Переработка пластика: различия между версиями

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
[непроверенная версия][непроверенная версия]
Содержимое удалено Содержимое добавлено
Нет описания правки
Строка 387: Строка 387:


Среди достоинств этого метода выделяют сравнительную простоту технологического оформления, а также универсальность, поскольку он применим для любых видов пластика и одновременно перерабатывает как волокна, так и полимерное связующее. При механическом рециклинге не происходит выброса вредных веществ и испарения{{sfn|Петров|2015|с=62—73}}. Недостатками механического рециклинга считаются высокая энергоёмкость процесса, сложность регулирования размеров измельчения, ограниченное повторное применение материалов{{sfn|Петров|2015|с=62—73}}. Более того, необходимость сортировать, разделять и очищать пластиковые изделия значительно замедляют процесс. Тщательную очистку тяжело выполнять технически, особенно если отработанные пластмассы долго накапливались на свалках<ref name=Plastik/>.
Среди достоинств этого метода выделяют сравнительную простоту технологического оформления, а также универсальность, поскольку он применим для любых видов пластика и одновременно перерабатывает как волокна, так и полимерное связующее. При механическом рециклинге не происходит выброса вредных веществ и испарения{{sfn|Петров|2015|с=62—73}}. Недостатками механического рециклинга считаются высокая энергоёмкость процесса, сложность регулирования размеров измельчения, ограниченное повторное применение материалов{{sfn|Петров|2015|с=62—73}}. Более того, необходимость сортировать, разделять и очищать пластиковые изделия значительно замедляют процесс. Тщательную очистку тяжело выполнять технически, особенно если отработанные пластмассы долго накапливались на свалках<ref name=Plastik/>.

=== Термический ===
Механизмы термической деструкции полимеров классифицируются по содержанию кислорода на несколько видов: пиролиз, метанолиз, газификацию, сжигание{{sfn|Куликова|2017|с=103—120}}.

==== Пиролиз ====
[[Пиролиз]] является одним из самых эффективных, но при этом дорогостоящих способов переработки пластика. При использовании метода пиролиза отходы обрабатываются под воздействием высоких температур в специально оборудованных камерах без доступа кислорода. В результате химического процесса образуются газ, тепловая энергия и мазут<ref name= Vtorothody/>. При расщеплении пластиковых отходов методом пиролиза получают бензиновую фракцию, которая может достигать до 80 % от массы исходного сырья<ref>{{cite web
|url= https://rcycle.net/plastmassy/piroliz-plastikov-kak-sposob-polucheniya-topliva#i-6
|title= Пиролиз пластиков как способ получения топлива: сущность процесса, механизм и условия реализации, получаемые продукты
|publisher=Rcycle.net
|accessdate=2020-05-31}}
</ref><ref name=Laermann/><ref>{{cite web
|url=http://biomassmagazine.com/articles/2067/power-and-fuel-from-plastic-wastes
|title=Power and Fuel From Plastic Wastes
|author=Ron Kotrba
|publisher=Biomass magazine
|accessdate=2020-06-01}}
</ref>.

Процесс подразумевает термическое разложение пластиковых отходов при различных температурах (300–900° C) в условиях отсутствия кислорода, в результате чего происходит термическое разложение и высвобождение содержащихся в пластике частиц водорода. Образуются ряд углеводородов, которые можно использовать в качестве основ топливных веществ. Различные виды катализаторов используются для улучшения процесса пиролиза пластиковых отходов, повышения эффективности, нацеливании на конкретную реакцию и снижении температуры и времени процесса<ref>{{cite web
|url=https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenrg.2019.00027/full#:~:text=Pyrolysis%20is%20a%20common%20technique,et%20al.%2C%202017).
|title=Catalytic Pyrolysis of Plastic Waste: Moving Toward Pyrolysis Based Biorefineries
|author=Rashid Miandad, Mohammad Rehan, Mohammad A. Barakat, Asad S. Aburiazaiza, Hizbullah Khan, Iqbal M. I. Ismail, Jeya Dhavamani, Jabbar Gardy, Ali Hassanpour and Abdul-Sattar Nizami
|date=2019-03-19
|publisher=Frontiers in Energy Research
|accessdate=2020-06-11}}</ref><ref>{{cite web
|url=https://newatlas.com/science/plastic-waste-recycle-incredible-products/
|title=5 incredible things scientists can make out of plastic waste
|author=Nick Lavars
|publisher=New Atlas
|accessdate=2020-06-11}}
</ref>. Метод получил большое распространение в странах Западной Европы, однако применять его можно только к пластикам с термостойкими наполнителями. В случае с другими материалами необходим тщательный подбор технологических параметров процесса{{sfn|Петров|2015|с=62—73}}. Пиролиз разрушает 99 % вредных сложносоставных веществ, которые входят в состав пластика, что делает его одним из самых экологичных вариантов переработки отходов, однако требует большого количества энергии<ref name=Piroliz/>{{sfn|Greenpeace|2019|с=19—20}}.Также необходима дорогостоящая очистка отходящих газов{{sfn|Куликова|2017|с=103—120}}.

; FBR-метод
FBR-метод или метод «кипящего слоя» был разработан исследователями [[Уорикский университет|Уорикского университета]]. В его основе лежит использования пиролиза в реакторах кипящего слоя. Проведённые исследования показали, что помещение пластиков смешанного спектра в подобный реактор приводит к получению полезных продуктов<ref>{{cite web
|url=https://analyticalscience.wiley.com/do/10.1002/gitlab.3544/full/
|title=Recycling Plastics in a “Fluidized Bed” Reactor
|date=2010-12-15
|publisher=Wiley Analytical Science
|accessdate=2020-05-31}}
</ref><ref>{{cite web
|url=https://newatlas.com/fluidized-bed-reactor-recycles-plastic-waste/17281/
|title=New technique recycles 100 percent of household plastic
|author=Ben Coxworth
|date=2010-12-15
|publisher=New Atlas
|accessdate=2020-05-31}}
</ref>.

