Полимерные отходы: виды и способы переработки

Чем опасны? Полимерные отходы негативным образом влияют на экологию планеты, загрязняя океаны, водоемы, грунтовые воды, отравляя почву и даже ухудшая климат. Под угрозой и здоровье людей, так как подобного рода мусор содержит опасные химические соединения.

Что делать? Перерабатывать. Тем более, что способов существует множество: физических, химических и биологических. Основная проблема в том, что вследствие некоторых факторов, чаще всего экономических, далеко не все полимерные отходы подвергаются рециклингу.

Состав полимерных отходов

Понятие «полимеры» объединяет широкий класс органических и неорганических материалов, созданных из цепочек многократно повторяющихся звеньев. Эти структурные элементы накрепко связаны друг с другом, образуя сложные объемные переплетения, которые и определяют физические свойства вещества. В быту под этим термином почти всегда подразумевают пластмассы — материалы, без которых невозможно представить существование современного общества.

Полимерные отходы — это то, что мы привыкли называть обычным пластиковым хламом. Его источником становятся самые разные отслужившие вещи:

• пластмассовые бутылки и упаковочные контейнеры;
• различные виды пленок;
• кухонные принадлежности;
• внешние оболочки электроприборов;
• оконные рамы и дверные блоки;
• столы и кресла для дачи;
• детали машин, самолетов и прочих транспортных средств.

Подобные загрязнения встречаются буквально на каждом шагу. Треснувшая детская игрушка, оставшиеся после ремонта обрезки материалов, изношенная автомобильная покрышка — все эти отходы полимерных изделий наглядно иллюстрируют масштабы замусоривания городов и относятся к категории пластикового утиля.

Классификация полимерных отходов

Различные виды полимерных отходов обычно систематизируют по нескольким ключевым признакам. Рассмотрим наиболее распространенные варианты деления.

По происхождению (источнику появления)

Технологический брак (PIR) — чистые отходы полимерного производства, возникающие при синтезе и формовке пластмасс. За счет однородности материала выпускаемые из него гранулы по своим характеристикам практически не уступают первичному сырью.

Потребительский мусор (PCR) — отходы из урн раздельного сбора, партий региональных операторов и заготовительных баз. Это загрязненное сырье, требующее обязательной промывки, сушки и дегазации перед гранулированием.

Несортируемый микс (смешанная фракция) — «хвосты» сепарации, осадки из флотационных ванн и отсевы сортировочных линий, представляющие собой грязную смесь разнородных пластмасс.

По химическому составу и типу пластика

Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) — бутылки из-под напитков, продуктовые лотки;

Полиэтилен высокого и низкого давления (ПВД/ПНД) — упаковочные пленки, пакеты, инвентарь для дома.

Поливинилхлорид (ПВХ) — трубы, изоляционная оплетка кабелей, тара.

Полипропилен (ПП) — детали автомобилей, упаковочные материалы, игрушки.

Полистирол (ПС) — одноразовые приборы, термоизоляция, коробки.

Иные виды пластмасс, включая сложные композиты и многокомпонентные полимерные соединения.

По пригодности к повторному использованию

• Рециклируемые. Легко поддаются переработке во вторичный гранулят с помощью стандартных современных методов. Пример — обычные ПЭТ-бутылки.
• Частично рециклируемые. Восстанавливаются не полностью или требуют особых условий: тщательного разделения, глубокой отмывки или деструкции путями химического рециклинга. Сложный состав и стойкие загрязнения мешают их полному возврату в оборот. Пример — оконные ПВХ-профили.
• Неперерабатываемые. Заниматься восстановлением таких полимеров технически нереализуемо или экономически нецелесообразно на текущем этапе развития индустрии. Этому мешают специфическая структура полимерных цепочек, обилие добавок, смешение материалов и отсутствие инфраструктуры для сбора. Пример — элементы отделки автомобилей из композитов на основе ПБТ (полибутилентерефталата).

Опасность полимерных отходов

Международная ассоциация потребителей (Consumers International) уже давно призывает человечество переходить на экологичные привычки, способные защитить биосферу и сохранить планету для потомков. Проблемы замусоривания экосистем и истощения природных запасов обостряются с каждым днем, а негативное влияние полимерных отходов на окружающую среду становится все более очевидным. В чем именно заключается эта опасность?

Загрязнение океанических просторов и водоемов. Ежегодно в Мировой океан вымывается от 5 до 12 млн тонн синтетического мусора. Из-за этого формируются колоссальные мусорные материки (такие как Большое тихоокеанское мусорное пятно) и гибнет фауна: млекопитающие, рыбы и птицы заглатывают неразлагаемые элементы или смертельно запутываются в них.

