proizvodnje polimernih materijala:

(u usporedbi s drugim materijalima)

•onečišćenje zraka i voda - minimalno

•emisije SO2, NOx i Cl2 - znatno niže

MONOMERI – uglavnom OTROVNI

POLIMERNI MATERIJALI i konačni proizvodi su:

NEOTROVNI za ljudsko zdravlje i okoliš

NEGATIVAN UTJECAJ POLIMERNIH MATERIJALA NA OKOLIŠ

-nafta -ruda

-monomer

-polimer/proizvod -proizvod

-upotreba proizvoda

-odlaganje proizvoda

LCA

ANALIZA ŽIVOTNOG CIKLUSA (LCA) PROIZVODA

LCA – služi zato da se procijeni u kojoj fazi životnog ciklusa proizvod ima najveći utjecaj na okoliš – taj negativan utjecaj nastoji se smanjiti

Neophodno - smanjenje nastajanja otpada u svim fazama životnog ciklusa jednog proizvoda

LCA – life cycle assessment

Analiza životnog ciklusa

(eng. Life Cycle Assessment, LCA)

-analiza koja uključuje i vrednuje sve faze životnog

ciklusa proizvoda, od izvora sirovine, prerade sirovine,

nastanka proizvoda, upotrebe, održavanja proizvoda

do oporavka, odlaganja.

-procjenjuje se utjecaj na okoliš u svim ovim fazama

Primjer recikliranja: osvježavajuća pića,

mineralna voda, ulje, mlijeko

PET boce - od 1973. Wyeth

Svojstva:

- proziran, sjajan materijal

- nelomljivost, mala masa

Zdravstvena prikladnost: - ne otpušta znatnije količine štetnih spojeva prilikom upotrebe: - acetaldehid - spoj koji se oslobađa prilikom proizvodnje i upotrebe PET boca – dozvoljene koncentracije - ftalati – ne sadrži - bisfenol A – ne sadrži - aditivi – vrlo male koncentracije

- postojanost okusa i mirisa pakiranih namirnica - nepropuštanje mirisa i plinova (vod. para, CO2, O2)

Nedostaci PET-a - niska temperatura staklišta → 75 °C nemogućnost sterilizacije = nemogućnost ponovne upotrebe = OTPAD

Prednost PET-a nad staklenim bocama: - PET: lagan materijal m(boca volumena 1 l) ≈ 40 g - staklo: težak materijal m(boca volumena 1 l) ≈ 400 g - nelomljivost = jednostavniji transport

PET ili staklene boce?

Najčešća onečišćenja u PET-u:

Acetaldehid - bezbojan, lako hlapljiv spoj karakterističnog voćnog okusa

- nastaje tijekom mehaničkog recikliranja PET-a na visokim temp. - zaostaje u recikliranom materijalu, može se oslobađati tijekom upotrebe (nije toksičan, ali mijenja okus prehrambenim proizvodima) - već 10-20 ppb daje blagi voćni okus vodi

Antimon - katalizator za proizvodnju PET-a: Sb2O3

- nakon proizvodnje PET-a antimon zaostaje na površini materijala (uklanjanje: ispiranje vodom) - dozvoljena koncentracija u vodi i osvj. pićima: 6 ppb

Ostala onečišćenja - aditivi (proizvodnja i recikliranje) – cinkov stearat, antioksidansi

- neprikladna sekundarna upotreba PET ambalaže:

aromatski spojevi, benzin, motorna ulja

Mehaničko recikliranje PET-a

► Nedostaci: - toplinska i hidrolitička degradacija PET-a

→ slabljenje svojstava recikliranog materijala

► Prednosti: - niski troškovi

- neznatan štetan utjecaj na okoliš

- postupci prerade materijala u talini

Produkt: novi materijal

1977. proveden je prvi postupak recikliranja PET boca

Upotreba mehanički recikliranog PET-a:

Kontrola procesa recikliranja!

- sprečavanje hidrolize, dodatak stabilizatora

- svojstva recikliranog materijala što bliža svojstvima polaznog materijala

Reciklirani PET

ambalaža za prehrambene proizvode

Reciklirani PET

ostale primjene

Reciklirani PET

ambalaža za prehrambene proizvode

“Bottle to bottle”

Stroga kontrola procesa! PET prikladan za upotrebu u kontaktu s namirnicama -nečistoće (upotreba, prerada) – moraju biti u dozvoljenim koncentracijama

Propisi za postrojenja za recikliranje*:

1. da onečišćenja iz otpadnih boca ne smiju doći u kontakt s prehrambenim proizvodima

2. provođenje testova onečišćenja (engl. challenge test)

* http://www.fda.gov/Food/Food Ingridients Packaging/Food Contact Substances FCS

Reciklirani PET ostale primjene

Upotreba:

ambalaža: filmovi i folije – neprehrambeni proizvodi

vlakna: odjeća, tepisi, sportska oprema

građevinska industrija: električni izolator

namještaj

automobilska industrija, kućanski aparati

(PET ojačan staklenim vlaknima)

Polimerne mješavine

polimerna mješavina RPET/PC

reciklirani PET + polikarbonat

- za automobilske dijelove

- dobra žilavost (PC)

- dobra otpornost prema otapalima (PET)

polimerna mješavna RPET/PMMA

reciklirani PET + poli(metil-metakrilat)

- za poboljšanje udarne žilavosti materijala

– depolimerizacija materijala Produkti: oligomeri i monomeri - skuplji postupak od mehaničkog recikliranja

Hidroliza - monomeri etilen-glikol (EG) i tereftalna kiselina (TPA) - oligomeri Glikoliza - monomeri etilen-glikol (EG) i bis(2-hidroksietil)tereftalat (BHET) - oligomeri

Kemijsko recikliranje PET-a