==== Метанолиз ====
В основе метода лежит расщепление пластмассы при помощи [[метанол]]а в резервуарах с высокими температурами. В процессе используются катализаторы, такие как [[ацетат магния]], [[Ацетат кобальта(II)|ацетат кобальта]] и [[Оксид свинца(IV)|диоксид свинца]]<ref>{{cite web
|url=https://resource-recycling.com/plastics/2019/03/06/prime-producer-pushes-forward-on-chemical-recycling/
|title=Prime producer pushes forward on chemical recycling
|date=2019-03-06
|author=Colin Staub
|publisher=Plastic Recycling Update
|accessdate=2020-06-11}}
</ref>.

==== Газификация ====
При [[Газификация|газификации]] из несортированного грязного материала образуют синтетический газ, который впоследствии может быть использован как для постройки новых полимеров, так и для вырабатывания тепловой и электрической энергии<ref name=Laermann/>, метанола, электричества, кормовых белков и различной биомассы{{sfn|Куликова|2017|с=103—120}}. Отходы обрабатываются потоком плазмы при температуре 1200 °C, благодаря чему разрушаются токсичные вещества и не образуется смолы. Впоследствии мусор превращается в пепел, который часто прессуют в брикеты и закладывают в фундамент зданий. Метод газификации приобрёл особую популярность в Японии<ref>{{cite web
|url=https://strelkamag.com/ru/article/garbage
|title=Сжигать, хранить, перерабатывать: что делают с мусором в разных странах
|author=Саша Дорфман
|date=2017-10-18
|publisher=Strelka Mag
|accessdate=2020-05-31}}
</ref>.

Главным достоинством метода является возможность перерабатывать пластик без сортировки. Среди недостатков отмечается высокая вероятность выброса вредных газов в атмосферу{{sfn|Петров|2015|с=62—73}}{{sfn|Fox|2018|с=1—28}}{{sfn|Куликова|2017|с=103—120}}<ref>{{cite web
|url=http://www.vtorres.samregion.ru/portal/content?menu_id=24&content=222
|title=Современные решения по переработке твёрдых бытовых отходов
|publisher=Вторичные ресурсы самарской области
|accessdate=2020-05-31}}
</ref>.

==== Сжигание ====
[[Файл:District heating plant spittelau ssw crop1.png|thumb|250px|right|[[Мусоросжигательный завод Шпиттелау]] в [[Вена|Вене]], спроектированный [[Фриденсрайх Хундертвассер|Фриденсрайхом Хундертвассером]], 2006]]

Сжигание является одним из распространённых и эффективных методов утилизации пластиков, непригодных для переработки из-за своего состава, неправильного сбора и хранения пластикового сырья или потери потенциала к переработке из-за многократного использования пластика. Продуктом [[Энергетическая утилизация отходов|энергетической утилизации]] пластикового мусора являюся электричество, тепло и зола, которая может быть использована в строительстве. Согласно постановлению [[Европейский парламент|Европейского парламента]], сжигание отходов пластика должно применяться только тогда, когда не удалось применить другие методы утилизации{{sfn|Петров|2015|с=62—73}}.

К современным мусоросжигательным заводам предъявляют высокие требования по дожиганию газов при высокой температуре (около 850 °C) и последующей его очистке, что позволяет минимизировать образование и выбросы [[диоксин]]ов. Благодаря этому такие заводы часто располагаются в самих городах, недалеко от места образования отходов. Так, [[Амагер Бакке]] в [[Копенгаген]]е и [[Мусоросжигательный завод Шпиттелау|завод Шпиттелау]] в [[Вена|Вене]] снабжают городские сети электроэнергией и горячей водой<ref name=ruslom/><ref name=w2e-2>{{cite web
|url=https://w2e.ru/blog/kak-ustroena-pererabotka-musora-v-finlyandii/
|title=Как устроена переработка мусора в Финляндии
|date=2019-03-14
|publisher=Энергия из отходов
|accessdate=2019-11-26}}</ref><ref name=rg-2>{{cite web
|url=https://rg.ru/2019/10/21/kak-musoroszhigatelnyj-zavod-stal-dostoprimechatelnostiu-veny.html
|title=Письмо первое: как мусоросжигательный завод стал одной из главных достопримечательностей австрийской столицы
|date=2019-10-21
|author=Владимир Снегирев
|publisher=[[Российская газета]]
|accessdate=2019-11-26}}</ref><ref name=themag>{{Cite web|url= http://plastics-themag.com/The-Spittelau-incinerator:-symbiosis-of-technology-ecology-and-art |title= The Spittelau incinerator: symbiosis of technology, ecology and art | author = Michaël Kotschan| publisher= Plastics Le Mag |date = 2017-03-27 |lang= en }}</ref><ref name=building>{{Cite web|url= https://www.building.co.uk/buildings/projects-copenhill-ski-slope-and-energy-from-waste-plant-copenhagen/5102285.article |title= BUILDINGS Projects: Copenhill ski slope and energy-from-waste plant, Copenhagen |author= Ike Ijeh |date=2019-10-22|publisher= Building.co.uk |lang=en}}</ref>.

=== Экспериментальные методы ===
==== Деполимеризация ====
[[Термическая деполимеризация]] является одним из экспериментальных физико-химических способов. Он построен на процессе [[пиролиз]]а с использованием воды. В результате термической деполимеризации получают как смесь углеводородов, пригодных для создания [[синтетическое топливо|синтетического топлива]], так и новые пластиковые материалы{{sfn|Greenpeace|2019|с=19—20}}. В процессе деполимеризации монопластик вроде ПЭТ-бутылок расщепляется обратно в мономеры, которые могут быть переработаны в новые ПЭТ материалы<ref name=Laermann/>. Термическая деполимеризация позволяет перерабатывать смешанные виды пластиков, однако создаёт потенциально опасные побочные продукты{{sfn|Greenpeace|2019|с=19—20}}.


==== Радиационный ====
==== Радиационный ====

Версия от 17:07, 15 июня 2020

Переработка пластика — процесс превращения пластиковых отходов во вторичное сырьё, энергию, или продукцию с определёнными потребительскими свойствами. Период естественного разложения пластмасс достигает несколько сотен лет, поэтому переработка отходов является частью глобальной попытки сократить объём вредных веществ, поступающих в окружающую среду.

Всего выделяют три основных способа переработки: механический, химический и термический. Механический рециклинг является наиболее распространённым из них, при его использовании конечным результатом является появление нового пластикового материала. Химический метод позволяет разбивать пластиковые отходы на составляющие компоненты. Впоследствии их смешивают и обрабатывают для создания новых материалов. При термическом методе материал подвергается температурной обработке, в результате чего вырабатывается энергия[1].

