Post on 28-Oct-2020
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