i

Aktuální číslo:

2020/10

Téma měsíce:

Hry

Recyklace plastového odpadu

Technologické možnosti a realita
 |  9. 12. 2019
 |  Vesmír 98, 684, 2019/12
 |  Téma: Odpady

Plastové odpady a jejich neblahý vliv na životní prostředí jsou poslední dobou námětem mnoha populárních i populárně-naučných článků tištěných i elektronických periodik. Z technického a ekonomického problému se tak postupně stává politikum, na kterém si brousí svůj ostrovtip jak žurnalisté, tak i mnozí politici a političtí aspiranti z řad nejrůznějších občanských a jiných sdružení. Charakteristickou nectností většiny publikací na toto téma je vedle pomíjení skutečného stavu věcí i libovolné nakládání s terminologií, které mate čtenáře. Těžko říci, zda se tak děje záměrně, nebo jen v důsledku odborné nepoučenosti (či nepoučitelnosti) autorů.

Zcela obecně platí, že ekologický i ekonomický smysl recyklace jakéhokoliv odpadu tkví ve využití jeho materiálového a energetického obsahu. Nejefektivnější je tedy recyklace materiálů vyrobených energeticky náročným procesem z obtížně dostupných surovin. Nutnou podmínkou je dostatečně vysoký rozdíl mezi energetickým vkladem do primární výroby a do recyklace. V tomto ohledu jednoznačně vede hliník následovaný ostatními kovy. Proto jsou kovy důsledně recyklovány již od úsvitu dějin.

V případě polymerních materiálů jsou předpoklady k úspěšné recyklaci podstatně horší. Energetický vklad do výroby polymerů není výrazně vyšší než energetická náročnost jejich recyklace, a proto musí být případ od případu pečlivě váženo, jakým postupem odpadní plasty zhodnotit, aby výsledek ekonomické a ekologické bilance procesu skončil pozitivně. Naštěstí se všechny polymerní materiály vyznačují vysokým energetickým obsahem daným jejich chemickým složením, a tak vždy zbývá jako poslední možnost jejich zhodnocení energetické. Přes uvedené nepříznivé okolnosti byla do průmyslové praxe úspěšně zavedena řada recyklačních postupů a polymerní materiály jsou recyklovány již desítky let. Málo známá je skutečnost, že průkopníkem recyklace polymerních odpadů byl Henry Ford. V jeho automobilce byl již před první světovou válkou zpracováván technologický pryžový odpad z výroby pneumatik na ebonit, ze kterého pak byly vyráběny elektroizolační desky zapalování vozu modelu T.

Co a jak lze recyklovat

Názvosloví

Všechny důležité a prakticky užívané názvy jednotlivých druhů plastových odpadů a způsobů jejich zhodnocení jsou jednoznačně definované normou ČSN 64 0003 (Plasty. Zhodnocení plastového odpadu. Názvosloví). Dovoluji si z ní citovat:

  • Odpad technologický je známého složení, pocházející z určité technologické operace, obsahující pouze jeden polymerní materiál.
  • Odpad průmyslový je známého složení pocházející z více technologických operací a obsahující jeden nebo více polymerních materiálů.
  • Odpad uživatelský jsou výrobky z polymerních materiálů, které dosloužily, staly se odpadem a byly odděleny od odpadů z jiných materiálů.
  • Recyklace je proces, při kterém jsou použité a odložené výrobky, které by se jinak zařadily do proudu tuhého odpadu, sbírány, tříděny, zpracovávány a materiál z nich získaný vracen do užívání.
  • Primární recyklace je proces, při němž se z polymerního odpadu získává materiál či výrobek, který má stejné nebo podobné vlastnosti jako materiál či výrobek původní.
  • Sekundární recyklace je proces, při němž se z polymerního odpadu získává materiál či výrobek, jehož vlastnosti jsou značně odlišné od materiálu či výrobku původního.
  • Fyzikální recyklace je proces, při kterém se z polymerního odpadu získává nový materiál nebo složky nového materiálu, aniž by probíhaly chemické reakce.
  • Chemická recyklace je proces, při němž se rozkladem druhově tříděného polymerního odpadu na nízkomolekulární sloučeniny chemickými procesy vyrábí nový materiál.
  • Surovinové zhodnocení polymerního odpadu, většinou směsného charakteru, představuje jeho přeměnu na základní suroviny chemického průmyslu nebo paliva, většinou tepelným rozkladem nebo hydrolytickými, ev. jinými chemickými procesy.
  • Energetické zhodnocení představuje využití energetické hodnoty odpadu spalováním (k výrobě tepla nebo elektřiny).