Пластик на пляже в США, 2016
Упакованный на переработку мусор, 2011

Контекст

Пластик — это органический материал, в основе которого лежат синтетические или природные высокомолекулярные соединения — полимеры. Они, в свою очередь, состоят из мономерных звеньев, соединяющиеся в макромолекулы благодаря химическим или координационным связям[2]. Дешевизна, простота изготовления и высокие эксплуатационные характеристики делают пластик самым производимым материалом в мире[2]. В процессе создания синтетические полимеры могут принимать практически любую форму — от листов до тончайших нитей[2]. Более того, пластмассы отличаются высокой химической стойкостью к кислотам и щелочам, водоустойчивостью, не подвергаются коррозии, а также плохо проводят тепло и электрический ток[2].

Ежесекундно в мире создаётся около 20 000 ПЭТ-бутылок, а в минуту продаётся около 1 000 000[3]. Ежегодно среднестатистический человек производит более 50 килограммов пластиковых отходов, большинство из которых составляют ПЭТ-бутылки и другие упаковки от продуктов питания, детали и элементы современного оборудования, попадающие на свалки как от собственников, так и напрямую с заводов по причине брака[4][5]. Таким образом, пластик является самым часто встречающимся видом мусора[2] — ежегодно около 100 миллионов тонн пластмассы выбрасываются в окружающую среду, нанося ей непоправимый вред и ставя под угрозу существовани других видов[5]. В среднем около 9 500 000 тонн пластика ежегодно попадает в мировой океан, образуя мусорные острова, от которых страдают обитающие в океане живые существа. Так, согласно экспертам WWF, из-за загрязнённости океана, 90 % популяций крупных рыб уже никогда не восстановятся до прежней численности[6]. Пластиковые изделия составляют до 80 % отходов, загрязняющих мировой океан[7].

Ежегодный прирост потребления пластика составляет до 8 % в год. В странах Европейского союза перерабатывается только около 25-30 % пластика[2], в США — 8 %[8], в то время как в развивающихся странах переработка практически не осуществляется. Всего в мире переработке подвергается около 14 % потребляемого материала, бо́льшая часть захоранивается на свалках[9]. За всё время производства пластмасс в мире было переработано только 9 %. Большинство пластиковых отходов собирается на полигонах или разлагается в природе[10][11]. Согласно прогнозам, если существующее положение дел останется без изменений, к 2050 году на полигонах будет храниться около 12 миллиардов тонн пластика. Общей вес отходов будет в 35 000 раз тяжелее, чем здание Эмпайр-стейт-билдинг[10].

Вторичная переработка является основным путём решения проблемы пластикового загрязнения. В результате процессов переработки образуются дополнительные продукты для других отраслей промышленности, а природа загрязняется в гораздо меньшей степени[12]. В то же время, использование вторичных отходов может позволить существенно сократить употребление первичного сырья, такого как нефть, газ и электроэнергии[4].

Маркировка

Знак переработки старого образца, 2007

В 1980 годы в США начали активно развивать программы по переработке мусора, из-за чего возникла необходимость ввести единую классификацию пластиковых материалов[13]. В 1988 году Американское общество пластмассовой промышленности[англ.] внедрило систему маркировки для обеспечения утилизации одноразового пластика по разным категориям[2][14]. Маркировка представляет собой треугольник с «догоняющими друг друга» стрелами, в центре которого нанесены цифры от 1 до 7, обозначающие вид пластика[15][16]. Буквенная аббревиатура под треугольниками обозначает тип материала[17][18][19][20].

Начиная с 2008 года Общество пластмассовой промышленности начало сотрудничать с Американским обществом по испытанию материалов для разработки улучшенной версии кодов переработки. Необходимость пересмотра предыдущей маркировки возникла из-за проблем с восприятием треугольника из «догоняющих друг друга» стрелок — многие путали коды пластика со знаком переработки, также состоящим из треугольника со стрелками[21]. По этой причине в 2013 году было выпущено постановление об изменении символа — был утверждён треугольник с цельными границами[22]. И также в постановлении были пересмотрены некоторые стандарты предыдущей кодификации, уточняющие какие товары принадлежат к каждой из категорий[23].

Класс Логотип Кодировка Примеры Переработка в России
1 Полиэтилентерефталат (лавсан) (PET(E); ПЭТ) Бутылки, полиэстер, упаковки для сыпучих пищевых продуктов, одноразовые пищевые контейнеры, прозрачные флаконы для шампуней Перерабатывается[24]
2 Полиэтилен высокой плотности (низкого давления) (HDPE; ПНД) Фасовочные пакеты, канистры, флаконы для косметики и бытовой химии, контейнеры для продуктов Перерабатывается[24]
3 Поливинилхлорид (PVC; ПВХ) Напольные покрытия, банки для пищевых жиров, окна и двери, игрушки, упаковки из-под таблеток Практически не перерабатывается[24]
4 Полиэтилен низкой плотности (высокого давления) (LDPE; ПВД) Пакеты, пищевая плёнка, трубы, крышки, гибкие пластиковые упаковки Можно сдать на переработку в специально отведённых местах[24]
5 Полипропилен (PP; ПП) Одноразовые шприцы, крышки от бутылок, детали автомобилей, контейнеры для замороженных продуктов, стаканчики для йогурта, упаковки для линз Можно сдать на переработку в специально отведённых местах[24]
6 Полистирол (PS; ПС) Одноразовая посуда, баночки для лекарств, упаковочные подложки для продуктов, цветочные горшки. Из вспененного полистирола изготавливают пенопласт, контейнеры для яиц Можно сдать на переработку в специально отведённых местах[24]
7 Другие (O(ther); Другое) Смесь различных пластиков или полимеры, не входящие в вышеуказанные группы. В категорию входят упаковки для сыра, кофе, корма для животных. Не подлежит переработке[24]

Виды пластика

Пластмассы различаются по химическому составу, жёсткости и жирности. Пластмассы разделяют на три основных вида в зависимости от поведения материала при нагревании[19]:

  • Термопласты — полимеры, которые при нагревании в процессе обработки переходят из твёрдого состояния в жидкое (вязкотекучее или высокоэластичное), а при охлаждении происходит обратный переход в твёрдое[25][26].
  • Реактопласты — полимерные материалы, переходящие под воздействием тепла, отвердителей или катализаторов в нерастворимое и неплавкое состояние. При преобразовании в готовое изделие подвергается необратимым химическим реакциям, что делает материал нерастворимым[27]
  • Эластомеры — основной характеристикой этого вида пластика считаются показатели эластичности и вязкости, а также способность к обратимой деформации — эластомеры сохраняют первоначальную форму при динамических и статических нагрузках даже в условиях высоких температур. К эластомерам относятся каучуки, резина, полиуретан[28].

