Статус переработки пластиковых отходов

Пластик повсюду, он классифицируется множеством способов и представлен огромным разнообразием видов. По назначению пластики делятся на общетехнические, конструкционные и специальные; по силе межмолекулярного взаимодействия — на термопласты и реактопласты; по составу полимерных компонентов теоретически могут существовать тысячи видов. Кроме того, ученые и химические предприятия ежегодно поддерживают определенные темпы исследований и разработок, увеличивая количество разновидностей пластика. В настоящее время основными видами пластика являются: ПП, ПЭ (ПЭНП, ПЭВП), ПВХ, ПЭТ, ПС.

Мировое потребление пластика огромно и растет с каждым годом, однако общий уровень его переработки остается низким. По данным Statista, ежегодное мировое производство термопластов в 2020 году было близко к ошеломляющим 400 миллионам тонн и, как ожидается, будет расти быстрыми темпами — более чем на 1% каждые пять лет. Ожидается, что к 2050 году мировое производство термопластов достигнет 589 миллионов тонн.

Поскольку пластик играет чрезвычайно важную роль в жизни человека, заменить его сложно. Поэтому в условиях все более сложной ситуации с охраной окружающей среды переработка пластиковых отходов стала темой, вызывающей широкую обеспокоенность правительства и общества. В этом контексте профессиональные аналитики в области охраны окружающей среды, занимающиеся вопросами переработки пластиковых отходов, с научной и технологической точек зрения рассматривают современные основные технологии переработки, популяризируя ключевые технологические аспекты в этой области.

Статус переработки пластиковых отходов:

Прогноз мирового производства термопластов с 2020 по 2050 год

Как показано на рисунке выше, среди основных термопластов в настоящее время наибольший объем производства приходится на ПП, за ним следуют ПЭНП и ПЭВП. Только на эти три вида пластика приходится почти 50% всего объема производства термопластов.

Уровень переработки пластиковых отходов низок, и существуют значительные различия между регионами и категориями. По сравнению с растущим мировым производством пластика, темпы его переработки стагнируют. По данным Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), в мире перерабатывается лишь около 14-18% пластиковых отходов, около 24% сжигается, а от 58 до 62% пластиковых отходов попадает на свалки или выбрасывается в окружающую среду. Уровень переработки пластиковых отходов сильно варьируется от региона к региону. Общий уровень переработки пластиковых отходов в ЕС относительно высок по мировым меркам и с 2014 года стабилизировался на уровне более 30%. Уровень переработки пластиковых отходов в Китае близок к показателям Европейского союза и в 2020 году достиг 26,7%. Уровень переработки в США значительно отстает от других регионов: в 2018 году он составил всего 8,7%.

Уровень восстановления различных видов пластика сильно различается. На графике ниже показаны показатели переработки различных видов пластиковых отходов в США, отсортированные по данным ОЭСР. Видно, что общий уровень восстановления ПЭТ и ПЭ высок и превышает 10%, что выше общего уровня переработки пластиковых отходов в США. Однако уровень восстановления ПП, имеющего наибольший годовой объем производства, составляет менее 1%, что значительно ниже общего уровня переработки пластиковых отходов.

Биоразлагаемые пластики появляются, но они дороги и менее технологически зрелы. На следующей диаграмме представлено резюме текущего производства, технологической зрелости и цен на рынке пластика. Как видно из рисунка, по сравнению со зрелыми пластиковыми продуктами, такими как ПЭ, ПП и ПЭТ, новые возобновляемые пластики, такие как ПБС, не имеют преимуществ с точки зрения технологической зрелости и цены.

Поэтому переработка является более надежным решением, чем ставка на биоразлагаемые пластики для решения проблемы пластиковых отходов. Кроме того, по сравнению с первичным пластиком, текущая доля рынка переработанного пластика невелика, и у него есть большой потенциал для роста. В этом контексте понимание ключевых технических аспектов процесса переработки пластика имеет большое значение для инвесторов в смежных областях.

Анализ технологии переработки пластиковых отходов

В зависимости от того, разрушается ли полимерная углеродная цепь в пластике, технологию переработки пластиковых отходов можно разделить на физическую и химическую переработку.

1

Физическая переработка (машинная переработка)

Физическая переработка относится к методу, который не разрушает полимерную структуру пластика, а только очищает и измельчает пластиковые отходы, а затем непосредственно проводит процесс гранулирования пластика. Часть процесса может также включать пластификацию. Общий технологический процесс выглядит следующим образом:

Сортировка пластика:

Разделение обычно осуществляется на основе физических свойств сырья, например, с использованием магнитной силы для удаления части металла из сырья; некоторые трудноразделяемые вещества, возможно, придется сортировать вручную. Распространенные методы разделения включают: ручную сортировку, разделение по плотности, магнитную сепарацию, рентгенофлуоресцентную сепарацию, электростатическую сепарацию и т. д.