Oblíbeným omylem tradovaným v komunitě „zelených“ aktivistů je, že recyklovat se dá všechno. Realita je však taková, že recyklovat lze jen některé druhy plastového odpadu, pro které jsou splněny základní technické a ekonomické podmínky. Ekonomická efektivita primární recyklace je vyšší než sekundární recyklace a klesá v řadě

  • technologický odpad,
  • průmyslový odpad,
  • uživatelský odpad.

Technologický odpad se recykluje ve zpracovatelských závodech již od počátků výroby a zpracování polymerů, tedy již od čtyřicátých let. Technologické odpady jsou buď přidávány přímo k primárnímu materiálu, nebo se z nich vyrábějí stejné výrobky, avšak v nižší kvalitativní třídě. V tomto případě jde vždy o primární recyklaci. Složitější je to již s recyklací průmyslového odpadu, zvláště pokud sestává z více druhů polymerů. Separace a čištění jednotlivých složek směsného plastového odpadu jsou operace technicky i ekonomicky náročné, a proto se primární recyklace jednotlivých materiálových složek nemusí vždy vyplácet. Jako příklad může sloužit průmyslový odpad z výroby automobilových přístrojových desek, kterým jsou výseky z otvorů pro přístroje a výdechy větrání. Přístrojové desky obvykle sestávají z nosné kostry z polypropylenového kompozitu, na kterou je vypěněna vrstva měkkého polyuretanu, krytá plastovou fólií. Recyklace tohoto průmyslového odpadu je technologicky složitá, a je tedy i na hraně ekonomické smysluplnosti. Producenti tohoto odpadu však mají zákonem uloženou povinnost ho zrecyklovat nebo ho ekologicky únosným způsobem zlikvidovat i za cenu zvýšených výrobních nákladů.

Uživatelský odpad obyvatelstvo dobrovolně třídí z komunálního odpadu a tvoří ho především použité plastové obaly a plastové výrobky s kratší dobou životnosti. Materiálově sestává ze směsi komoditních plastů (tj. HDPE, LDPE, PP, PET, PS) s převažujícím podílem polyolefinů a malou příměsí konstrukčních plastů (ABS, PA, PBT, PC).1) Vzhledem k obrovskému objemu uživatelského plastového odpadu má jeho zhodnocení celospolečenský význam, ale zároveň představuje z hlediska technologie recyklace nejsložitější problém. Pro životní prostředí je pak uživatelský odpad maximální zátěží, což je mediálně hojně dokládáno otřesnými záběry hromad odpadu v asijských a afrických řekách a přilehlých mořích.

Kolik je uživatelského plastového odpad u v ČR

Prakticky jediným spolehlivým zdrojem informací o objemu produkce plastového odpadu jsou výkazy autorizované společnosti EKO-KOM, a. s. Předpokládejme, že plastový odpad z komunálního sběru tvoří téměř výhradně jednorázové plastové obaly. Zanedbáme tedy ostatní vysloužilé plastové výrobky, kterých je v uživatelském plastovém odpadu odhadem nejvýše několik hmotnostních procent. Podle výročního shrnutí EKO-KOM bylo na trh v ČR v roce 2018 uvedeno 1 187 087 tun obalů pro jedno použití, z čehož bylo 22 % obalů plastových, tj. 261 159 tun. Ze stejného zdroje vyplývá, že z tohoto množství bylo 67 %, tj. 174 977 tun, recyklováno. Z uvedených dat je zřejmé, že v ČR byl zaveden velmi účinný systém evidence i sběru uživatelského plastového odpadu, což ovšem neznamená, že není nutné podíl recyklace plastového odpadu ještě dále zvyšovat.