Типы пластика

ПЭТ-бутылка на берегу Чесапикского залива, 2000

ПЭТ является одним из самых распространённых видов пластика. Чаще всего из него изготавливают одноразовые бутылки для газированных и освежающих напитков[29]. Материал был впервые синтезирован в 1941 году работниками компании «British Calico Printers[англ.]» – Джоном Уинфилдом и Джеймсом Т. Диксоном[30][31]. В СССР материал был выведен независимо от английских экспертов в 1949 году и был назван «лавсаном» в честь Лаборатории Высокомолекулярных Соединений Академии Наук, где его впервые получили[32][33]. В 1950-1960-е годы полимер чаще всего использовали для изготовления синтетических волокон. Как правило, в странах Западной Европы и США используют обозначение PET. В настоящее время в России можно встретить обозначение ПЭТФ для обозначения самого полимера, а сокращение ПЭТ — про изделия, сделанные из него[34].


Благодаря прочности, пластичности и низким затратам на производство, ПЭТ-бутылки опережают другие упаковочные материалы по популярности[35]. ПЭТ сохраняет свои характеристики как при низкой температуре (до −40), так при высокой (до +75), нерастворим в воде и неустойчив к кетонам, щелочам и сильным кислотам, однако имеет повышенную устойчивость к действию водяного пара. Использование ПЭТ-бутылок считается абсолютно безопасным[31]. Во многих странах ПЭТ часто используется для изготовления синтетических волокон, в то время как в России текстильное направление ПЭТ не развито, поэтому более 80 % от производства занимает изготовление бутылок[36][37][31].

Несмотря на то, что американское Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов подтвердило безопасность многократного использования ПЭТ-бутылок, некоторые исследования подтверждают, что при определённых условиях химические элементы могут выщелачиваться в содержащуюяся в бутылке жидкость. Тестирование обнаружило, что из некоторых пластиковых бутылок при многократном использовании в жидкость выделяется сурьма, однако уровень вещества не превышает определяемую для человека норму и не представляет угрозы здоровью[38][39]. Процесс выделения химических веществ в пластиковых бутылках способен происходить и при длительном нагревании (например, из бутылки, находящейся неделями в машине на солнце)[40]. Страны Европы и США запрещают производство детских игрушек из материала ПЭТ, однако полный отказ от материала в 2,5 раза увеличит энергозатраты на производство упаковок из других типов пластика[31].

На разложение ПЭТ-тары на полигонах уходит около 150 лет, однако материал может быть полностью переработан. Из вторичного ПЭТ обычно изготавливают флекс, из которого производят щетину для щёток уборочных машин, упаковочные ленты, плёнку, черепицу, плитку на тротуарах. Из гранул изготавливают наполнители спальных мешков и геосетки для дорог[31].

Полиэтилен высокой плотности низкого давления (HDPE, ПНД, ПЭВП)

Подготовленный к переработке ПНД, 2010

Полиэтилен высокой плотности низкого давления — непрозрачный, жёсткий и прочный материал, широко применяемый в промышленности и домашнем хозяйстве. Температура плавления составляет около 135° С, что позволяет ему выдерживать кипящую воду, однако в большинстве случаев ПНД составляет основу жёстких упаковок, таких как бутылки для молока и бытовой химии, поддонов, бочек, ящиков и контейнеров для крупных грузов[41]. Изделия из ПНД не являются токсичными, однако при нагревании до 250 °С и одновременном контакте с воздухом выделяются диоксид углерода, монооксид углерода (угарный газ) и альдегиды, в том числе и формальдегид[42]. Материал имеет кристалличность до 75-90%[43].

Впервые промышленный синтез поливинилхлорида был осуществлён в водной эмульсии в 1930 году. Товарный ПВХ представляет собой белый порошок без вкуса и запаха. Материал довольно прочный и обладает хорошими диэлектрическими свойствами. Не растворяется в воде, устойчив к действию кислот, щелочей, спиртов[44]. Поливинилхлорид является одним из наиболее часто используемых термопластичных материалов по причине своей низкой себестоимости, прочности, а также универсальности[45]. Изделия из ПВХ долговечны и не подвергаются воздействию солнца, влаги, химических соединений[44][45].

Процесс производства, использования и утилизации сопровождается образованием диоксинов и других токсичных химических веществ, а содержащийся в пластике винилхлорид является канцерогеном и способен проникать в организм человека через продукты питания[2].

В настоящее время ПВХ редко подвергается вторичной переработке, основным способом утилизации материала является захоронение[45]. Наиболее рациональным методом рециклинга ПВХ является физико-механический способ[46].

Полиэтилен высокого давления (LDPE, ПВД)

ПВД-бутылка, 2009

ПВД — материал низкой плотности высокого давления[47], характеризующийся высокой химической стойкостью, низким поглощением влаги и высоким электрическим сопротивлением[48]. Впервые полимер синтезировали в 1936 году при условиях высокой температуре и давления. Благодаря своей плотности и простоте изготовления ПВД быстро стал одним из самых популярных пластиковых материалов[49]. При нагревании ПВД выделяет кислоты, эфиры, перекисные и карбонильные соединения, а также непредельные углеводороды[42]. ПВД отходы не разлагаются в условиях естественной среды[50][51].

Одноразовые пробирки, изготовленные из ПП, 2010

Полипропилен является одним из самых доступных и популярных видов пластика, из которого изготавливают и волокна и пластические массы[52]. Полипропилен производится из пропилена, который, в свою очередь, выделяют из газов крекинга нефти или нефтепродуктов – при определённых условиях в процессе расщепления углеводородов образуются пропилен и этилен. Процесс выделения и очистки материала производится методом глубокого охлаждения[53].

