Вторичная переработка пластиков: как все устроено?

Почему важна? Вторичная переработка пластиков снижает уровень загрязнения окружающей среды, способствует приведению атмосферы планеты в нормальное состояние, а также значительно экономит ресурсы. Согласитесь, причины для развития подобных технологий более чем веские.

На что обратить внимание? Процесс переработки пластика затруднен наличием определенного рода проблем. Основная из них – сложность химической структуры отдельных материалов. Также среди них некоторые технологические барьеры и возможные экономические препятствия.

История развития технологий по переработке пластика

История переработки пластика берет начало в середине XX века. Первые методы, разработанные в 1940-х и 1950-х годах, основывались на механическом способе — измельчении и переплавке материалов для создания изделий из вторсырья.

Изначально переработка касалась преимущественно производственных отходов пластика. Однако с массовым внедрением пластмассы в упаковочную, автомобильную, строительную отрасли и другие сферы количество пластиковых отходов значительно возросло, что вызвало серьезные экологические проблемы и необходимость поиска эффективных решений.

В 1970-х годах, с появлением международного экологического движения и акцентом на устойчивое развитие, возник серьезный интерес к переработке пластика. В этот период были созданы первые методы утилизации пластиковых бутылок и упаковок, а также начались исследования биоразлагаемых материалов.

С 1980-х годов технологии переработки пластика начали активно совершенствоваться: развивались как механические, так и химические способы, включая пиролиз и другие инновационные методы. Современные технологии позволяют получать качественные вторичные материалы, которые широко применяются в различных сферах.

Важность переработки пластиков

Переработка ПЭТ-отходов играет ключевую роль в охране природы.

1. Сокращение загрязнения. Пластиковые бутылки разлагаются до 300 лет, выделяя при этом вредные вещества, которые загрязняют почву и водные ресурсы. При сжигании пластика образуются токсичные соединения, вредные для здоровья человека и сложные для выведения из организма. Переработка помогает значительно сократить количество мусора, который оказывается на свалках и в естественных экосистемах, снижая негативное воздействие на окружающую среду.
2. Переработка ПЭТ-пластика способствует значительной экономии природных ресурсов, таких как нефть и газ, которые используются при изготовлении первичного пластика. Вторичное сырье, получаемое из переработанного материала, позволяет уменьшить потребление энергии, необходимой для производства нового пластика. Из одного килограмма пластиковых отходов можно получить примерно 800 грамм переработанного материала, что помогает частично решить проблему нехватки полимерного сырья.
3. Сокращение выбросов CO₂. Изготовление пластмассы из переработанного ПЭТ требует значительно меньше энергии по сравнению с использованием первичного сырья. Это приводит к уменьшению выбросов углекислого газа в атмосферу и помогает в борьбе с изменением климата.

Основные проблемы в организации переработки пластика

Главная трудность при переработке пластмассы связана с ее химическим составом. Пластиковые отходы содержат различные полимеры, смеси и добавки, что усложняет процесс переработки. Для эффективного повторного использования требуется тщательная сортировка, которая увеличивает затраты и техническую сложность производства.

Читайте также!

Цифровизация производства: технологии, внедрение и результаты

Подробнее

Необходимо учитывать экономические и технические сложности переработки пластика. Во многих регионах мира отсутствует достаточная инфраструктура для сбора и переработки отходов, что приводит к неконтролируемому их накоплению. Это снижает общую эффективность и делает переработку менее рентабельной.

Современные технологии пока не способны справляться с большими объемами пластиковых материалов. Кроме того, некоторые типы пластика либо плохо поддаются переработке, либо вовсе не перерабатываются на существующих предприятиях.

Возможность вторичной переработки в зависимости от вида пластика

Существует множество видов пластика, но перерабатываются далеко не все. Поэтому важно знать, какие пластиковые изделия подлежат вторичной переработке, а какие нет.

К перерабатываемым относятся:

• PET (ПЭТФ, полиэтилентерефталат) с маркировкой «1». Этот материал широко используется для производства бутылок и упаковки. После переработки из ПЭТ получают волокна для текстиля и одежды, упаковочные ленты, пленки, а также новую пластиковую тару, если соблюдены пищевые стандарты. Кроме того, переработанный материал применяют в строительстве и технике.
• HDPE (полиэтилен высокой плотности) с маркировкой «2», применяется для изготовления канистр, бутылок для молочных продуктов и флаконов с моющими средствами, а также пакетов типа «майка». Вторичная переработка ПНД позволяет создавать трубы, мусорные баки, садовую мебель и материалы для строительства.
• Полипропилен (PP) с маркировкой «5», используется в производстве посуды, крышек и контейнеров. После переработки ПП часто применяют для изготовления упаковки, а также деталей для техники и автомобильной промышленности.

