PlastXnow wyjaśnia  Recykling chemiczny: nowe sposoby postępowania z odpadami z tworzyw sztucznych 

Odpady z tworzyw sztucznych stanowią poważne wyzwanie dla przemysłu i społeczeństwa. Recykling chemiczny pozwala przekształcić złożone lub zanieczyszczone strumienie tworzyw sztucznych z powrotem w surowce wysokiej jakości. 

Nasze współczesne życie jest nie do pomyślenia bez tworzyw sztucznych. Stanowią one podstawę wielu łańcuchów wartości – od opakowań, przez zastosowania motoryzacyjne, aż po zaawansowane technologicznie i specjalistyczne chemikalia. 

Odpowiednio duże jest wyzwanie związane z ponownym wprowadzeniem tych materiałów do bazy surowców petrochemicznych pod koniec ich cyklu życia. Według aktualnych danych w Niemczech recyklingowi poddaje się mniej niż 40 procent tych materiałów. Oznacza to również, że większość z nich nadal jest spalana.

Recykling chemiczny pozwala na ponowne wprowadzenie trudnych do przetworzenia odpadów z tworzyw sztucznych do obiegu 

W międzyczasie pojawiły się różne mechaniczne recyklingu tworzyw sztucznych oraz procesów sortowania odpadów z tworzyw sztucznych, które jednak w niektórych przypadkach napotykają ograniczenia technologiczne. Należą do nich zbyt mocno zanieczyszczone odpady lub bardzo złożone tworzywa sztuczne. Jednak również w zakresie zastosowań nie wszystkie potencjalne rynki są dostępne, na przykład w przypadku produktów mających kontakt z żywnością oraz wyrobów medycznych.

Właśnie w tym miejscu do gry wkracza chemiczny recykling tworzyw sztucznych. W niniejszym artykule wyjaśniono najważniejsze procesy, ich zalety oraz rolę, jaką odgrywają w zrównoważonej gospodarce o obiegu zamkniętym. 

Czym jest recykling chemiczny?

Recykling chemiczny (zwany również recyklingiem surowcowym) to ogólne pojęcie obejmujące procesy, w których odpady z tworzyw sztucznych nie są po prostu rozdrabniane i przetapiane, jak ma to miejsce w przypadku recyklingu mechanicznego. Zamiast tego są one rozkładane na podstawowe składniki (monomery). Z nich można następnie wytwarzać nowe tworzywa sztuczne, surowce lub substancje chemiczne.

Jakie są dostępne metody?

W ostatnich latach pojęcie „recykling chemiczny” było przedmiotem dyskusji przede wszystkim w kontekście odpadów opakowaniowych. Najczęściej rozumiano pod nim proces pirolizy. Jednak za tym pojęciem kryją się również inne technologie recyklingu, które pod względem technicznym różnią się niekiedy znacznie od pirolizy.

Przegląd różnych metod recyklingu tworzyw sztucznych. Źródło: nova-institute.eu, pod adresem www.renewable-carbon.eu/graphics

Do głównych procesów zaliczają się, oprócz wspomnianej już pirolizy, zarówno solwoliza, jak i zgazowanie. W poniższym rozdziale postaramy się je pokrótce wyjaśnić:

• W procesie pirolizy tworzywo sztuczne ulega rozkładowi termicznemu w wysokich temperaturach w warunkach beztlenowych. W wyniku tego procesu powstają oleje, gazy i pozostałości stałe (koks/popiół), które można ponownie wykorzystać jako surowce. Piroliza jest przede wszystkim w Niemczech dominującą obecnie technologią. 
• W procesie solvolizy tworzywa sztuczne są rozkładane za pomocą rozpuszczalnika na monomery lub podstawowe związki chemiczne. W odróżnieniu od pirolizy wykorzystuje się tu nie tylko ciepło, ale także reakcje chemiczne, często w umiarkowanych temperaturach.
• W procesie gazyfikacji tworzywa sztuczne są przekształcane w gaz syntezowy (syngaz) w bardzo wysokich temperaturach przy kontrolowanej ilości tlenu. W odróżnieniu od np. pirolizy, w tym procesie stosuje się niewielką ilość tlenu lub pary wodnej, aby materiał nie uległ spaleniu, lecz przybrał postać gazową. Gazyfikacja w większości przypadków znajduje się nadal w fazie pilotażowej i obecnie odgrywa znikomą rolę.

Oprócz tego istnieje jeszcze szereg specjalnych metod, zwłaszcza w zakresie PET (politereftalanu etylenu), tworzywa sztucznego często stosowanego w opakowaniach i butelkach:

Zalety recyklingu chemicznego

Recykling chemiczny oferuje szereg potencjalnych korzyści. Dotyczy to przede wszystkim sytuacji, w których recykling mechaniczny osiąga swoje granice.

• Wykorzystanie silnie zanieczyszczonych lub mieszanych odpadów z tworzyw sztucznych: Wiele odpadów z tworzyw sztucznych (między innymi materiały kompozytowe, mieszanki folii, zanieczyszczone opakowania) nie nadaje się do recyklingu mechanicznego lub nadaje się do niego w bardzo ograniczonym stopniu. Recykling chemiczny tworzyw sztucznych pozwala jednak na wykorzystanie takich strumieni surowców.
• Wytwarzanie surowców „jak nowych”: Tworzywa sztuczne są rozkładane na monomery lub surowce chemiczne, które są niemal identyczne z surowcami pochodzenia kopalnego. Dzięki temu można wytwarzać produkty o jakości „Virgin”, nawet do wymagających zastosowań.
• Gospodarka o obiegu zamkniętym w przypadku tworzyw sztucznych: Materiały, które w innym przypadku zostałyby spalone, mogą zostać ponownie wprowadzone do chemicznego łańcucha wartości. Pozwala to oszczędzać zasoby i w dłuższej perspektywie może zmniejszyć zapotrzebowanie na ropę naftową.
• Potencjał redukcji emisji CO₂: W zależności od procesu i źródła energii recykling chemiczny może poprawić bilans CO₂, zwłaszcza gdy wykorzystuje się energię odnawialną lub gdy zastępuje on spalanie (powodujące emisje pochodzące z paliw kopalnych).