Recyklace uživatelského plastového odpadu

Hlavní překážkou ekonomicky schůdné recyklace uživatelského plastového odpadu je skutečnost, že je to směs plastů, nadto znečištěná. Proto svoz komunálního sběru nejdříve směřuje do třídicích závodů, kde jsou z této směsi jako první vytříděny snadno recyklovatelné složky. Jsou to PET lahve, bezbarvé PE fólie a barevné PE fólie.

Pro recyklaci PET lahví existuje řada postupů. Jednou cestou jsou postupy materiálové recyklace opět na materiál pro výrobu nápojových lahví označované jako B2B (bottle-to-bottle). Všechny postupy B2B jsou založeny na důkladném vyčištění suroviny (PET-flakes) a jejím následném zpracování v tavenině tak, aby nedocházelo ke štěpení řetězců PET. Zde je nezbytné zmínit, že PET na výrobu lahví musí mít poměrně vysokou střední molární hmotnost, tedy dlouhé řetězce, aby z něho vůbec šly použitelné lahve vyrobit. Mechanické vlastnosti PET (platí to i pro všechny ostatní polymery) jsou totiž strmě závislé na molární hmotnosti, a tedy délce řetězců polymeru. PET je silně náchylný k hydrolytickému štěpení řetězců při vysoké teplotě, při níž je v tavenině zpracováván. Všechny procesy B2B využívají technologický krok, kterým je naopak střední molární hmotnost zpracovávaného PET zvýšena na hodnotu vhodnou pro výrobu lahví. Průmyslově jsou využívány zejména čtyři procesy:

  • VacuRema vyvinutý rakouskou společností Erema,
  • Stehningův proces společnosti OHL Apparatebau & Verfahrenstechnik GmbH z Limburgu,
  • URRC proces vyvinutý společností United Resource Recovery Corporation v USA,
  • Bühler švýcarské společnosti Bühler Group.

Společným problémem všech postupů B2B jsou vysoké nároky na čistotu vstupní suroviny. Přednostně jsou technologiemi B2B zpracovávány čiré bezbarvé lahve. V České republice realizovala v roce 2005 firma Plastic Technologies and Products, s. r. o., v Jílovém u Prahy vlastní modifikovaný postup B2B založený na prodlužování řetězců PET reakcí s vícefunkčními silikony. Na Slovensku v Kolárově je od roku 2004 v provozu závod na B2B recyklaci společnosti Sledge Slovakia. Velké objemy PET lahví jsou zpracovávány na vlákna. Plně postačující formou suroviny pro tento způsob recyklace je vytříděná a dobře vypraná drť odpadního PET. Roku 1993 zavedla společnost Wellman (Spijk, Nizozemsko) postup zpracování drti odpadního PET na střiž chráněný pod známkou Ecospun. Tímto postupem je možné získat střiž v kvalitě vyhovující i pro textilní zpracování na oděvy. Největší množství odpadního PET se však zpracovává na technické textilie, zvláště pak na ty netkané, a na vláknité výplně nacházející poměrně široké uplatnění jako čalounický materiál. Tyto výrobky se ve velké míře uplatňují ve vnitřní výbavě automobilů. Kapacitně největší recyklační jednotka v ČR na zpracování odpadního PET na vlákna je ve společnosti Silon v Plané nad Lužnicí.

Polyetylenové fólie jsou tříděny podle barvy (bezbarvé a barevné) a přepracovány opět na materiál pro výrobu fólií (primární recyklace). Postup sestává z mletí fólií na nožových mlýnech, praní, sušení a zpracování extruzí na granulát. Extrudery musí být vybaveny filtrací taveniny, kde se zachytí zbytky nežádoucích příměsí. Fólie z recyklátu nacházejí uplatnění opět jako obalový materiál, ne však pro potravinářské aplikace.

