حالة إعادة تدوير النفايات البلاستيكية

البلاستيك موجود في كل مكان، ويتم تصنيفه بطرق عديدة ومتنوعة. وفقاً لتصنيف الاستخدام، يمكن تقسيم البلاستيك إلى بلاستيك عام، وبلاستيك هندسي، وبلاستيك خاص؛ ووفقاً لتصنيف القوى الجزيئية، يمكن تقسيم البلاستيك إلى بلاستيك حراري وبلاستيك متصلد بالحرارة؛ أما وفقاً لتصنيف مكونات البوليمر البلاستيكي، فقد توجد آلاف الأنواع نظرياً. بالإضافة إلى ذلك، لا يزال العلماء وشركات الكيماويات يحافظون على معدل معين من البحث والتطوير كل عام، مما يزيد من أنواع البلاستيك. في الوقت الحالي، تشمل الأنواع الرئيسية للبلاستيك: PP، وPE (LDPE، HDPE)، وPVC، وPET، وPS.

إن استخدام البلاستيك عالمياً ضخم ويزداد عاماً بعد عام، لكن معدل إعادة التدوير الإجمالي منخفض. وفقاً لـ Statista، اقترب الإنتاج العالمي السنوي من البلاستيك الحراري من 400 مليون طن في عام 2020، ومن المتوقع أن ينمو بمعدل سريع يزيد عن 1% كل خمس سنوات. وبحلول عام 2050، من المتوقع أن يصل الإنتاج العالمي من البلاستيك الحراري إلى 589 مليون طن.

نظراً لأن البلاستيك يلعب دوراً مهماً للغاية في حياة الإنسان، فمن الصعب استبداله. لذلك، وفي ظل تزايد حدة وضع حماية البيئة، أصبحت إعادة تدوير النفايات البلاستيكية موضوعاً يحظى باهتمام واسع من قبل الحكومة والمجتمع. وفي هذا السياق، يقوم المحللون المحترفون في مجال حماية البيئة حول إعادة تدوير النفايات البلاستيكية، من وجهة نظر علمية وتقنية، بمراجعة تكنولوجيا إعادة التدوير السائدة في السوق حالياً، ونشر المعرفة العلمية حول نقاط التكنولوجيا الرئيسية في هذا المجال.

حالة إعادة تدوير النفايات البلاستيكية:

توقعات الإنتاج العالمي للبلاستيك الحراري من 2020 إلى 2050

كما هو موضح في الشكل أعلاه، من بين أنواع البلاستيك الحراري الرئيسية حالياً، يمتلك PP أكبر إنتاج، يليه LDPE وHDPE. هذه الأنواع الثلاثة من البلاستيك وحدها تمثل ما يقرب من 50% من إجمالي إنتاج البلاستيك الحراري.

معدل إعادة تدوير النفايات البلاستيكية منخفض، وهناك تفاوت كبير بين المناطق والفئات المختلفة. مقارنة بإنتاج البلاستيك العالمي المتزايد، ظلت معدلات إعادة التدوير راكدة. وفقاً لمنظمة التعاون الاقتصادي والتنمية (OECD)، يتم إعادة تدوير حوالي 14-18% فقط من النفايات البلاستيكية عالمياً، ويتم حرق حوالي 24%، بينما ينتهي المطاف بحوالي 58 إلى 62 بالمائة من النفايات البلاستيكية في مدافن النفايات أو يتم التخلص منها في البيئة الطبيعية. يختلف معدل إعادة تدوير النفايات البلاستيكية بشكل كبير من منطقة إلى أخرى. يعتبر معدل إعادة التدوير الإجمالي للنفايات البلاستيكية في الاتحاد الأوروبي مرتفعاً نسبياً على مستوى العالم وقد استقر عند أكثر من 30% منذ عام 2014. معدل إعادة تدوير النفايات البلاستيكية في الصين مشابه لمعدل الاتحاد الأوروبي، حيث وصل إلى 26.7 بالمائة في عام 2020. وتتخلف معدلات إعادة التدوير في الولايات المتحدة كثيراً عن المناطق الأخرى، حيث بلغ معدل إعادة التدوير الإجمالي 8.7 بالمائة فقط في عام 2018.

