Gospodarka o obiegu zamkniętym Projektowanie ekologicznych membran dachowych z materiałów pochodzących z recyklingu

Czy możliwe jest pozyskiwanie recyklatów z tworzyw sztucznych z dotychczas niewykorzystanych strumieni odpadów w celu produkcji wysokiej jakości włókien i folii? Tym zagadnieniem zajmują się naukowcy z instytutu Fraunhofer CCPE. W ramach projektu Zirk-Tex opracowują oni dodatkowo innowacyjne metody recyklingu w celu produkcji ekologicznych membran dachowych i geosyntetyków. 

Rynek tworzyw sztucznych pochodzących z recyklingu, zwłaszcza polipropylenu (PP) i politereftalanu etylenu (PET), ma wciąż duży potencjał. Rośnie popyt na zrównoważone rozwiązania, jednak jakość dostępnych materiałów pochodzących z recyklingu musi wzrosnąć. Wiele procesów recyklingu kończy się niepowodzeniem z powodu zanieczyszczeń, które utrudniają przetwarzanie. W rezultacie produkty z recyklingu często nie są w stanie konkurować z materiałami pierwotnymi. 

Sześć instytutów należących do klastra Fraunhofer CCPE wraz z instytutami Fraunhofera ds. biologii molekularnej i ekologii stosowanej (IME) oraz ds. optroniki, inżynierii systemowej i analizy obrazu (IOSB) zamierzają obalić te przekonania i zmienić tę sytuację. W ramach projektu Zirk-Tex odpowiadają między innymi na pytanie, czy możliwe jest wytwarzanie z dotychczas niewykorzystanych odpadów tworzyw sztucznych tworzyw sztucznych pochodzących z recyklingu, przeznaczonych do produkcji wysokiej jakości folii, włóknin i włókien, które można następnie przetwarzać na membrany dachowe. 

Ekonomiczna produkcja membran dachowych z PP i PET 

„Produkcja elementów formowanych wtryskowo z recyklowanych tworzyw sztucznych nie stanowi większego problemu. Jednak wytwarzanie z nich produktów tekstylnych, takich jak włókniny do membran dachowych, jest znacznie trudniejsze, ponieważ procesy formowania przędzy stawiają bardzo wysokie wymagania wobec recyklatów” – wyjaśnia dr Evgueni Tarkhanov, naukowiec z instytutu Fraunhofer IAP.

Powód: surowiec musi być jednorodny i całkowicie wolny od zanieczyszczeń, aby mógł być równomiernie wytłaczany przez najdrobniejsze kapilary oraz aby po wytłoczeniu wytrzymał częściowo bardzo duże siły rozciągające. „W produkcji stabilność przetwórcza ma kluczowe znaczenie” – dodaje Tarkhanov. 

Najmniejsze cząsteczki zanieczyszczeń lub niewielkie ilości obcych polimerów w wytłaczanych włóknach stanowią wady masy przędzalniczej i zwiększają prawdopodobieństwo pękania włókien w procesie produkcyjnym. Ponowne nakładanie wiązek włókien na elementy prowadzące zajmuje czas i może w niektórych przypadkach skutkować wyłączeniem maszyn produkcyjnych, co wiąże się z ogromnymi kosztami.

Nowe podejście do całego łańcucha wartości

„Aby wytwarzać membrany dachowe z odpadów pokonsumpcyjnych, jesteśmy w stanie odtworzyć cały łańcuch procesowy dla PP i PET w skali pilotażowej” – mówi dr Christian Schütz, kierownik projektu i naukowiec w Fraunhofer LBF. Oznacza to, że proces obejmuje wszystkie etapy – od sortowania, przez innowacyjne metody recyklingu, aż po zastosowanie. W wyniku recyklingu odpowiednich zużytych tworzyw sztucznych powstaje granulat lub kompozyt, do którego dodaje się dodatki, a następnie przetwarza się go metodą formowania przez przędzenie na włókniny, folie lub membrany.

W tym kontekście zespół badawczy przeanalizował potencjał dwóch procesów recyklingu: Frakcja PET została poddana glikolizie, czyli chemicznemu procesowi recyklingu, po którym nastąpiła repolimeryzacja, natomiast frakcje zarówno PP, jak i PET odzyskano w procesie recyklingu opartym na rozpuszczalnikach, w ramach którego przeprowadzono proces oczyszczania. 

Pozostałości po obu procesach recyklingu zostały poddane dalszemu przetworzeniu w drodze pirolizy (Fraunhofer UMSICHT). Prace praktyczne towarzyszyła ocena cyklu życia (Fraunhofer UMSICHT) oraz analiza przepływów dostępnych strumieni materiałów (Fraunhofer IML).

Innowacyjne procesy recyklingu dla surowców wtórnych posortowanych według rodzaju

Dzięki procesowi recyklingu opartemu na rozpuszczalnikach, opracowanemu przez instytut Fraunhofer IVV, zespołowi badawczemu udało się oddzielić PP od niepożądanych polimerów i dodatków, uzyskując w ten sposób materiał niemal czysty pod względem składu. Strumień odpadów zawierał 33 procent PP i 67 procent obcych tworzyw sztucznych. Po zakończeniu procesu jedynym znaczącym niepożądanym polimerem był polietylen (PE), którego udział wynosił mniej niż 2 procent. 