Zpracování zbývající směsi plastů po vytřídění PET lahví a PE fólií je obtížnější. Recyklace polymerních směsí prostým míšením jejich taveniny nevede k požadovaným užitným vlastnostem výsledného materiálu. Termodynamicky podmíněná nemísitelnost naprosté většiny polymerů se projevuje separační tendencí polymerních složek směsi, což vede k hrubé fázové struktuře a nedobré adhezi mezi jednotlivými fázovými útvary. Výsledkem je pak špatná soudržnost materiálu, a tedy i nevyhovující mechanické vlastnosti. Degradativní změny polymerů navíc negativně ovlivňujívlastnosti výsledného recyklátu. Mechanické a estetické vlastnosti recyklátu směsi plastů významně omezují rozsah jeho aplikací na masivní dílce, které nahrazují dřevo nebo beton a nacházejí uplatnění především v pozemním, dopravním a vodním stavitelství a v zemědělství. V angličtině jsou tyto výrobky označovány jako „plastics lumber“, tedy doslova „plastové řezivo“. Vhodné české pojmenování tohoto druhu výrobků se doposud nenašlo. Aplikační možnosti směsných plastových recyklátů vyplývají z porovnání poměru jejich vlastností a objemové ceny s konkurenčními materiály. U řady aplikací hovoří tento poměr ve prospěch plastových recyklátů. Hlavní výhodou výrobků z recyklátů je jejich chemická a biologická odolnost, která je nesrovnatelně vyšší než odolnost klasických materiálů. Tím také odpadají jakékoliv nároky na povrchovou ochranu výrobků proti účinkům vody, povětrnosti a půdním mikroorganismům, což eliminuje náklady na údržbu v aplikaci. Nízká povrchová energie materiálu naopak neumožňuje jiný způsob barvení výrobků než ve hmotě a vzhledem k původu a charakteru suroviny jen v barevném sortimentu omezeném na tmavé odstíny. Výrobky vznikají vtlačováním taveniny do formy (technologií intruze).

Je zřejmé, že zlepšení mechanických vlastností recyklátu směsi plastů by podstatně rozšířilo jeho uplatnění i na výrobky s vyššími nároky na kvalitu, a tím i na dosažení vyšší prodejní ceny zpracovaného materiálu. Dobré mechanické vlastnosti směsí nemísitelných polymerů jsou podmíněny vysokou mezifázovou adhezí a co nejmenšími částicemi dispergované fáze. Separační tendence polymerních složek směsi je možné potlačit vytvořením vazeb (fyzikálních nebo chemických) na mezifázovém rozhraní (kompatibilizací). Výsledkem kompatibilizace je stabilizace vzniklé struktury materiálu. Tyto vazby se vytvářejí obvykle přídavkem další složky, tzv. kompatibilizátoru. V ÚMCH byl vyvinut a v provozním měřítku i otestován kooperativní kompatibilizační systém pro směsi polyolefinů se styrenovými plasty založený na synergické kombinaci styren-butadienového a etylen-propylenového kopolymeru s antidegradanty na bázi derivátů difenylaminu.2) Tento systém je zvláště účinný ve směsích degradačně poškozených plastů, které jsou jinak obtížně recyklovatelné. Výslednému recyklátu uděluje vysokou pevnost a houževnatost a vysokou termooxidační i fotooxidační odolnost, vyšší, než mají původní materiály. Průmyslové realizace se však tento vynález nedočkal.

Fyzikální versus chemická recyklace

Pro co nejúčinnější využití surovinového a energetického vkladu do panenského polymerního materiálu je předurčena fyzikální recyklace. Obecně je fyzikální (materiálová) recyklace založena na dodání tepelné a mechanické energie a aditiv (stabilizátorů, barviv, případně i plniv), nutných pro přetvoření odpadní suroviny na nový materiál s mechanickými i estetickými vlastnostmi blízkými panenskému polymeru. Může-li recyklát v dané oblasti nahradit v aplikační oblasti hodnotný panenský plast, tedy má-li požadovanou jakost, je ekonomická bilance této recyklace příznivá. Na operace čištění, separace cizích látek a zdrojů kontaminace, mletí a přetavení se spotřebuje přibližně 15 % ekvivalentní energie panenského materiálu. Ekonomický efekt recyklace se však strmě snižuje s omezováním praktického uplatnění recyklátu v důsledku jeho nižší kvality. Kvalita recyklátu je silně závislá na charakteru vstupní suroviny.

