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-бутылки сжигают 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]

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

Сбор[править | править код]

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 %[22].

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[22].

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[22][23].

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[24][25], иногда — по цветам материала[26]. 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[23].

Компании могут использовать системы автоматического распознавания и сортировки, однако несмотря на повышенную производительность и эффективность, подобные системы являются дорогостоящими[24]. 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[23].

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[25].

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][26].

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][25]. Впоследствии уже расплавленный материал отправляют в экструдер для формирования промежуточных гранул либо напрямую вторичной продукции[25]. Для осуществления процесса используются дробилки, грануляционные установки, устройства для агломерации вторичных масс, системы замачивания и очистки, автоматизации, подъёмно-транспортное оборудование[25][2]. На заключительной стадии материал перерабатывается в готовое изделие[2][26].

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[25]. Другой проблемой является вероятное присутствие ПВХ в составе бутылок, поскольку даже при тщательной сортировке всегда остаётся вероятность попадания дополнительных примесей во вторичный материал[29][26].

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, рассчитанных на энергетическую утилизацию отходов. ПЭТ считается одними из самых безопасных видов пластикового топлива, так как при их сгорании не выделяются диоксины[23][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[23]. 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[23].

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[23].

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, соответственно, 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 Брукс, 2010, с. 332—333.
  23. 1 2 3 4 5 6 7 Керницкий, 2014, с. 11—21.
  24. 1 2 Брукс, 2010, с. 333.
  25. 1 2 3 4 5 6 Переработка пластиковых бутылок — новая жизнь ПЭТ тары после утилизации. Recycle.net. Дата обращения: 16 июня 2020.
  26. 1 2 3 4 Дарбишева, 2016, с. 141—144.
  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.