Отравление земель и подземных источников. На мусорных полигонах пластик выделяет опасные токсичные соединения, которые просачиваются глубоко в почву и грунтовые воды, разрушая локальные экосистемы.

Удар по глобальному климату. Синтез пластмасс требует колоссальных объемов энергии, а их изготовление и накопление на планете увеличивают объемы парниковых выбросов. Даже специализированный биоразлагаемый пластик в процессе распада выделяет метан — один из самых агрессивных летучих газов.

Рождение новых геологических структур. Отработанная пластмасса, сплавляясь в естественной среде с природными компонентами, создает гибридные образования, например, пластигломераты.

Читайте также!

Методы стерилизация пластика

Подробнее

Кроме экологического урона, полимеры серьезно подрывают здоровье людей. Ряд пластмасс содержит агрессивную химию: бисфенол-А (негативно влияет на ЦНС и щитовидную железу, провоцирует бесплодие, диабет, ожирение и гипертонию), фталаты (разрушают гормональный баланс) и стирол (поражает кроветворную систему, нервные ткани, печень и почки). При постоянном контакте с пищей или питьевой водой эти токсины мигрируют наружу, накапливаясь в тканях человека и вызывая скрытые патологии.

Более того, микроскопические частицы пластика сегодня находят внутри человеческого организма (в печени, семенниках, грудном молоке), а также в обычной соли, морепродуктах и водопроводе. Хотя прямое воздействие микропластика изучено не до конца, медики предполагают серьезные риски для иммунной системы, угрозу развития раковых опухолей и задержку развития у детей.

Примеры борьбы с полимерными отходами

Переработка спасает далеко не всегда, поэтому во многих регионах мира предпочли бороться с проблемой в зародыше, снижая объемы производства мусора. Вот несколько ярких примеров того, как разные страны противодействуют пластиковому загрязнению:

• В Великобритании и США ввели жесткое табу на производство и дистрибуцию средств гигиены и косметики, содержащих пластиковые микрогранулы. Кроме того, в Нью-Йорке полностью запретили использовать одноразовые пенопластовые контейнеры.
• Крупнейшие торговые сети Австрии по собственной инициативе полностью вывели из оборота пластиковые пакеты.
• С начала 2020 года в Таиланде вступили в силу избирательные ограничения на розничную продажу пластиковых пакетов.
• Кения прославилась самыми суровыми в мире санкциями против полиэтиленовых пакетов. За их использование можно получить огромный штраф в 32 500 евро или тюремный срок до четырех лет.
• С января 2019 года коммерческим фирмам и предприятиям сферы услуг в Узбекистане запрещено безвозмездно выдавать клиентам пакеты из полимерной пленки.
• В индийской столице Дели еще с 2017 года действует официальный запрет на использование одноразовой пластиковой посуды, стаканов и пакетов.
• В Бразилии нашли эффективное решение, доверив сбор утиля малоимущим слоям населения. За сдачу отходов, полимерной тары и упаковочных материалов люди получают денежные вознаграждения или наборы с продуктами.
• Чили стала первым государством в Латинской Америке, где на законодательном уровне полностью запретили использовать пластиковые пакеты в коммерческих целях.

Системы сбора полимерных отходов

Прежде чем пустить накопившиеся твердые полимерные отходы в дело, их необходимо собрать и правильно подготовить. Сегодня для этого используются четыре основные схемы: специализированные накопительные баки, стационарные пункты приема, сортировка прямо на полигонах и сбор тары в торговых точках. Ниже представлен краткий разбор каждого подхода.

После этого накопленный утиль перевозится на площадку, где он превратится во вторичное сырье. Для переработки можно выбрать один из двух вариантов: полноценный стационарный завод или мобильный мини-комплекс. Классическое предприятие представляет собой капитальный объект со специализированными цехами, где смонтированы перерабатывающие линии. Компактный мини-завод, напротив, отличается высокой мобильностью, что позволяет доставлять его непосредственно к местам складирования мусора. В конечной точке полимеры сразу же запускаются в производственный цикл.

Способы переработки полимерных отходов

Процесс утилизации полимерных отходов называют рециклингом. Его результатом становится вторичное сырье, пригодное для выпуска новых вещей. Выделяют несколько базовых направлений рециклинга, и у каждого из них есть свои плюсы и технологические ограничения.

Механический рециклинг

Данный подход включает несколько последовательных этапов:

• Сбор и сепарация — распределение отходов по конкретным типам полимеров.
• Мойка и очистка — ликвидация остатков содержимого, наклеек и внешних загрязнений.
• Измельчение — превращение материала в мелкую фракцию (крошку).
• Грануляция — выпуск готовых гранул вторичного сырья для последующего производства вещей.

Технология применима для чистого и однородного сырья без посторонних примесей, включений или смешения материалов, так как его легко сортировать и отмывать. Наличие грязи, масел, клея или бумажных этикеток заметно усложняет задачу. Смешанный и загрязненный пластик перерабатывать труднее: неоднородность состава портит качество вторичного материала и существенно повышает расходы на подготовку.

Химическая переработка

К методам переработки пластмасс химическим путем относятся следующие варианты:

• Гидролиз — расщепление полимерных цепей водными растворами щелочей, кислот или энзимов при высоких температурах и давлении. На выходе образуются компоненты для ресинтеза.
• Гликолиз — термическое разложение с участием гликолей при температурах выше 210–250 °C.
• Метанолиз — расщепление полимеров до мономеров метиловым спиртом при температуре более 150 °C. Итоговые продукты служат сырьем для создания новых пластмасс.
• Сольволиз — деструкция реактопластов растворителями при повышенных давлении и температуре. Получаемые компоненты зависят от состава реагента и внешних условий.
• Термический пиролиз — высокотемпературный распад при 400–800 °C в бескислородной среде с выделением топлива и сырьевых компонентов.
• Каталитический пиролиз — термическое разложение с непременным участием катализаторов.
• Сжигание — термическое окисление пластика, генерирующее тепловую энергию и оставляющее после себя золу и дымовые газы.
• Газификация — преобразование утиля в синтез-газ в температурном диапазоне 700–1500 °C.

Пластиковый мусор сложного состава, грязный, смешанный или состоящий из реактопластов требует именно химической обработки. Механический подход в этих случаях технически неосуществим либо экономически неоправдан.

Биологические методы и альтернативные подходы

Ориентированы преимущественно на биоразлагаемые пластмассы и полимеры, созданные на основе природного сырья.

• Биодеградация — разрушение полимеров бактериями, грибами и энзимами в аэробной среде до углекислого газа, воды и биомассы.
• Применение личинок восковой моли — опыты подтвердили их способность разрушать пластик, а продукты жизнедеятельности насекомых находят применение в различных отраслях.
• Анаэробное сбраживание — распад в бескислородных условиях совместно с остальной органикой ради генерации биогаза и удобрений.
• Компостирование — использование специальных установок для получения биогаза или подкормки (например, при утилизации мешков из крахмалосодержащих пластмасс).
• Фотокаталитический распад — под влиянием ультрафиолета или видимого света и катализаторов (например, диоксида титана) макромолекулы дробятся на простые соединения вроде воды и CO₂ либо ценные продукты (углеводороды, водород).
• Окисление под влиянием кислорода, тепла и света с добавлением солей металлов для последующей биодеградации. Растворение в жидкой среде с дальнейшей биопереработкой.

Все указанные технологии хоть и используются на практике, но уступают по масштабам традиционным физико-механическим и химическим методам утилизации.

Часто задаваемые вопросы о полимерных отходах

Насколько серьезна сложившаяся ситуация?

За последние 25 лет мировой выпуск пластика вырос более чем в 200 раз и к 2040 году может достичь 736 млн тонн в год. Ежегодно выбрасывается свыше 200 млрд бутылок, 58 млрд стаканчиков и около 5 трлн пакетов. Сейчас перерабатывается менее 10 % этого объема, а разлагается он в природе от 100 до 1000 лет.

Что можно переработать?

Повторно используют востребованные марки: полиэтилен высокого и низкого давления, полипропилен, полистирол, ПВХ, полиолефин и АБС. Из сотен наименований изделий и смесей переработке поддается большая часть.

Читайте также!

Технология и переработка полимеров: современные методы

Подробнее

Что делают с пластиком, который технически невозможно переработать?

Его захоранивают на полигонах. Это не решает проблему полностью: материалы разлагаются веками, выделяя в почву вредные вещества.

Какая доля полимерные отходов в действительности возвращается в производство?

Для повторного производства пригодны около 60 % отходов, но переработку проходит лишь треть. В итоге как вторсырье используется порядка 25 % всего пластика.

Сейчас рециклинг полимерных отходов превратился в высокорентабельную индустрию, успешно развивающуюся во всем мире. Независимо от отношения общества к коммерции на отходах, для биосферы такая деятельность несет неоспоримую пользу.

Источник изображения в шапке: freepik / magnific.com