Fyzikální recyklace zahrnuje procesy od mletí upotřebených výrobků přes následné tepelně-mechanické zpracování meliva na granulát po další zpracování obvyklými plastikářskými technologiemi. Hlavními překážkami ztěžujícími fyzikální recyklaci jsou

  • zbytky papírových etiket a lepidel,
  • světelná a termooxidační degradace polymeru,
  • příměs PVC.

Všechny tyto faktory účinně snižují jak mechanické, tak i estetické vlastnosti výsledného recyklátu.

Na znečištění nejsou naopak citlivé chemické procesy recyklace a některé procesy (např. metanolýza PET „PETREC“ fy DuPont) snášejí až 10 % nežádoucích příměsí. Chemický rozklad polykondenzátů účinkem vybraných nízkomolekulárních látek je souhrnně označován jako chemolýza. Tímto způsobem je možné recyklovat materiály na bázi polyamidů (PA), polyuretanů (PUR) a zvláště pak lineárních polyesterů, např. polyetylentereftalátu (PET) a polybutylentereftalátu (PBT). Podstatou chemolytického rozkladu je obrácení vratné polykondenzační reakce směrem k odbourávání monomerních jednotek z řetězců polymeru. Chemolýzou polykondenzátu je možné získat buď přímo monomerní, nebo oligomerní produkty vhodné (po nezbytném přečištění) k polykondenzaci nového polymeru. Na chemolytickém procesu je také založeno zužitkování odpadního PET na suroviny pro chemickou výrobu jiných materiálů, např. bis-(hydroxybutyl)tereftalát pro výrobu polybutylentereftalátu (PBT), polyoly pro výrobu polyuretanů, nenasycené polyesterové pryskyřice pro výrobu reaktoplastů a další. Chemolýza je prakticky jediným efektivním způsobem recyklace odpadních PUR, které nelze pro jejich zesítění recyklovat fyzikálně. Takto získané polyoly lze využít pro přípravu nových PUR výrobků, avšak ne měkké pěny. Patentovány jsou postupy založené na hydrolýze (US 4 025 559, US 4 339 236), aminolýze (EP 1 149 862) či nejčastěji na glykolýze (US 3 983 087, US 4 044 046, US 5 684 054, CZ 301 686). Glykolyzní postupy jsou technologicky nejschůdnější. Hlavní nevýhodou je omezená aplikovatelnost produktů, tj. polyolů, pro jejich vysoké hydroxylové číslo pouze pro přípravu nových tuhých PUR pěn. Tato nevýhoda je částečně eliminována u procesu podle patentu CZ 302 362 založeného na rozkladu PUR tzv. bioreagentem připraveným z rostlinného oleje, nebo postupem tzv. split-phase glykolýzy (US 3 632 530, US 5 691 389). Proces „split-phase“ údajně využívá firma BMW pro recyklaci PUR z autosedadel ve svém závodě v Rakousku.

Obecně lze říci, že co nejde recyklovat fyzikálně, jde recyklovat chemicky. Co nejde recyklovat chemicky, může být zhodnoceno surovinově (např. na syntézní plyn) nebo energeticky.

Překážky pro realizaci recyklačních postupů

Zásadní překážky pro realizaci recyklace plastových odpadů lze rozdělit na ekonomické a ostatní. Ekonomika recyklačních provozů závisí na tržní ceně finálního produktu. Pokud se výrobní náklady na recyklaci blíží ceně produktu, je ekonomicky odpovědné na recyklaci zapomenout. Taková situace nastala např. v oblasti recyklace PET, kdy se cena panenského PET potravinářské kvality poslední léta pohybuje kolem 1 EUR/kg a provoz technologií typu B2B je tak na hranici ekonomického přežití.