يختلف معدل استرداد أنواع البلاستيك الفرعية بشكل كبير. يوضح الرسم البياني أدناه معدلات إعادة تدوير أنواع مختلفة من النفايات البلاستيكية في الولايات المتحدة مصنفة حسب منظمة التعاون الاقتصادي والتنمية (OECD). يمكن ملاحظة أن معدل الاسترداد الإجمالي لـ PET وPE مرتفع، حيث يتجاوز كلاهما 10%، وهو أعلى من مستوى إعادة التدوير الإجمالي للنفايات البلاستيكية في الولايات المتحدة. ومع ذلك، فإن معدل استرداد PP الذي يمتلك أكبر إنتاج سنوي أقل من 1%، وهو أقل بكثير من المستوى الإجمالي لإعادة تدوير النفايات البلاستيكية.

البلاستيك القابل للتحلل الحيوي آخذ في الظهور، لكنه مكلف وأقل نضجاً من الناحية التكنولوجية. الرسم البياني التالي هو ملخص لإنتاج البلاستيك الحالي، ونضج التكنولوجيا والسعر في السوق. كما يمكن ملاحظة من الشكل، مقارنة بمنتجات البلاستيك الناضجة مثل PE وPP وPET، لا تتمتع PBS وغيرها من أنواع البلاستيك المتجددة الجديدة بأي مزايا من حيث نضج التكنولوجيا والسعر.

لذلك، تعد إعادة التدوير حلاً أكثر موثوقية من الاعتماد على البلاستيك القابل للتحلل الحيوي لتخفيف مشكلة النفايات البلاستيكية. بالإضافة إلى ذلك، مقارنة بالبلاستيك الأصلي، فإن الحصة السوقية الحالية للبلاستيك المعاد تدويره منخفضة، ولا يزال هناك مجال كبير للنمو. في هذا السياق، يعد فهم النقاط التقنية الرئيسية في عملية إعادة تدوير البلاستيك أمراً بالغ الأهمية للمستثمرين في المجالات ذات الصلة.

تحليل تكنولوجيا إعادة تدوير النفايات البلاستيكية

وفقاً لما إذا كانت سلسلة كربون البوليمر في البلاستيك مكسورة أم لا، يمكن تقسيم تكنولوجيا إعادة تدوير النفايات البلاستيكية إلى إعادة تدوير فيزيائي وإعادة تدوير كيميائي.

1

إعادة التدوير الفيزيائي (آلة إعادة التدوير)

تشير إعادة التدوير الفيزيائي إلى الطريقة التي لا تدمر الهيكل البوليمري للبلاستيك، بل تقوم فقط بتنظيف وكسر النفايات البلاستيكية ثم إجراء عملية تحبيب البلاستيك مباشرة. قد يتضمن جزء من العملية أيضاً التلدين. مسار العملية الشائع هو كما يلي:

فرز البلاستيك:

يتم الفصل عموماً من خلال الخصائص الفيزيائية للمواد الخام، مثل استخدام القوة المغناطيسية لإزالة جزء من المعدن في المواد الخام، وقد تحتاج بعض المواد التي يصعب فصلها إلى فرز يدوي. تشمل طرق الفصل الشائعة: الفصل اليدوي، فصل الكثافة، الفصل المغناطيسي، فصل الأشعة السينية الفلورية، الفصل الكهروستاتيكي، إلخ.

غسل وتجفيف البلاستيك:

للشوائب المختلفة طرق معالجة مقابلة. على سبيل المثال، لتنظيف سطح البلاستيك من التربة والغبار، يمكن إزالة ذلك ببساطة عن طريق التنظيف بالماء؛ أما بالنسبة للتلوث بالزيت، فقد تكون هناك حاجة إلى الغسول، ولكن لهذه الطريقة أيضاً عيوب واضحة - سهولة التسبب في التلوث. التجفيف بعد التنظيف بسيط نسبياً، وعادة ما يستخدم مجفف صناعي لتجفيف الماء الموجود على جسم البلاستيك.