Wady recyklingu chemicznego

Recykling chemiczny, oprócz swoich zalet, ma również wyraźne wady i wiąże się z wyzwaniami, które są obecnie przedmiotem ożywionych dyskusji. Większość procesów (piroliza, zgazowanie, solwoliza) wymaga wysokich temperatur, a tym samym dużych ilości energii. 

Krytycy zarzucają przede wszystkim ogromne zużycie energii. Piroliza przebiega w temperaturze powyżej 400 stopni Celsjusza, a zgazowanie – powyżej 1 200 stopni. Dla porównania: recykling mechaniczny wymaga jedynie 200 stopni. Zużycie energii jest trzy- do czterokrotnie wyższe niż w przypadku procesów mechanicznych. 

Kolejną wadą jest dotychczas niski stopień dojrzałości przemysłowej. Wiele instalacji znajduje się wciąż w fazie pilotażowej lub demonstracyjnej. Wynika to również z faktu, że instalacje te są niekiedy bardzo złożone, a ich budowa i eksploatacja wiążą się ze znacznymi kosztami.

Krytycy zarzucają ponadto, że procesy te są czasami przedstawiane jako rozwiązanie problemu „wszelkich odpadów z tworzyw sztucznych”. Tymczasem recykling chemiczny ma sens tylko w przypadku określonych strumieni materiałów. Ponadto poddaje się w wątpliwość rzeczywisty obieg surowców.

Do jakich tworzyw sztucznych nadają się te procesy?

Recykling chemiczny nadaje się szczególnie do odpadów z tworzyw sztucznych, które trudno lub w ogóle nie da się poddać recyklingowi mechanicznemu. Zasadniczo wiele tworzyw sztucznych można poddać recyklingowi chemicznemu, ale ich przydatność do tego celu zależy w dużym stopniu od zastosowanej metody i stopnia zanieczyszczenia.

Doskonale nadaje się do recyklingu mieszanych odpadów z tworzyw sztucznych, takich jak mieszanki folii, materiały kompozytowe i mieszanki tworzyw sztucznych pochodzące z odpadów gospodarstw domowych. Znajduje również zastosowanie w przypadku odpadów z poliwęglanu (zobacz film), polietylenu, polipropylenu, polistyrenu, politereftalanu etylenu oraz poliamidów.

Podobnie jak każda innowacja w dziedzinie recyklingu, również procesy chemiczne mają swoje ograniczenia. Odpady z polichlorku winylu (PVC) lub poliuretanów (PUR) można za ich pomocą przetwarzać jedynie w ograniczonym zakresie. Szczególne trudności stwarzają przy tym bardzo stabilne tworzywa sztuczne o wysokiej wydajności (na przykład PTFE) oraz materiały zawierające duże ilości dodatków.

Obszary zastosowań i branże

Recykling chemiczny jest szczególnie interesujący dla branż i zastosowań, w których potrzebny jest wysokiej jakości materiał pochodzący z recyklingu lub powstają odpady z tworzyw sztucznych trudne do recyklingu:

Przykład z praktyki: cenne surowce z odpadów pieluchowych

Jednorazowe pieluchy dla niemowląt są jednym z najwyraźniejszych przykładów gospodarki liniowej: zazwyczaj używa się ich tylko raz, a następnie są spalane lub składowane na wysypiskach, mimo że zawierają cenne włókniny i folie na bazie poliolefin. 

W odpowiedzi na to Woosh, belgijska marka produkująca pieluchy oparte na zasadach gospodarki o obiegu zamkniętym, Borouge International, wiodący światowy dostawca rozwiązań w zakresie poliolefin, oraz BlueAlp, wiodąca firma w dziedzinie recyklingu chemicznego posiadająca komercyjnie eksploatowany zakład w Ostendzie w Belgii. Wspólnie wykazali, że tworzywa sztuczne z zużytych pieluch dla niemowląt można odzyskać i poddać recyklingowi chemicznemu w celu uzyskania surowca do produkcji nowych polimerów. 

Przyszłość recyklingu (chemicznego)

Recykling tworzyw sztucznych ma zasadnicze znaczenie dla dążenia do zrównoważonego rozwoju – zwłaszcza w kontekście gospodarki o obiegu zamkniętym w odniesieniu do tworzyw sztucznych. W tej kwestii przemysł i politycy są już dziś w dużej mierze zgodni: kluczową technologią w tym zakresie jest recykling mechaniczny. 

Recykling chemiczny może jednak stanowić sensowne uzupełnienie. Do tego czasu należy pokonać istotne przeszkody. Należy dalej optymalizować zarówno same technologie, jak i ich opłacalność. Ponadto potrzebne są rozwiązania odbiegające od podejścia proporcjonalnego podejścia do bilansu masowego.

Na koniec: warto wiedzieć

Recykling chemiczny istnieje już od dziesięcioleci. Już w latach 70. XX wieku profesorowie Hansjörg Sinn i Walter Kaminsky prowadzili na Uniwersytecie w Hamburgu badania w dziedzinie pirolizy w złożu fluidalnym. W opracowanej przez nich metodzie hamburskiej tworzywo sztuczne ulega rozkładowi w reaktorze ze złożem fluidalnym w temperaturach od 300 °C do 900 °C w warunkach beztlenowych.