Переработка некоторых видов пластика либо затруднена, либо практически невозможна:

• Поливинилхлорид (ПВХ) с маркировкой «3», содержит до 57 % хлора. При нагревании свыше 150 °C из него выделяются токсичные вещества — соляная кислота и диоксины, которые вредят перерабатывающему оборудованию и представляют опасность для здоровья человека.
• Полистирол (ПС) с маркировкой «6». В частности, вспененный полистирол (пенопласт) обладает низкой плотностью и большим объемом, что осложняет отделение пластика при переработке. Кроме того, этот материал хрупкий и может выделять стирол — вредное химическое соединение.
• Полиэтилен низкой плотности (ПВД, LDPE) с маркировкой «4», представляет собой мягкий пластик, например, пленку. В некоторых регионах его принимают на переработку, но инфраструктура для этого пока развита недостаточно.
• Пластики с маркировкой «7» относятся к категории OTHER — это смесь различных материалов, включая биопластики (PLA, PHA). Такие материалы разлагаются только при температуре свыше 60 °C в промышленных условиях компостирования.

Технологии вторичной переработки пластика

Вторичная переработка пластика предполагает преобразование использованных изделий в новое сырье или продукцию с определенными характеристиками.

Механическая переработка

Включает физическое разрушение пластиковой продукции, ее последующее плавление и формование в гранулы, при этом сохраняются исходные свойства полимера.

Выделяют несколько этапов механической переработки пластика:

1. Сортировка. Необходима для удаления посторонних примесей и разделения материала по форме, цвету и типу полимера. Этот процесс может выполняться вручную, с помощью техники или автоматически.
2. Дробление. Крупные изделия сначала разрезают гильотиной на более мелкие части. Затем материал измельчают в шредере до средних или крупных фракций, а при необходимости — в дробилке для получения мелких частиц.
3. Мойка. Является ключевым этапом подготовки сырья перед плавлением. Если материал недостаточно очищен, посторонние примеси попадут в расплав, что негативно скажется на качестве гранулята и изменит его физико-химические характеристики. Для всех видов сырья рекомендуется проводить многоступенчатую очистку во флотационных ваннах.
4. Сушка. Играет важную роль, так как остаточная влага в полимерном расплаве приводит к появлению пузырьков воздуха и дефектов в изделиях. Для гигроскопичных и негигроскопичных полимеров применяют разные сушильные установки. Влага должна быть полностью удалена, разрушая водные связи. Используют вакуумные сушилки, центрифуги и сушильные шкафы. Негигроскопичные материалы требуют лишь поверхностной сушки.
5. Агломерация. Применяется исключительно для хлопьев, так как они обладают низкой плотностью и большим объемом, что затрудняет их эффективную грануляцию. Из-за того, что хлопья занимают весь объем загрузочного бункера, выход расплава из них минимален. Цель агломерации — уменьшить объем материала и увеличить его массу для дальнейшей обработки.
6. Грануляция. Заключается в расплавлении и повторном формовании измельченного материала — дробленки, агломерата и флекса — с помощью экструзионной головки. В грануляторе пластик прогревается, плавится и тщательно перемешивается, обеспечивая однородность будущих гранул.

Химическая переработка

Представляет собой процесс, при котором материалы подвергаются химическому разложению или преобразованию в более простые вещества. Полученные соединения затем применяются для создания новых пластиков или иных продуктов.

1. Пиролиз — термохимическое разложение, при котором пластик нагревается в среде без кислорода. В результате этого процесса отходы распадаются на различные компоненты, такие как масла, газы и углерод, которые могут быть использованы повторно.

Полученные из переработанного пластика материалы находят применение в изготовлении новых пластиков изделий, топлива и различных химических соединений.

1. Гликолиз. Процесс заключается в обработке полимеров специальными спиртами, содержащими гидроксильные группы. Для активации реакции требуется одновременно нагреть материал до температуры свыше 210–250 °C и добавить катализатор. Полимер, образующийся после гликолиза, не подходит для производства продуктов, предназначенных для контакта с пищей.
2. Сольволиз. Представляет собой один из способов переработки термореактивных полимеров, включая стеклопластики, изготовленные на базе эпоксидных и эпоксивинилэфирных смол, в герметично закрытых химических реакторах. В процессе сольволиза на материал воздействуют специальными растворителями и катализаторами при контролируемых температурных и давленческих условиях. В роли катализаторов применяют спирты и сверхкритические жидкости, что способствует эффективному разрушению полимерной структуры и последующему восстановлению компонентов.
3. Термокатализ. Процесс, при котором из отработанных пластиковых материалов получают жидкое топливо. Для этого полимер измельчают до мелких частиц и нагревают свыше 400°C с использованием катализатора. В итоге образуется вещество, которое можно применять как котельное топливо. При дополнительной обработке данного продукта возможно получение различных нефтепродуктов, таких как бензин, мазут и дизельное топливо.
4. Газификация пластиковых отходов проводится с применением плазменного потока, нагреваемого до 12 000 °C. В процессе обработки при таких экстремальных температурах происходит полное разрушение вредных соединений и смол, содержащихся в полимерах. Итогом газификации становится синтетический газ, а также твердые остатки, которые превращаются в золу. Затем полученная зола подвергается прессованию с целью формирования брикетов для удобства хранения и транспортировки.
5. Метанолиз. Процесс разложения пластиковых отходов с помощью метанола и катализаторов, в ходе которого материал распадается на мономеры и сам метанол. Полученные мономеры служат сырьем для создания новых полимеров, а метанол можно повторно использовать в технологическом цикле.
6. Гидролиз. Представляет собой химическое разложение пластика с участием воды и катализаторов, в результате чего образуются исходные мономеры. Эти мономеры впоследствии применяются для производства новых пластиковых материалов.
7. Гидрогенизация представляет собой химическую модификацию отходов, при которой материалы обрабатываются водородом в присутствии катализаторов. Этот процесс изменяет их молекулярную структуру и свойства, что позволяет использовать полученные вещества для создания новых пластиков или других химических продуктов.
8. Кроме того, существуют биотехнологические методы переработки пластика, включающие применение бактерий, грибов и даже личинок насекомых. Однако такие способы пока не получили широкого распространения. Возможно, в будущем они станут более популярными.

Продукты, получаемые в результате вторичной переработки пластика

Вторичная переработка пластика приводит к получению различных продуктов, тип которых зависит от применяемых технологий и исходного материала.

1. Гранулы или пластиковая стружка. Применяются для изготовления новых изделий из пластика.
2. Вторичное сырье. Восстановленные полимерные материалы или химические вещества, используемые в дальнейших производственных процессах, включая создание новых пластиковых изделий или других химических продуктов.
3. Термическая обработка пластика может служить источником энергии — получаемое тепло или электричество применяется на мусоросжигательных заводах.
4. Из переработанных пластиковых материалов изготавливают разнообразные изделия: упаковку, трубы, профили, автокомпоненты и мебель.
5. Вторичная пластмасса также находит применение в других сферах, включая производство текстильных волокон, дорожных покрытий, уплотнителей и композитных материалов.

Применение вторично переработанного пластика

Вторично переработанный пластик применяется для создания множества изделий.

1. Разнообразная упаковка: флаконы для бытовой химии, канистры, контейнеры для непищевых товаров и бутылки.
2. Материалы для строительства: полимербетон, композиты на основе песка и полимеров, тротуарная плитка, бордюры, а также панели и облицовочные материалы.
3. В текстильной сфере переработанный полиэтилентерефталат (ПЭТ) применяется для создания синтетических волокон, утеплителей для одежды, а также наполнителей для мебели и детских игрушек.
4. В производстве хозяйственных изделий переработанный ПЭТ используется для изготовления мусорных контейнеров, поддонов, ящиков, садовой мебели, цветочных горшков и игрушек для детей.
5. В автомобильной индустрии переработанный материал идет на производство уплотнительных прокладок и облицовки внутренних деталей салона.

Стоит подчеркнуть, что вторичные полимеры после одного-двух циклов переработки обычно не применяются для изготовления пищевой упаковки без соответствующей сертификации.

Часто задаваемые вопросы о вторичной переработке пластиков

Почему не весь пластик подлежит переработке?

Во-первых, причина в химической несовместимости: разные типы пластика имеют уникальный молекулярный состав, добавки и свойства, что мешает их совместной переработке. Во-вторых, загрязнения (остатки пищи, клеи, этикетки и прочие примеси) снижают качество вторсырья и затрудняют процесс. В-третьих, опасность токсичных выделений, например, при переработке ПВХ, делает процесс рискованным. И наконец, экономическая невыгодность: переработка, к примеру, пенополистирола требует слишком много энергии и не оправдывает затрат.

Читайте также!

Сополимер — что это такое простыми словами

Подробнее

Сколько раз можно механически перерабатывать один и тот же пластик?

Количество циклов механической переработки одного и того же пластика ограничено, так как многократный нагрев негативно сказывается на характеристиках полимерного материала. Обычно в практике упоминается ориентир в 5–7 переработок, однако это значение не является строго фиксированным. На число возможных переработок влияют различные параметры: уровень влажности перед экструзией, температурные режимы и продолжительность нахождения в расплавленном состоянии, а также наличие примесей — ПВХ, клеевых составов и красителей. Кроме того, требования к качеству конечного продукта также играют значительную роль в определении допустимого количества циклов переработки.

Куда можно сдавать пластиковые отходы?

В специальные контейнеры для раздельного сбора, обычно они окрашены в желтый цвет или имеют соответствующую маркировку. Также прием вторсырья организован в специализированных пунктах, а в некоторых магазинах, гипермаркетах и на предприятиях установлены фандоматы для удобного сбора пластика.

Перед сдачей рекомендуется тщательно промыть тару, удалить крышки и сплющить бутылки — это помогает более эффективно использовать место в контейнерах.

В завершение стоит отметить, что переработка пластика важна не только для сохранения природы, но и с экономической точки зрения. Использование вторичных ресурсов способно значительно уменьшить затраты на изготовление новых изделий. Такая аргументация может привлечь внимание даже тех, кто не особенно интересуется экологическими проблемами, поскольку экономия средств часто является универсальным стимулом для изменений.

Источник изображения в шапке: freepik / magnific.com