Изделия из ПП обладают высокой химической стойкостью, прочностью и термостойкостью. Однако материал подвержен окислительной деградации при контакте с определёнными материалами (например, медью)[52], а также чувствителен к ультрафиолету и кислороду[54][55][56].

Из полипропилена изготавливают вёдра, миски, ящики, игрушки, медицинские компоненты, барабаны для стиральных машин, ящики для батарей, крышки для бутылок, волокна для ковров и спортивной одежды[52]. Хорошая устойчивость к высоким температурам позволяет использовать полипропилен для изготовления искусственных волокон[55]. ПП-материал хорошо поддаётся переработке. Как правило, из него производят гранулы, которые впоследствии вторично используются для изготовления пластиковых предметов. Мировой спрос на спрос на вторичный полипропилен продолжает расти, однако многие производители и перерабатывающие компании сталкиваются с тем, что первичный материал может быть значительно дешевле вторичного[57].

Брусок из пенопласта, 2004

Первый патент на получение полистирола был получен в 1911 году в Германии. В пределах страны массовое промышленное производство полимера началось с 1920-х годов, однако за пределами Германии изготовление полистирола долгое время сдерживалось высокими ценами на мономер. Только после роста производства бутадиен-стирольного каучука в послевоенных США, цены на стирол значительно снизились, что привело и к возросшей популярности полистирола[58].

Материал хорошо растворяется в ароматических и хлорированных углеводородах, сложных эфирах, кетонах, сероуглероде, пиридине, однако устойчив к действию щелочей и галогеноводородных кислот. Термическая деструкция ПС достигается при температурах выше 200 °C, основным продуктом разложения становится мономерный стирол. Для снижения горючести материала, в полимер добавляют фосфорсодержащие соединения[59]. Из ПС часто изготавливают пенопласт, упаковочные материалы, теплоизоляционные материалы, термопосуду. Материал не годится для хранения горячей еды и напитков[12].

Виды отходов ПС можно разделить наВиды отходов ПС можно разделить на[60]:

1) условно чистые (обрезки листов для вакуум-формования, спилы листовых изделий), поддающиеся повторной переработке прямо на предприятиях с добавлением чистого пластика[60].

2) промышленные сильнозагрязнённые — материал ПС, используемый для прочистки оборудования. Чаще всего содержат остатки других полимеров и нагар. Основной способ уничтожение — сжигание[60].

3) Полигонные — чаще всего упаковки от пищевых продуктов и товары ежедневного потребления[60].

4) Пенопласт. Из-за его удельных характеристик — большой объём и малый вес — утилизация пенопласта достаточно проблематична. Запрещено хранить на полигонах[60].

Другие (PC, Other, O)

Смесь различных видов пластиков и полимеры, не вошедшие в отдельную группу. В эту категорию входят: полиэтиленовый воск (ПВ); полибутилентерефталат (ПБТ); полиамид (ПА); АБС-пластик. По этой причине для этой категории протоколы повторного использования и переработки не стандартизированы. Одним из главных недостатков этой группы пластмасс является потенциальная возможность химического выщелачивания в пищевые продукты или напитки, упакованные в изделия с использованием поликарбоната (PC) – одного из самых опасных видов пластика, который способен выделять BPA (бисфенол А). По этой причине нагревание пластиков с такой маркировкой запрещено[61][62].

Способы переработки и утилизации пластика

Собранные для переработки ПЭТ бутылки. США, 2019

Всего выделяют три основных метода утилизации пластика: физический, химический и термический. Наиболее перспективными среди физических методов переработки являются механические и радиационные способы[12]. Химический метод в настоящее время активно развивается в странах Западной Европы и Японии.

Физический

Механический рециклинг

Среди физических методов самым распространённым является механический рециклинг. Способ состоит в измельчении, дроблении и перетирании пластиковых материалов для получения рециклата — полимерного материала, впоследствии используемого для изготовления других пластмассовых изделий. Механический рециклинг не требует дорогостоящего специального оборудования и легко реализуем[12]

На первом этапе отходы сортируют по типу пластика, состоянию материала и степени загрязнённости. Затем материал проходит этап предварительного дробления[63][15]. Впоследствии пластмассу заново сортируют, моют и высушивают, а затем обрабатывают в термических установках для получения расплава однородной консистенции — рециклата[12][63]. Впоследствии уже расплавленный материал отправляют в экструдер для формирования промежуточных гранул либо напрямую вторичной продукции[63]. Для осуществления процесса используются дробилки, грануляционные установки, устройства для агломерации вторичных масс, системы замачивания и очистки, автоматизации, подъёмно-транспортное оборудование[63].

Метод механического рециклинга позволяет перерабатывать как незагрязнённые и однотипные отходы, так и смеси полимерных материалов. Переработанный материал либо используется как второсырьё или же смешивается с чистым пластиком для получения нового материала[64]. Чаще всего механический рециклинг используется для повторного перепроизводства полимерных волокон, пластиковой тары и упаковок[63].

Среди достоинств этого метода выделяют сравнительную простоту технологического оформления, а также универсальность, поскольку он применим для любых видов пластика и одновременно перерабатывает как волокна, так и полимерное связующее. При механическом рециклинге не происходит выброса вредных веществ и испарения[12]. Недостатками механического рециклинга считаются высокая энергоёмкость процесса, сложность регулирования размеров измельчения, ограниченное повторное применение материалов[12]. Более того, необходимость сортировать, разделять и очищать пластиковые изделия значительно замедляют процесс. Тщательную очистку тяжело выполнять технически, особенно если отработанные пластмассы долго накапливались на свалках[63].

Термический

Механизмы термической деструкции полимеров классифицируются по содержанию кислорода на несколько видов: пиролиз, метанолиз, газификацию, сжигание[65].

Пиролиз

Пиролиз является одним из самых эффективных, но при этом дорогостоящих способов переработки пластика. При использовании метода пиролиза отходы обрабатываются под воздействием высоких температур в специально оборудованных камерах без доступа кислорода. В результате химического процесса образуются газ, тепловая энергия и мазут[15]. При расщеплении пластиковых отходов методом пиролиза получают бензиновую фракцию, которая может достигать до 80 % от массы исходного сырья[66][67][68].