Zespół zapewnił stabilność recyklatu PP (rPP) nawet w wysokich temperaturach podczas przetwarzania. Uzyskany recyklat został następnie przędzony w instytucie Fraunhofer IAP w przędzę wielowłókienkową. „Dzięki odpowiedniej strategii stosowania dodatków udało nam się ponadto znacznie poprawić stabilność przetwórczą zarówno recyklatów PP, jak i PET” – powiedział Schütz.

Zapisz się do newslettera już teraz

Nie przegap naszych najlepszych treści

Profesjonalny e-mail

Proszę podać prawidłowy adres e-mail.

Subscribe

Klikając „Zapisz się do newslettera”, wyrażam zgodę na przetwarzanie i wykorzystywanie moich danych zgodnie z formularzem zgody (rozwiń, aby poznać szczegóły) i akceptuję warunki korzystania. Więcej informacji znajdziesz w naszej polityce prywatności. Wyrażenie zgody dotyczy w szczególności przesyłania biuletynów redakcyjnych drogą elektroniczną oraz łączenia danych w celach marketingowych z wybranymi partnerami reklamowymi (np. LinkedIn, Google, Meta).

Rozwiń, aby poznać szczegóły Twojej zgody

Stan na dzień: 20.11.2020 r.

Jest dla nas sprawą oczywistą, że w sposób odpowiedzialny obchodzimy się z danymi osobowymi użytkowników. Jeśli gromadzimy dane osobowe, przetwarzamy je zgodnie z obowiązującymi przepisami o ochronie danych. Szczegółowe informacje można znaleźć tutaj: Polityka prywatności.

Zgoda na wykorzystanie danych do celów reklamowych

Wyrażam zgodę na wykorzystywanie przez spółkę Vogel Communications Group GmbH & Co. KG, Max-Planck-Str. 7-9, 97082 Würzburg, Niemcy, oraz przez wszystkie spółki z nią powiązane w rozumieniu §§ 15 i nast. niemieckiej ustawy o spółkach akcyjnych AktG (dalej: Vogel Communications Group) mojego adresu e-mail do przesyłania mi newsletterów redakcyjnych. Lista spółek stowarzyszonych znajduje się tutaj.

Treść newslettera obejmuje produkty i usługi wszystkich wyżej wymienionych spółek, w tym na przykład czasopisma branżowe i książki specjalistyczne, wydarzenia i targi branżowe, a także produkty i usługi związane z wydarzeniami, oferty i usługi mediów drukowanych i wirtualnych, takie jak inne newslettery informacyjne, konkursy, kampanie leadowe, badania rynku online i offline, specjalistyczne portale internetowe i oferty e-learningowe. Jeśli pobrany został również mój osobisty numer telefonu, może być on wykorzystany do składania ofert dotyczących wymienionych wyżej produktów i usług wyżej wymienionych spółek oraz do badań rynkowych.

Moja zgoda obejmuje również przetwarzanie mojego adresu e-mail i numeru telefonu w celu porównania danych w celach marketingowych z wybranymi partnerami reklamowymi, takimi jak np. LinkedIn, Google i Meta. W tym celu Vogel Communications Group może przekazać wskazane dane w postaci zahashowanej partnerom reklamowym, a partnerzy ci mogą następnie wykorzystywać je w celu ustalenia, czy posiadam również konto w odpowiednich serwisach tych partnerów reklamowych. Grupa Vogel Communications wykorzystuje tę funkcję do celów retargetingu (upselling, cross-selling i budowanie lojalności klientów), tworzenia tzw. grup odbiorców podobnych (Lookalike Audiences) w celu pozyskiwania nowych klientów oraz jako podstawę do wykluczania odbiorców z bieżących kampanii reklamowych. Więcej informacji można znaleźć w sekcji „Porównanie danych w celach marketingowych” w polityce prywatności. 

Jeśli otworzę na stronach internetowych chronione treści umieszczone na portalach Grupy Vogel Communications, w tym jej spółek stowarzyszonych w rozumieniu §§ 15 i nast. niemieckiej ustawy o spółkach akcyjnych AktG, muszę zarejestrować się, podając dodatkowe dane, aby uzyskać dostęp do tych treści. W zamian za bezpłatny dostęp do treści redakcyjnych, moje dane mogą być wykorzystywane zgodnie z niniejszą zgodą do tutaj określonych celów. Nie dotyczy to porównywania danych w celach marketingowych.