بعد الفرز والتنظيف البسيط، ومن أجل تسهيل المعالجة اللاحقة، يتم استخدام آلات تمزيق صناعية بشكل عام لمعالجة سحق البلاستيك. تستخدم آلات التمزيق الصناعية عادةً شفرات لسحق البلاستيك بالداخل، وسيتم استخدام آلات تمزيق صناعية مختلفة وفقاً لصلابة أو شكل المواد الخام. كلما كان حجم الجسيمات بعد السحق أصغر، زادت تكلفة السحق.

التغذية والتلدين:

لضمان جودة المنتجات النهائية في خط الإنتاج، قد يتضمن جزء من العملية خطوات التلدين. بشكل عام، بالنسبة للبلاستيك الحراري، الغرض من التغذية هو تقليل التكلفة؛ أما بالنسبة للبلاستيك المتصلد بالحرارة، فالغرض من التغذية هو تقليل التكلفة والتعديل. التلدين هو استخدام آلة عجن في درجة حرارة تتراوح بين 100-200 درجة مئوية لخلط الحشو والنفايات البلاستيكية، لتوليد كتلة، مما يسهل البثق اللاحق.

تحبيب بثق البلاستيك:

بشكل عام، يتم استخدام الطارد لصنع حبيبات بلاستيكية معاد تدويرها من الكريات، وتكون درجة حرارة التفاعل حوالي 150-250 درجة مئوية.

عملية الاسترداد الفيزيائي بسيطة نسبياً، ويمكنها عموماً قبول معظم أنواع البلاستيك الشائعة في السوق. ومع ذلك، فإن العيوب واضحة أيضاً. عادة ما يكون البلاستيك المنتج بعد إعادة التدوير الفيزيائي بلاستيك منخفض القيمة، وسينخفض أداء البلاستيك بعد إعادة التدوير الفيزيائي المتكرر، لذلك من الصعب تحقيق إعادة تدوير فيزيائي لانهائي. ونتيجة لذلك، قد يحد بعض المصنعين من نوع البلاستيك الذي يغذون به خط إنتاج إعادة التدوير الخاص بهم لضمان أن المنتج عبارة عن بلاستيك عالي القيمة، بينما قد يقوم آخرون بإعادة تدوير زجاجات PET فقط. باختصار، سيناريوهات تطبيق الاسترداد الفيزيائي محدودة بعدة طرق.

2

إعادة التدوير الكيميائي:

إعادة التدوير الكيميائي هي تحويل سلاسل كربون البوليمر في البلاستيك إلى جزيئات صغيرة لإنتاج الوقود أو المواد الكيميائية أو الكهرباء أو منتجات أخرى. تشمل طرق إعادة التدوير الكيميائي الشائعة:

توليد الطاقة بالحرق

تُعرف أيضاً بعملية البيروكسيد، ويمكنها التعامل مع جميع أنواع النفايات البلاستيكية. تحول العملية الكربون والهيدروجين من النفايات البلاستيكية إلى ثاني أكسيد الكربون وماء، مما يولد حرارة يتم تحويلها في النهاية إلى كهرباء يتم تغذيتها في نظام النقل.

يتكون توليد الطاقة بالحرق عموماً من ثلاثة أجزاء: التخمير، والحرق، والتخلص من النفايات. يتم خلط النفايات البلاستيكية مع نفايات أخرى ثم تخميرها ببساطة قبل حرقها في محرقة. تُستخدم الحرارة الناتجة أثناء الحرق لتسخين المياه في الغلاية وإنتاج البخار، والذي يُستخدم لتشغيل توربين لتوليد الكهرباء. يتم التخلص من الخبث الناتج في العملية والرماد المتطاير المجمع في غاز المداخن وإرساله إلى مدافن النفايات أو إعادة استخدامه، ويتم تصريف غاز المداخن في الغلاف الجوي بعد المعالجة.