Процесс подразумевает термическое разложение пластиковых отходов при различных температурах (300–900° C) в условиях отсутствия кислорода, в результате чего происходит термическое разложение и высвобождение содержащихся в пластике частиц водорода. Образуются ряд углеводородов, которые можно использовать в качестве основ топливных веществ. Различные виды катализаторов используются для улучшения процесса пиролиза пластиковых отходов, повышения эффективности, нацеливании на конкретную реакцию и снижении температуры и времени процесса[69][70]. Метод получил большое распространение в странах Западной Европы, однако применять его можно только к пластикам с термостойкими наполнителями. В случае с другими материалами необходим тщательный подбор технологических параметров процесса[12]. Пиролиз разрушает 99 % вредных сложносоставных веществ, которые входят в состав пластика, что делает его одним из самых экологичных вариантов переработки отходов, однако требует большого количества энергии[71][72].Также необходима дорогостоящая очистка отходящих газов[65].

FBR-метод

FBR-метод или метод «кипящего слоя» был разработан исследователями Уорикского университета. В его основе лежит использования пиролиза в реакторах кипящего слоя. Проведённые исследования показали, что помещение пластиков смешанного спектра в подобный реактор приводит к получению полезных продуктов[73][74].

Метанолиз

В основе метода лежит расщепление пластмассы при помощи метанола в резервуарах с высокими температурами. В процессе используются катализаторы, такие как ацетат магния, ацетат кобальта и диоксид свинца[75].

Газификация

При газификации из несортированного грязного материала образуют синтетический газ, который впоследствии может быть использован как для постройки новых полимеров, так и для вырабатывания тепловой и электрической энергии[67], метанола, электричества, кормовых белков и различной биомассы[65]. Отходы обрабатываются потоком плазмы при температуре 1200 °C, благодаря чему разрушаются токсичные вещества и не образуется смолы. Впоследствии мусор превращается в пепел, который часто прессуют в брикеты и закладывают в фундамент зданий. Метод газификации приобрёл особую популярность в Японии[76].

Главным достоинством метода является возможность перерабатывать пластик без сортировки. Среди недостатков отмечается высокая вероятность выброса вредных газов в атмосферу[12][77][65][78].

Сжигание

Мусоросжигательный завод Шпиттелау в Вене, спроектированный Фриденсрайхом Хундертвассером, 2006

Сжигание является одним из распространённых и эффективных методов утилизации пластиков, непригодных для переработки из-за своего состава, неправильного сбора и хранения пластикового сырья или потери потенциала к переработке из-за многократного использования пластика. Продуктом энергетической утилизации пластикового мусора являюся электричество, тепло и зола, которая может быть использована в строительстве. Согласно постановлению Европейского парламента, сжигание отходов пластика должно применяться только тогда, когда не удалось применить другие методы утилизации[12].

К современным мусоросжигательным заводам предъявляют высокие требования по дожиганию газов при высокой температуре (около 850 °C) и последующей его очистке, что позволяет минимизировать образование и выбросы диоксинов. Благодаря этому такие заводы часто располагаются в самих городах, недалеко от места образования отходов. Так, Амагер Бакке в Копенгагене и завод Шпиттелау в Вене снабжают городские сети электроэнергией и горячей водой[9][79][80][81][82].

Экспериментальные методы

Деполимеризация

Термическая деполимеризация является одним из экспериментальных физико-химических способов. Он построен на процессе пиролиза с использованием воды. В результате термической деполимеризации получают как смесь углеводородов, пригодных для создания синтетического топлива, так и новые пластиковые материалы[72]. В процессе деполимеризации монопластик вроде ПЭТ-бутылок расщепляется обратно в мономеры, которые могут быть переработаны в новые ПЭТ материалы[67]. Термическая деполимеризация позволяет перерабатывать смешанные виды пластиков, однако создаёт потенциально опасные побочные продукты[72].

Радиационный

Радиационный метод основан на использовании высокоэнергетического излучения для разрушения полимерной матрицы[12], при этом физические характеристики наполнителя остаются неизменными[65]. Предполагается, что в будущем этот всё ещё экспериментальный метод ставит основным способом утилизации армированного пластика[12].

Среди недостатков процесса выделяют повышенную радиационную нагрузку на человека и окружающую среду. Более того, утилизации подвергаются только тонкослойные пластики[65].