Prawo do wycofania zgody

Jestem świadomy(a), że w przyszłości mogę wycofać zgodę w dowolnym momencie. Wycofanie przeze mnie zgody nie ma wpływu na zgodność z prawem przetwarzania, którego dokonano na podstawie mojej zgody do momentu jej wycofania. Aby wycofać zgodę, mogę skorzystać z formularza kontaktowego dostępnego pod adresem https://contact.vogel.de. Jeśli nie chcę już otrzymywać subskrybowanych przeze mnie newsletterów, mogę zrezygnować z subskrypcji naciskając w link znajdujący się na końcu newslettera. Więcej informacji na temat mojego prawa do wycofania zgody, a także konsekwencji wycofania zgody znajduje się tutaj: Polityka prywatności, sekcja Newslettery redakcyjne.

W procesie glikolizy PET naukowcy wykorzystali miski z PET zawierające 13 procent niepożądanych zanieczyszczeń. Glikoliza jest formą solwolizy, w której glikol etylenowy jest wykorzystywany do depolimeryzacji PET do bis(2-hydroksyetylo)tereftalanu (BHET). Powstały BHET został poddany repolimeryzacji w instytucie Fraunhofer IAP do postaci rPET, a następnie przetworzony na pilocie instalacji do przędzenia ze stopu na przędzę wielowłókienkową składającą się z 48 włókien. 

Realna opcja

Ponadto naukowcy wykazali, że tę samą frakcję PET można poddać recyklingowi w procesie opartym na stosowaniu rozpuszczalników. „Zarówno z PP, jak i z PET udało nam się uzyskać włókna do produkcji włóknin, a z PP dodatkowo również do produkcji membran” – podsumowuje Tarkhanov.

W procesie pirolizy pozostałości pochodzących z recyklingu frakcji PP z wykorzystaniem rozpuszczalników uzyskano wysoką zawartość gazu pirolitycznego i niską zawartość koksu. Z pozostałości po solwolizie frakcji PET udało się uzyskać frakcje oleju pirolitycznego o wysokiej zawartości oleju oraz niskiej zawartości koksu. Produkty pochodzące z obu strumieni surowców nadają się do dalszego wykorzystania, co jest bardzo obiecujące.

Ponadto z przeprowadzonych badań wynika, że dostępne są odpowiednie i wystarczające ilości PP i PET, jednak należy jeszcze zorganizować logistykę i system sortowania, aby uzyskać do nich dostęp. „Udało nam się wykazać, że nawet dotychczas niewykorzystywane strumienie surowców stanowią realną opcję do produkcji wysokiej jakości materiałów na bazie recyklatów” – podsumowuje Schütz.

INFO

W profilu

Należy zasadniczo zmienić sposób postępowania z tworzywami sztucznymi. Nie ma alternatywy dla przejścia na gospodarkę o obiegu zamkniętym w zakresie tworzyw sztucznych, w której zużywa się mniej zasobów kopalnych, a produkty są użytkowane dłużej. Właśnie w tym miejscu wkracza klaster Fraunhofer CCPE. Sześć instytutów Fraunhofera prowadzi badania nad tym, jak projektować produkty zgodnie z zasadami gospodarki o obiegu zamkniętym oraz jak przekształcać odpady z tworzyw sztucznych w cenne zasoby. W skład klastra wchodzą instytuty Fraunhofera: Instytut Technologii Środowiskowej, Bezpieczeństwa i Energetyki UMSICHT, Instytut Stosowanych Badań Polimerów IAP, Instytut Technologii Chemicznej ICT, Instytut Trwałości Eksploatacyjnej i Niezawodności Systemów LBF, Instytut Przepływu Materiałów i Logistyki IML oraz Instytut Inżynierii Procesowej i Opakowań IVV.

Zadania partnerów w projekcie

• Instytut Fraunhofera ds. Technologii Środowiskowej, Bezpieczeństwa i Energetyki UMSICHT: Badanie procesów rozkładu biopolimerów, piroliza frakcji resztkowych pochodzących z zastosowanych procesów recyklingu

• Instytut Fraunhofera ds. Stosowanych Badań Polimerów (IAP): Polimeryzacja rPET z BHET, realizacja procesów przędzenia

• Instytut Technologii Chemicznej Fraunhofera ICT: Recykling chemiczny – depolimeryzacja PET do BHET z strumieni surowców pochodzących z recyklingu

• Instytut Fraunhofera ds. Trwałości Eksploatacyjnej i Niezawodności Systemów LBF: kierownictwo projektu, opracowywanie pakietów dodatków do materiałów pochodzących z recyklingu i biopolimerów, kompaundowanie

• Instytut Fraunhofera ds. Przepływu Materiałów i Logistyki IML: Wybór odpowiednich źródeł surowców

• Instytut Fraunhofera ds. Inżynierii Procesowej i Opakowań IVV: Opracowanie i wdrożenie procesu recyklingu z wykorzystaniem rozpuszczalników

• Instytut Fraunhofera ds. Biologii Molekularnej i Ekologii Stosowanej IME: Ocena ekotoksykologiczna

• Instytut Fraunhofera ds. Optroniki, Techniki Systemowej i Analizy Obrazu (IOSB): sortowanie odpadów PET pochodzących z tekstyliów w oparciu o uczenie maszynowe