إعادة التدوير الكيميائي هي تحويل سلاسل كربون البوليمر في البلاستيك إلى جزيئات صغيرة لإنتاج الوقود أو المواد الكيميائية أو الكهرباء أو منتجات أخرى. تشمل طرق إعادة التدوير الكيميائي الشائعة:

توليد الطاقة بالحرق

تُعرف أيضاً بعملية البيروكسيد، ويمكنها التعامل مع جميع أنواع النفايات البلاستيكية. تحول العملية الكربون والهيدروجين من النفايات البلاستيكية إلى ثاني أكسيد الكربون وماء، مما يولد حرارة يتم تحويلها في النهاية إلى كهرباء يتم تغذيتها في نظام النقل.

مزايا وعيوب توليد الطاقة بالحرق واضحة أيضاً، الميزة هي أن متطلبات المواد الخام ليست عالية، ويمكنها التعامل مع جميع أنواع البلاستيك؛ العيب هو أن غاز النفايات الناتج عن الاحتراق يحتوي عموماً على ملوثات. إذا كانت هناك نفايات بلاستيكية تحتوي على الكلور في المواد الخام، فقد تكون هناك غازات سامة وضارة مثل الديوكسينات.

عملية الأكسدة الجزئية

إنها مناسبة لنفايات البلاستيك البولي أوليفين. على عكس الحرق، لا يوجد أكسجين زائد يشارك في التفاعل. تتفاعل كمية صغيرة من الأكسجين مع المواد الخام لتوليد غاز اصطناعي (خليط من أول أكسيد الكربون والهيدروجين)، ويمكن استخدام المنتج النهائي في صناعة الكيماويات الفحمية لإنتاج الميثانول والأمونيا.

تتضمن عمليات الأكسدة الجزئية عموماً الفصل، والتنظيف والتجفيف، والسحق، والصهر، والتغويز. عملية الفرز والتنظيف والتجفيف والسحق هي نفس عملية الاسترداد الفيزيائي. العمليات الأخرى موصوفة بشكل رئيسي أدناه:

الصهر: تكون درجة الحرارة عموماً 100-500 درجة مئوية. بعض العمليات لديها صهر واحد فقط، وبعض العمليات قد يكون لها صهر متعدد لتأثير الصهر. في عملية الصهر، يتم إنتاج بعض غاز المكونات الخفيفة، والذي يمكن استخدامه كمصدر للحرارة أثناء الصهر. بالإضافة إلى ذلك، إذا كانت المواد الخام تحتوي على بلاستيك يحتوي على الهالوجين، فقد يتم أيضاً إنتاج غازات حمضية تحتوي على الهالوجين ومركبات تحتوي على الهالوجين. سيؤدي توليد المركبات التي تحتوي على الهالوجين إلى تقليل العائد، ويمكن تجنب توليد المركبات التي تحتوي على الهالوجين عن طريق تمرير كمية مناسبة من البخار.

التغويز: درجة حرارة التفاعل حوالي 1000-1600 درجة مئوية. في هذه العملية، يتم حقن كمية كافية فقط من الهواء أو الأكسجين لتحقيق الأكسدة الجزئية، مما يحول ذرات الكربون والهيدروجين في البلاستيك إلى أول أكسيد الكربون والهيدروجين، على التوالي. قد تشمل منتجات التغويز النهائية أول أكسيد الكربون والهيدروجين، بالإضافة إلى كمية صغيرة من ثاني أكسيد الكربون، وبخار الماء، وغازات الهالوجين، وما إلى ذلك، وتعتمد كمية إزالة الشوائب على الاستخدام النهائي للمنتج. بالإضافة إلى ذلك، بالإضافة إلى المنتجات الغازية، يتم إنتاج الخبث عادةً. بعد المعالجة المناسبة، يمكن إرسال الخبث إلى مدافن النفايات أو للاستخدام الثانوي.

03

باختصار

باعتبار إعادة تدوير النفايات البلاستيكية جزءاً مهماً من مقترح عصر الحياد الكربوني، نعتقد أنه في المستقبل المنظور من خلال تمكين التكنولوجيا لتحويل النفايات البلاستيكية منخفضة القيمة إلى كنز، أو تصبح صناعة حماية البيئة التالية لحل مشاكل البلاستيك.