Примечания

  1. Ошибка в сносках?: Неверный тег <ref>; для сносок JapanTimes не указан текст
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 Потапова, 2018, с. 535—544.
  3. На Земле слишком много пластикового мусора. Вот несколько способов это исправить. Meduza (11 декабря 2018). Дата обращения: 29 мая 2020.
  4. 1 2 Бузова, 2017, с. 134—136.
  5. 1 2 Количество пластиковых отходов в мировом океане может удвоиться к 2030 году. ТАСС (6 марта 2019). Дата обращения: 28 мая 2020.
  6. Цифра дня: Сколько тонн пластика попадает в Мировой океан ежегодно? Ferra (8 июня 2019). Дата обращения: 28 мая 2020.
  7. Ошибка в сносках?: Неверный тег <ref>; для сносок РБК не указан текст
  8. Ошибка в сносках?: Неверный тег <ref>; для сносок Smith не указан текст
  9. 1 2 Ошибка в сносках?: Неверный тег <ref>; для сносок ruslom не указан текст
  10. 1 2 Laura Parker. A whopping 91% of plastic isn't recycled. National Geographic (20 декабря 2018). Дата обращения: 29 мая 2020.
  11. Emily Holden. The Guardian (27 ноября 2019). Дата обращения: 28 мая 2020.
  12. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Петров, 2015, с. 62—73.
  13. Resin Identification Codes. ASTM International (сентябрь 2008). Дата обращения: 29 мая 2020.
  14. SPI Resin Identification Code - Guide to Correct Use. SPI. Дата обращения: 1 июня 2020.
  15. 1 2 3 Сергей Юшкевич. Виды пластика. Человек и творение (14 марта 2015). Дата обращения: 27 мая 2020.
  16. Виды отходов из пластика, их переработка и утилизация. Vtorothody. Дата обращения: 27 мая 2020.
  17. Треугольники на пластике: как разобраться в экомаркировке? Green Peace. Дата обращения: 28 мая 2020.
  18. 7 Things You Didn’t Know About Plastic (and Recycling). National Geographic (4 апреля 2018). Дата обращения: 1 июня 2020.
  19. 1 2 Виды и типы пластика. Eco Portal (8 февраля 2019). Дата обращения: 27 апреля 2020.
  20. Насколько вреден пластик? Нужно ли от него отказаться? И куда его сдать? Важные вопросы про пластик. Meduza (20 июня 2019). Дата обращения: 29 мая 2020.
  21. Do you know the difference? Kleertech (13 ноября 2019). Дата обращения: 29 мая 2020.
  22. Anne Marie Mohan. Triangle replaces chasing arrows in Resin Identification Code. Greener Package (12 июня 2013). Дата обращения: 29 мая 2020.
  23. Свежие стандарты ASTM упростят переработку пластика, выбор велосипедов и не только. Novotest. Дата обращения: 29 мая 2020.
  24. 1 2 3 4 5 6 7 Виды пластика, которые можно и нельзя сдать в переработку. Мастера (29 марта 2019). Дата обращения: 4 июня 2020.
  25. Термопласты. Новые химические технологии. Дата обращения: 29 мая 2020.
  26. Термопласты. PlastInfo. Дата обращения: 29 мая 2020.
  27. Thermosetting Polymers – Rheologicial Testing. Azo Materials. Дата обращения: 11 июня 2020.
  28. Elastomers. Polymer Properties Database. Дата обращения: 11 июня 2020.
  29. Описание и марки полимеров - Полиэтилентерефталат. Полимерные материалы. Дата обращения: 29 мая 2020.
  30. Брукс, 2010, с. 13.
  31. 1 2 3 4 5 Ксения Потапова. Как производят ПЭТ-бутылки: выдувание, охлаждение и немного волшебства. Plast Guru. Дата обращения: 29 мая 2020.
  32. Свойства и применение полиэтилентерефталата. Полимер инфо. Дата обращения: 29 мая 2020.
  33. Курамшин, 2017.
  34. Брукс, 2010, с. 46.
  35. PET Plastic Bottle Consumption Set to Grow by 3.9% Over the Next Five Years. Packaging Europe (3 июля 2017). Дата обращения: 11 июня 2020.
  36. В.И. Керницкий. Вопросы по бутылочному ПЭТ. Крайности и реальности. Вестник Химической Промышленности (24 августа 2016). Дата обращения: 29 мая 2020.
  37. Брукс, 2010.
  38. Rebecca Harrington. Here's when you need get rid of your plastic water bottle. Business Insider (8 февраля 2016). Дата обращения: 11 июня 2020.
  39. Welle, 2011.
  40. Sarah Gibbens. National Geographic (19 июля 2019). Дата обращения: 11 июня 2020.
  41. Emblem, 2012, с. 295.
  42. 1 2 Лазарев, 1976, с. 529.
  43. Венедиктов, 2001, с. 7-9.
  44. 1 2 Венедиктов, 2001, с. 11.
  45. 1 2 3 Bakhshandeh, 2011, с. 405.
  46. Прокопчук, 2010, с. 112—114.
  47. Plastic Properties of Low Density Polyethylene (LDPE). Dynalab. Дата обращения: 1 июня 2020.
  48. Болтон, 2004, с. 227.
  49. Роман Фишман. Что такое полиэтилен? Популярная механика. Дата обращения: 11 июня 2020.
  50. Niaounakis, 2020, с. 35.
  51. Bhone Myint Kyaw, Ravi Champakalakshmi, Meena Kishore Sakharkar, Chu Sing Lim, and Kishore R. Sakharkarcorresponding author. Biodegradation of Low Density Polythene (LDPE) by Pseudomonas Species. US National Library of Medicine (сентябрь 2012). Дата обращения: 11 июня 2020.
  52. 1 2 3 Polypropylene (PP). British Plastics Foundation. Дата обращения: 11 июня 2020.
  53. Николаев, 1964, с. 59.
  54. Полипропилен (ПП) : основные свойства, область применения. Plast Info (18 февраля 2008). Дата обращения: 4 июня 2020.
  55. 1 2 Область применения полипропилена. Polimer Info. Дата обращения: 11 июня 2020.
  56. Маркировка пластика: виды, таблица расшифровки маркеров пластиковой тары. Cleverence (17 декабря 2019). Дата обращения: 28 мая 2020.
  57. The potential of polypropylene. Recycling Today (17 июля 2019). Дата обращения: 11 июня 2020.
  58. Малкин, 1975, с. 11.
  59. Малкин, 1975, с. 15.
  60. 1 2 3 4 5 Переработка полистирола: утилизация отходов и изготовление вторичного сырья. Recycle net. Дата обращения: 11 июня 2020.
  61. Greg Seaman. Plastics by the Numbers. Earth Easy. Дата обращения: 11 июня 2020.
  62. Identifying plastics. BBC news. Дата обращения: 11 июня 2020.
  63. 1 2 3 4 5 6 Технология переработки пластиковых отходов. Полимер инфо. Дата обращения: 31 мая 2020.
  64. Ишалина, 2015, с. 39—48.
  65. 1 2 3 4 5 6 Куликова, 2017, с. 103—120.
  66. Пиролиз пластиков как способ получения топлива: сущность процесса, механизм и условия реализации, получаемые продукты. Rcycle.net. Дата обращения: 31 мая 2020.
  67. 1 2 3 Ошибка в сносках?: Неверный тег <ref>; для сносок Laermann не указан текст
  68. Ron Kotrba. Power and Fuel From Plastic Wastes. Biomass magazine. Дата обращения: 1 июня 2020.
  69. Rashid Miandad, Mohammad Rehan, Mohammad A. Barakat, Asad S. Aburiazaiza, Hizbullah Khan, Iqbal M. I. Ismail, Jeya Dhavamani, Jabbar Gardy, Ali Hassanpour and Abdul-Sattar Nizami. Catalytic Pyrolysis of Plastic Waste: Moving Toward Pyrolysis Based Biorefineries. Frontiers in Energy Research (19 марта 2019). Дата обращения: 11 июня 2020.
  70. Nick Lavars. 5 incredible things scientists can make out of plastic waste. New Atlas. Дата обращения: 11 июня 2020.
  71. Ошибка в сносках?: Неверный тег <ref>; для сносок Piroliz не указан текст
  72. 1 2 3 Greenpeace, 2019, с. 19—20.
  73. Recycling Plastics in a “Fluidized Bed” Reactor. Wiley Analytical Science (15 декабря 2010). Дата обращения: 31 мая 2020.
  74. Ben Coxworth. New technique recycles 100 percent of household plastic. New Atlas (15 декабря 2010). Дата обращения: 31 мая 2020.
  75. Colin Staub. Prime producer pushes forward on chemical recycling. Plastic Recycling Update (6 марта 2019). Дата обращения: 11 июня 2020.
  76. Саша Дорфман. Сжигать, хранить, перерабатывать: что делают с мусором в разных странах. Strelka Mag (18 октября 2017). Дата обращения: 31 мая 2020.
  77. Fox, 2018, с. 1—28.
  78. Современные решения по переработке твёрдых бытовых отходов. Вторичные ресурсы самарской области. Дата обращения: 31 мая 2020.
  79. Как устроена переработка мусора в Финляндии. Энергия из отходов (14 марта 2019). Дата обращения: 26 ноября 2019.
  80. Владимир Снегирев. Письмо первое: как мусоросжигательный завод стал одной из главных достопримечательностей австрийской столицы. Российская газета (21 октября 2019). Дата обращения: 26 ноября 2019.
  81. Michaël Kotschan. The Spittelau incinerator: symbiosis of technology, ecology and art (англ.). Plastics Le Mag (27 марта 2017).
  82. Ike Ijeh. BUILDINGS Projects: Copenhill ski slope and energy-from-waste plant, Copenhagen (англ.). Building.co.uk (22 октября 2019).