Největší překážkou výstavby a provozu nových technologických zařízení pro recyklaci plastů je však příslušná legislativa jak na úrovni České republiky, tak na úrovni Evropské unie. Smrtící je pro realizaci nových postupů recyklace plastů kombinace platných zákonných omezení a povinností a pověstného „výkonu“ české státní správy. Splnění všech povinností nezbytných pro povolení výstavby technologické jednotky zabere celá léta a výjimkou není ani desetiletý proces, který nadto často končí zamítnutím. Rozumný a zodpovědný investor se této rizikové oblasti podnikání zdaleka vyhne.

Pracně získaným povolením výstavby a samotnou realizací recyklačního závodu však martyrium podnikatele nekončí. Recyklační provoz je dále stíhán kontrolami ze strany státní správy, které se zaměřují na dodržování všech možných předpisů stran odpadů, dodržování emisních limitů, hygienických a bezpečnostních předpisů. Zvláště aktivně si pak při likvidaci podniků zaměřených na recyklaci plastů počínají „zelená“ občanská sdružení, která zásobují orgány státní správy hojnými stížnostmi. Žádnou podporu nenachází podnikání v recyklaci ani u místní samosprávy, které je naopak takový závod v katastru obce trnem v oku. Všechna tato tvrzení lze podložit konkrétními případy. „To je pokrok,“ řekl mi nedávno jeden vysoký úředník Ministerstva životního prostředí, když jsem si mu postěžoval na tento neutěšený stav.

Bůh ochraňuj všechny, kdož se vydali na trnitou cestu recyklace odpadních plastů.

Poznámky

1) HDPE a LDPE jsou anglické akronymy pro vysokohustotní a nízkohustotní polyetylen (PE), PP je polypropylen, PS polystyren, PET polyetylentereftalát, ABS je akrylonitrilbutadienstyren, PA jsou polyamidy, PBT je polybutylentereftalát a PC je polykarbonát. V textu se též vyskytují zkratky PU, PUR za polyuretan.

2) Český patent č. 293717, euroasijský patent No. 007627, US patent 7 638 595, kanadský patent č. 2 504 407.

Ke stažení

TÉMA MĚSÍCE: Odpady
OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Ekologie a životní prostředí

O autorovi

Zdeněk Kruliš

 

Kruliš Zdeněk

Další články k tématu

Odpad, nebo surovina?

Pokud se ukáže hrozba rostoucí koncentrace CO2 pro vývoj klimatu opravdu tak veliká, jak předpokládají některé scénáře, bude třeba...

Mikroplastyuzamčeno

I zdánlivě nízké koncentrace mikroplastů na odtoku z čistírny odpadních vod mohou vzhledem k ohromnému objemu vypouštěné vody vyústit v...

Biologicky rozložitelné plasty a bioplastyuzamčeno

Biopolymer, bioplast, biodegradabilní plast. Předpona „bio“ je dnes v módě a nějak automaticky se předpokládá, že materiál s tímto označením je...

Energetické využití odpadůuzamčeno

Současným celoevropským trendem je přechod od lineární produkční ekonomiky k ekonomice cirkulární. Tradiční lineární model je založen na principu:...

Co je nezbytné?

Úvahy vlivného eseje Garretta Hardina The Tragedy of the Commons1) vycházejí z chytlavého příkladu obecní pastviny. Pastvina je přístupná všem...

Doporučujeme

Ceny Neuron letos netradičně

Ceny Neuron letos netradičně

Ondřej Vrtiška  |  5. 10. 2020
Letošní rok je v mnoha ohledech zvláštní. Nový koronavirus a pandemie covid-19 zasáhla do života každého z nás, ovlivňuje každodenní fungování...
Lekce z pandemie

Lekce z pandemie

Eva Bobůrková  |  5. 10. 2020
Když se objevila zpráva, že pražský taxikář, hospitalizovaný v těžkém stavu s nemocí covid-19, dostal jako první pacient v Česku nový...
Hry a lidé

Hry a lidé

Martin Soukup  |  5. 10. 2020
Hra a hraní je základem každé kultury. Přesněji řečeno, hra kulturu předchází. Jak si hrají lidé neznalí písma, jak si osvojují fotbal či kriket,...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné