Переработка ПЭТ-бутылок

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Сортированные пластиковые бутылки

Переработка ПЭТ-бутылок — процесс превращения ПЭТ-бутылок в новый материал, что позволяет избежать попадания полиэтилентерефталата в окружающую среду и уменьшить количество отходов, направляемых на полигоны. Главной целью рециклинга является сохранение ресурсов в качестве сырьевых материалов. ПЭТ-бутылки могут быть полностью переработаны, в то время как на их разложение на полигонах уходит около 150 лет[1]. Наиболее часто применяемым методом к ПЭТ-бутылкам является повторное использование и вторичная переработка в новые виды материалов и изделия. Сильно загрязнённые и непригодные к переработке ПЭТ-ресурсов часто применяют сжигание с получением энергии[2].

Использование ПЭТ[править | править код]

Сортированные пластиковые бутылки готовы к утилизации, 2006

ПЭТ или полиэтилентерефталат (ПЭТФ) — полимер, созданный комбинацией двух мономеров: модифицированного этиленгликоля и очищенной терефталевой кислоты[3]. Материал был впервые синтезирован в 1939 и запатентован в 1941 году работниками компании «British Calico Printers[en]» — Джоном Уинфилдом и Джеймсом Т. Диксоном[4][1]. 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[5][6]. В 1950—1960-е годы полимер использовался в основном для изготовления синтетических волокон[7].

Изобретение ПЭТ-бутылки связано с именем американского изобретателя Натаниэля Уайета[en], задумавшегося в 1967 году о возможности хранить газировку в пластиковой бутылке. В 1973 году он запатентовал процесс изготовления бутылки[8]. Первые коммерческие испытания ПЭТ-бутылок проводились в 1975—1976 годах, однако революция в производстве пластиковых тар началась в 1977-м, когда американское Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) запретило компании «Кока-кола» выпускать бутылки из смолы Lopac — тогдашней альтернативе стеклянной таре. Компании пришлось искать новые материалы для массового изготовления прочных и дешёвых бутылок. Изначально «Кока-Кола» планировала изготавливать ПЭТ-бутылки сама, однако после испытаний 1976 года технология была передана другим производителям. Уже к концу года первые ПЭТ-тары произвела компания Amoco Containers, а спустя неделю и Hoover Universal[9]. В том же 1977 году была переработана первая ПЭТ-бутылка[8].

Низкие затраты на производство, высокая прочность, водонепроницаемость, прозрачность, повышенная пластичность, а также способность сохранять свои свойства делают ПЭТ-бутылки одной из самых распространённых упаковок из пластика[10][11][12]. В России ПЭТ-бутылки составляют более 80 % от производства всех ПЭТ-материалов[13][3]. Каждую секунду в мире изготавливается 20 000 ПЭТ-бутылок, а ежеминутно продаётся около 1 000 000[14]. ПЭТ составляет значительную долю из более чем 50 килограммов пластиковых отходов, которые создаёт каждый год среднестатистический человек[15][16].

Около 9 500 000 тонн пластика ежегодно попадает в мировой океан, в результате чего гибнут крупные рыбы и млекопитающие[17], однако за всю историю изготовления и активного использования материала было переработано только 9 % — большинство отходов скапливаются на полигонах или разлагаются в природе[18][19][18]. И при этом ПЭТ является самым широко перерабатываемым пластиком в мире: уровень переработки материала в США достигает около 30 %, а в странах Европейского союза — 50 %[3]. В то же время, в 2016 году меньше чем половина ПЭТ-бутылок была собрана для переработки, и только 7 % от собранных были использованы для изготовления новых бутылок[20]. ПЭТ-пластмассы обозначаются кодом идентификации «1» — как правило, символ расположен в нижней части бутылки[21].

Заготовка сырья[править | править код]

Сбор[править | править код]

В большинстве случаев сортировка материала осуществляется на перерабатывающем предприятии. Ручная сортировка и разделение бутылок происходит по форме, степени загрязнённости, типу материала[22][23], иногда — по цветам материала[24]. Например, в России ПЭТ сортируют по четырём основным цветовым группам: тёмные цвета (чёрный, коричневый), сине-зелёные, прозрачные, другие. При ручной выборке с транспортёра один рабочий может отобрать не более 140 килограмм ПЭТ-бутылок в час[25].

Фандомат для пустых банок от напитков и ПЭТ-бутылок в супермаркетах Aldi, Германия, 2018
Знак на бутылке о залоговой стоимости в 2 шведских кроны, Швеция, 2019
Мусорные бункеры для раздельного сбора мусора в Швейцарии. Синий контейнер — только для ПЭТ. 2012
Пункт приёма крышек от пластиковых бутылок в одной из точек общественного питания в Екатеринбурге, 2020

Компании могут использовать системы автоматического распознавания и сортировки, однако несмотря на повышенную производительность и эффективность, подобные системы являются дорогостоящими[22]. В подобных системах работают с использованием сенсорных датчиков и сканеров, которые считывают конкретный тип полимера. В странах Европейского союза подобные автоматы используются для сортировки пластика из контейнеров раздельного сбора[25].

По всему миру используются несколько основных способов раздельного сбора пластика. Схема drop-off («довезти до») подразумевает доставку населением отходов в специально отведённые места. Подобный метод в основном инициируется региональными властями или внедряется при крупных сетевых супермаркетах или общественных организациях. Обычно мусоросборниками являются конусообразные открывающиеся контейнеры с двумя колёсами и сетчатым каркасом. Если подобная система хорошо отлажена, то уровень регенерации упаковки в регионе может достигнуть 40-50 %[26].

Схема kerbside («у бордюра») подразумевает сбор мусора через установленные непосредственно рядом с домами контейнеры. Метод является наиболее эффективным — схема kerbside позволяет собрать до 60 % упаковки[26].

В развитых странах часто встречаются автоматы по приёму тары, также известные как фандоматы. В основном они используются для сбора пластиковых ёмкостей из-под напитков. Автоматы устанавливаются в тех регионах и странах, где введена система залоговой тары — часть стоимости упаковки включена в стоимость напитка и возвращается покупателю при сдаче материала. Как правило, подобные автоматы идентифицируют материал ёмкости с помощью штрихового кода, материального датчика или видеоизображения, а затем бутылка перемещается в секцию хранения, где часто хранится в прессованном виде. В обмен потребитель получает жетоны или чеки для обмена на определённые товары или возврата залоговой стоимости[26][25].

Сортировка[править | править код]

В большинстве случаев сортировка материала осуществляется на перерабатывающем предприятии. Ручная сортировка и разделение бутылок происходит по форме, степени загрязнённости, типу материала[22][23], иногда — по цветам материала[24]. Например, в России ПЭТ сортируют по четырём основным цветовым группам: тёмные цвета (чёрный, коричневый), сине-зелёные, прозрачные, другие. При ручной выборке с транспортёра один рабочий может отобрать не более 140 килограмм ПЭТ-бутылок в час[25].

Компании могут использовать системы автоматического распознавания и сортировки, однако несмотря на повышенную производительность и эффективность, подобные системы являются дорогостоящими[22]. В подобных системах работают с использованием сенсорных датчиков и сканеров, которые считывают конкретный тип полимера. В странах Европейского союза подобные автоматы используются для сортировки пластика из контейнеров раздельного сбора[25].

Основные направления и методы переработки[править | править код]

Механический[править | править код]

Механическая переработка является наиболее эффективным способом переработки ПЭТ-отходов. Получаемый в результате вторичный ПЭТ либо используется в готовом виде, либо смешивается с первичным материалом и перерабатывается для получения нужных изделий[27][28]. Механический рециклинг не требует специального дорогостоящего оборудования и относительно легко реализуется[23].

После сортировки происходит предварительное отделение непластмассовых компонентов, таких как ветошь, остатки бумажной или деревянной тары, металлики и других предметов[2]. Чтобы облегчить процесс сортировки и очищения от ненужных материалов, ПЭТ-бутылки могут быть предварительно промыты с использованием пара и химикатов, что позволяет отделить поливинилхлорид (ПВХ) от ПЭТ — пройдя через барабан с горячей водой или воздухом, бутылки, содержащие ПВХ, изменят цвет и станут слегка коричневыми, что значительно облегчает идентификацию материала[3]. Затем пластик измельчается до размеров, достаточных для того, чтобы можно было осуществить дальнейшую переработку[2]. Чистота чешуек имеет решающее значение для сохранения ценности восстановленного пластика[3][24].

Далее пластик подвергается полной отмывке от органического и неорганического загрязнения через использование моющих средств и воды, которая может достигать 80 градусов[2]. Промывка водой гарантирует очистку от остаточных загрязнений и чистящих средств[3][2]. Затем высушенную пластмассу обрабатывают в термических установках для получения расплава однородной консистенции — рециклата[28][23]. Впоследствии уже расплавленный материал отправляют в экструдер для формирования промежуточных гранул либо напрямую вторичной продукции[23]. Для осуществления процесса используются дробилки, грануляционные установки, устройства для агломерации вторичных масс, системы замачивания и очистки, автоматизации, подъёмно-транспортное оборудование[23][2]. На заключительной стадии материал перерабатывается в готовое изделие[2][24].

Недостатками механического рециклинга считаются высокая энергоёмкость процесса, сложность регулирования размеров измельчения, ограниченное повторное применение материалов[28]. Более того, необходимость сортировать, разделять и очищать пластиковые изделия значительно замедляют процесс переработки. Тщательную очистку тяжело выполнять технически, особенно если отработанные пластмассы долго накапливались на свалках[23]. Другой проблемой является вероятное присутствие ПВХ в составе бутылок, поскольку даже при тщательной сортировке всегда остаётся вероятность попадания дополнительных примесей во вторичный материал[29][24].

Более того, пластик нельзя перерабатывать бесконечно. Волокна полимеров с каждым разом стареют, качество полученного продукта постепенно ухудшается. В результате пластик, несколько раз переработанный по такому циклу, всё равно приходится утилизировать[30].

Сжигание[править | править код]

ПЭТ-материалы, не пригодные для переработки (из-за загрязнённости или большого числа циклов использования), могут быть утилизированы на мусоросжигательных заводах, в том числе на предприятиях, расчитанных на энергетическую утилизацию отходов. ПЭТ считается одними из самых безопасных видов пластикового топлива, так как при их сгорании не выделяются диоксины[25][30].

Деполимеризация[править | править код]

Термическая

При термическом разложении полимерный материал распадается на низкомолекулярные соединения, такие как диметилтерефталат и этиленгликоль, в результате чего образуется энергия. Для этого обычно применяются процессы пиролиза и каталитического термолиза[25]. В результате термической деполимеризации получают как смесь углеводородов, пригодных для создания синтетического топлива, так и новые пластиковые материалы[31]. В процессе деполимеризации монопластик, вроде ПЭТ-бутылок, расщепляется обратно в мономеры, которые могут быть переработаны в новые ПЭТ-материалы[32].

Химическая

При этом способе ПЭТ материал подвергается деполимеризации при взаимодействии с химическими веществами, такими как метанол, этиленгликоль, кислоты или щёлочи. Этот перспективный метод переработки находится в стадии развития и только начинается применяться в ряде стран. Химические методы чаще всего являются более энергозатратными и более сложными, чем механический рециклинг[33], однако позволяет перерабатывать отходы ПЭТ более низкого качества[25].

Экспериментальные методы[править | править код]

Существуют экспериментальные методы получения необычных материалов из ПЭТ-сырья.

Радиационный

При использовании радиационного метода химические связи макромолекул разрушаются с помощью нейтронов, гамма-излучения или бета-частиц. В результате фото и термоокислительной деструкции образуются низкомолекулярные продукты, которые впоследствии могут быть использованы в биоциклических процессах. Радиационый метод переработки ПЭТа является во многом экспериментальным, в России он не применяется[25].

схема разложения ПЭТ с помощью Ideonella sakaiensis
Преобразование в альтернативные формы углерода

в Институте физики высоких давлений Российской академии наук разработан способ, позволяющий утилизировать ПЭТ, получая из него алмазы или графитоподобный углерод. Он заключается в нагревании пластика под давлением при помощи пресса и специальной камеры, способной создавать давление до 9 ГПа (≈888 атм.) и температуру до 1900 К (1627 °С). Так, при давлении 8 ГПа и температуре 1300 К получаются алмазы размером до 10 микрон, которые могут быть использованы для изготовления термостойкого абразивного или однокристального микроинструмента. Если снизить параметры синтеза, например, до 2 ГПа и температуры 1000 К, то в результате эксперимента получается графит, при 2-3 ГПа и температуры 700 K получается графитоподобный углерод[30].

Разложение бактерией Ideonella sakaiensis

В 2016 году стало известно, что японские учёные обнаружили бактерии Ideonella sakaiensis 201-Ф6, способные разрушать ПЭТ-материал до терефталевой кислоты и этиленгликоля. Организмы не только разрушают материал, но и используют его для получения энергии. Согласно проведённым экспериментам, бактерии способны переработать тонкую (до 0.2 миллиметра) плёнку за шесть недель при соблюдении температурного режима в 30 °C[34][35]. Таким образом, остающиеся в почве частицы ПЭТ могут разлагаться бактерией, которая питается содержащимся в материале углеродом. В процессе бактерии вырабатывают два необходимых для его разложения фермента. Эти ферменты можно выделить из бактерии и использовать при переработке пластика. В то же время, реакция разложения идёт очень медленно — для переработки ПЭТ в промышленных масштабах потребуется генная модификация бактерии[30].

Безопасность[править | править код]

Широкое распространение пищевого ПЭТ-пластика сделало его постоянным объектом исследований на безопасность. С 2010 по 2012 год Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США проводило свои собственные исследования пластиковых упаковок и не обнаружило выделения вредных веществ, в особенности при однократном использовании упаковки. Единственный риск — бактериальное заражение при многократном использовании тары. Другие исследования не обнаружили ни мутагенных эффектов, ни гормональных[36]. В то же время остаётся риск, что различные низкомолекулярные химические соединения, которые остаются в полимере после синтеза, могут при определенных условиях из него мигрировать в продукт[37]. Так, тестирование обнаружило, что из некоторых пластиковых бутылок при многократном использовании в жидкость выделяется сурьма, которая в ПЭТ остаётся от катализатора триоксида сурьмы (Sb2O3), используемого при синтезе материала. Однако уровень вещества не превышает определяемую для человека норму и не представляет угрозы здоровью[37][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].

Дальнейшее использование[править | править код]

Рынок вторичного производства ПЭТ во многом зависит от оптимизации сбора, подготовки отходов и, соотвественно, качества получаемого сырья[41]. Вторичный ПЭТ хорошего качества может использоваться практически в любом производстве, включая пищевое[42].

Одним из самых популярных направлений применения переработанных пластиковых отходов является изготовление полиэстера вторичного использования[43][41]. В европейских странах около 70 % вторичного ПЭТ перерабатывается в волокна полиэстера, который используют для утепления одежды, набивки спальных мешков и мягких игрушек. Преимуществом полиэстера перед другими материалами является то, что материал быстро сохнет и при стирке не меняет размер и форму[44]. Из вторсырья можно получить нейлон, органзу и тафту. В то же время, некоторые производители полностью создают одежду из вторичного ПЭТ материала. Так, для одной футболки понадобится около 7 бутылок, для свитера — 40, а наполнитель для лыжной куртки потребует около 14 бутылок[45][46][47]. Вторичный ПЭТ материал используется для изготовления ёмкостей для моющих средств и бытовой химии. Материал низкого качества может быть полезен в изготовлении сырья при производстве клеёв и эмалей[41]. Множество компаний всё больше инвестируют в переработку ПЭТ-тар для изготовления новых бутылок. Так, компания "Кока-Кола" намерена использовать 50% переработанного ПЭТФ к 2030 году[3]. Другие области использования включают производство щетины для щёток уборочных машин, упаковочных лент, плёнок, черепицы, плитки на тротуарах[1][29].

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 3 Ксения Потапова. Как производят ПЭТ-бутылки: выдувание, охлаждение и немного волшебства. Plast Guru. Дата обращения 7 июня 2020.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 Гоголь, 2013, с. 163—167.
  3. 1 2 3 4 5 6 7 Rick Leblanc. Recycling Polyethylene Terephthalate. The Balance. Дата обращения 7 июня 2020.
  4. Брукс, 2010, с. 13.
  5. Курамшин, 2017.
  6. Шишонок, 2018, с. 104-105.
  7. Брукс, 2010, с. 46.
  8. 1 2 Nathaniel Wyeth. Lemelson-MIT Program. Дата обращения 16 июня 2020.
  9. Брукс, 2010, с. 13—15.
  10. Виды и типы пластика. Eco Portal (8 февраля 2019). Дата обращения 27 апреля 2020.
  11. Описание и марки полимеров - Полиэтилентерефталат. Полимерные материалы. Дата обращения 7 июня 2020.
  12. ПЭТ. ПластЭксперт. Дата обращения 7 июня 2020.
  13. В.И. Керницкий. Вопросы по бутылочному ПЭТ. Крайности и реальности. Вестник Химической Промышленности (24 августа 2016). Дата обращения 7 июня 2020.
  14. На Земле слишком много пластикового мусора. Вот несколько способов это исправить. Meduza (11 декабря 2018). Дата обращения 7 июня 2020.
  15. Количество пластиковых отходов в мировом океане может удвоиться к 2030 году. ТАСС (6 марта 2019). Дата обращения 28 мая 2020.
  16. Бузова, 2017, с. 134—136.
  17. Цифра дня: Сколько тонн пластика попадает в Мировой океан ежегодно?. Ferra (8 июня 2019). Дата обращения 28 мая 2020.
  18. 1 2 Laura Parker. A whopping 91% of plastic isn't recycled. National Geographic (20 декабря 2018). Дата обращения 7 июня 2020.
  19. Emily Holden. The Guardian (27 ноября 2019). Дата обращения 7 июня 2020.
  20. A million bottles a minute: world's plastic binge 'as dangerous as climate change'. The Guardian (28 июня 2017). Дата обращения 9 июня 2020.
  21. Kristin Hunt. What Do The Numbers On Recyclable Plastics Mean?. Green Matters. Дата обращения 9 июня 2020.
  22. 1 2 3 4 Брукс, 2010, с. 333.
  23. 1 2 3 4 5 6 7 Переработка пластиковых бутылок — новая жизнь ПЭТ тары после утилизации. Recycle.net. Дата обращения 16 июня 2020.
  24. 1 2 3 4 5 Дарбишева, 2016, с. 141—144.
  25. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Керницкий, 2014, с. 11—21.
  26. 1 2 3 Брукс, 2010, с. 332—333.
  27. Брукс, 2010, с. 338.
  28. 1 2 3 Петров, 2015, с. 62—73.
  29. 1 2 Вторичная переработка ПЭТ. ПластЭксперт. Дата обращения 7 июня 2020.
  30. 1 2 3 4 Алмазы из бутылки. Коммерсантъ (30 ноября 2018). Дата обращения 8 июня 2020.
  31. Greenpeace, 2019, с. 19—20.
  32. Michael Laermann. Chemical recycling of plastic: Waste no more?. Euractiv (20 марта 2019). Дата обращения 7 июня 2020.
  33. Брукс, 2010, с. 344.
  34. Бактерии научились поедать бутылочный пластик. N+1 (11 марта 2016). Дата обращения 8 июня 2020.
  35. IDEONELLA SAKAIENSIS – бактерия, питающаяся пластиком. Дата обращения 8 июня 2020.
  36. Федор Лобанов. Разобрали по волокнам. Русский репортёр—Эксперт (11 декабря 2014). Дата обращения 15 июня 2020.
  37. 1 2 О.Б. Рудаков, Л.В. Рудакова. ПЭТ-упаковка на взгляд химика-аналитика. Переработка молока. Новости отрасли (18 августа 2019). Дата обращения 15 июня 2020.
  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. 1 2 3 Керницкий, 2014, с. 11-21.
  42. Дарбишева, 2016, с. 141-144.
  43. Ангелина Хазан. Как делают одежду из переработанных пластиковых бутылок. Recycle (28 ноября 2014). Дата обращения 1 июня 2020.
  44. Одежда на основе переработанного пластика. Plast Guru. Дата обращения 1 июня 2020.
  45. Обувь и одежда из переработанного пластика: когда мейнстрим приносит пользу экологии. Rcycle.net. Дата обращения 1 июня 2020.
  46. Потапова, 2018, с. 535—544.
  47. Елена Берёзина. Пластик вошёл в моду. Российская газета (11 июля 2019). Дата обращения 1 июня 2020.

Литература[править | править код]

  • 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.
  • Шишонок, Маргарита. Современные полимерные материалы. — 2018. — ISBN 5-04130-042-9.
  • Гоголь Э.В., Мингазетдинов И. Х.,Гумерова Г. И. , Егорова О.С., Мальцева С. А., Григорьева И. Г., Тунакова Ю. А. Анализ существующих способов утилизации и переработки отходов полимеров // Вестник Казанского технологического университета. — 2013. — С. 163—167.
  • Дарбишева П. Г. Современные проблемы вторичной переработки // Бюллетень науки и практики. — 2016. — № 5. — С. 141—144.
  • Керницкий В. И., Жир Н. А. Переработка отходов полиэтилентерефталата // Полимерные материалы. — 2014. — № 8. — С. 11—21.
  • Курамшин А. Жизнь замечательных веществ. — АСТ. — 2017. — 400 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.
  • Потапова Е. В.  // Известия Байкальского государственного университета. — 2018. — Т. 28, № 4. — С. 535—544. — doi:10.17150/2500-2759.
  • Greenpeace Россия. Будущее в мусорной корзине: как бизнес принимает неверные решения по проблеме пластикового загрязнения. — Greenpeace, 2019.