Литература

  • Бузова О.В., Новикова В.О. Переработка пластиковых отходов // Агентство международных исследований. — 2017. — С. 134—136.
  • Давид Брукс, Джефф Джайлз. Производство упаковки из ПЭТ. — ЦОП "Профессия. — Санкт-Петербург, 2010. — 368 с. — ISBN 5-93913-110-7.
  • Болтон У. Конструкционные материалы: металлы, сплавы, полимеры, керамика, композиты. — Додэка-XXI, 2004. — ISBN 5-94120-046-3.
  • Венедиктов Н.Л. Пластические массы. Свойства, способы переработки, области применения. — ТюмГНГУ. — 2001. — ISBN 5-88465-334-4.
  • Волкова А. В. Рынок утилизации отходов. — Национальный исследовательский университет Высшая школа экономики, 2018.
  • Ишалина О.В., Лакеев С. Н., Миннигулов Р. З., Майданова И. О. Анализ методов переработки отходов полиэтилентерефталата // Промышленное производство и использование эластомеров. — 2015. — № 3. — С. 39—48.
  • Куликова Ю.В., Тукачева К.О. Анализ технологий утилизации полимерных композиционных материалов // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. — 2017. — Вып. 4. — С. 103—120. — doi:10.15593/24111678/2017.04.08.
  • Курамшин А. Жизнь замечательных веществ. — АСТ. — 2017. — 400 с.
  • Лазарев Н.В., Левина Э.Н. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. — Химия, 1976. — 624 с.
  • Малкин А.Я., Вольфсон С. А., Кулезнев В.Н., Файдель Г.И. Полистирол. Физико-химические основы получения и переработки. — Москва: Химия, 1975. — 284 с.
  • Мануленко А.Ф., Прокопчук Н.Р., Евсей А.В. Некоторые особенности рециклинга и регулирование свойств вторичного поливинилхлорида // Труды БГТУ. — 2010.
  • Николаев А. Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе. — Москва: Химия, 1964. — 779 с.
  • Петров А. В., Дориомедов М.С., Скрипачев С.Ю. Технологии утилизации полимерных композиционных материалов (обзор) // Труды Виам. — 2015. — № 8. — С. 62—73. — doi:10.15593/24111678/2017.04.08.
  • Пипия Л. К., Елкин А. Г. Переработка пластмасс: оценка рынка и перспективы. — Наука за рубежом. — 2018. — 1-33 с.
  • Потапова Е. В. Проблема утилизации пластиковых отходов // Известия Байкальского государственного университета. — 2018. — Т. 28, № 4. — С. 535—544. — doi:10.17150/2500-2759.
  • Рзаев К. В. Переработка отходов пластмасс в России // Твёрдые бытовые отходы. — 2017. — № 1. — С. 7—9.
  • Greenpeace Россия. Будущее в мусорной корзине: как бизнес принимает неверные решения по проблеме пластикового загрязнения. — Greenpeace, 2019.
  • Emblem A. Plastics properties for packaging materials // Woodhead Publishing Limited. — 2012. — С. 287-309.
  • Fox J.A., Stacey N.T. Process targeting: An energy based comparison of waste plastic processing technologies // Energy. — 2018. — С. 1—28. — doi:10.1016/j.energy.2018.12.160.
  • Niaounakis Michael. Recycling of flexible plastic packaging. — Elsevier. — 2020.
  • Mădălina Elena Grigore. Methods of Recycling, Properties and Applications of Recycled Thermoplastic Polymers // Recycling. — 2017. — Т. 2, вып. 24. — С. 1-11.
  • Mehdi Sadat-Shojai, Gholam-Reza Bakhshandeh. Recycling of PVC wastes // Polymer Degradation and Stability. — 2011. — С. 404-415. — doi:10.1016/j.polymdegradstab.2010.12.001.
  • Hazrat M. A., Rasul M. G, Khan M. M. K. A study on Thermo-Catalytic Degradation for Production of Clean Transport Fuel and Reducing Plastic Wastes // Procedia Engineering. — 2015. — № 105. — С. 865—876. — doi:10.1016/j.proeng.2015.05.108.
  • Ragart K, Delva L., Kevin V.G. Mechanical and chemical recycling of solid plastic waste // Waste Management. — 2017. — Вып. 69. — С. 24—58. — doi:10.1016/j.wasman.2017.07.044.
  • Welle F., Franz R. Migration of antimony from PET bottles into beverages: determination of the activation energy of diffusion and migration modelling compared with literature data. — 2011. — Вып. 28, № 1. — С. 115-126. — doi:10.1080/19440049.2010.530296.