Мойка и сушка пластика:

Для различных загрязнений существуют соответствующие методы обработки. Например, для очистки поверхности пластика от почвы и пыли достаточно простой промывки водой; для удаления масляных загрязнений может потребоваться щелочной раствор, но у этого метода есть и очевидные недостатки — он легко вызывает загрязнение. Сушка после очистки относительно проста, обычно для удаления воды с пластика используются промышленные сушилки.

После простой сортировки и очистки пластик для облегчения последующей обработки обычно подвергается измельчению на промышленных шредерах. Промышленные шредеры обычно используют ножи для измельчения пластика внутри, и выбор шредера зависит от твердости или формы сырья. Чем меньше размер частиц после измельчения, тем выше стоимость измельчения.

Подача и пластификация:

Чтобы обеспечить качество готовой продукции на производственной линии, часть процесса может включать этапы пластификации. Вообще говоря, для термопластов целью загрузки является снижение затрат; для реактопластов загрузка направлена на снижение затрат и модификацию. Пластификация — это использование смесителя при температуре около 100-200°C для смешивания наполнителя и пластиковых отходов с целью получения комка, удобного для последующей экструзии.

Экструзионное гранулирование пластика:

Обычно для получения гранул вторичного пластика используется экструдер, температура реакции составляет около 150-250°C.

Процесс физического восстановления относительно прост и обычно подходит для большинства распространенных видов пластика на рынке. Однако недостатки также очевидны. Пластик, полученный после физической переработки, обычно является низкосортным, а его характеристики снижаются после повторной физической переработки, поэтому достичь бесконечной физической переработки сложно. В результате некоторые производители могут ограничивать тип пластика, подаваемого на их линию переработки, чтобы гарантировать получение высококачественного продукта, в то время как другие могут перерабатывать только ПЭТ-бутылки. Таким образом, сценарии применения физической переработки ограничены по ряду причин.

2

Химическая переработка:

Химическая переработка — это преобразование полимерных углеродных цепей в пластике в малые молекулы для производства топлива, химикатов, электроэнергии или других продуктов. Распространенные методы химической переработки включают:

Сжигание для получения энергии

Также известный как пероксидный процесс, он позволяет перерабатывать все типы пластиковых отходов. Процесс преобразует углерод и водород из пластиковых отходов в углекислый газ и воду, генерируя тепло, которое в конечном итоге преобразуется в электроэнергию, подаваемую в систему передачи.

Сжигание для получения энергии обычно состоит из трех частей: ферментации, сжигания и утилизации отходов. Пластиковые отходы смешиваются с другими отходами, затем проходят простую ферментацию перед сжиганием в мусоросжигательной печи. Тепло, выделяемое при сжигании, используется для нагрева воды в котле и производства пара, который приводит в действие турбину для выработки электроэнергии. Шлак, образующийся в процессе, и летучая зола, улавливаемая в дымовых газах, утилизируются и отправляются на свалки или повторно используются, а дымовые газы после очистки выбрасываются в атмосферу.

Химическая переработка — это преобразование полимерных углеродных цепей в пластике в малые молекулы для производства топлива, химикатов, электроэнергии или других продуктов. Распространенные методы химической переработки включают:

Сжигание для получения энергии

Также известный как пероксидный процесс, он позволяет перерабатывать все типы пластиковых отходов. Процесс преобразует углерод и водород из пластиковых отходов в углекислый газ и воду, генерируя тепло, которое в конечном итоге преобразуется в электроэнергию, подаваемую в систему передачи.

Преимущества и недостатки сжигания для получения энергии также очевидны: преимущество заключается в невысоких требованиях к сырью, возможность обработки всех типов пластика; недостаток заключается в том, что отходящие газы, образующиеся при сжигании, обычно содержат загрязняющие вещества. Если в сырье есть пластик, содержащий хлор, могут образовываться токсичные и вредные газы, такие как диоксины.

Процесс частичного окисления

Подходит для полиолефиновых пластиковых отходов. В отличие от сжигания, в реакции не участвует избыток кислорода. Небольшое количество кислорода реагирует с сырьем, образуя синтез-газ (смесь монооксида углерода и водорода), и конечный продукт может быть использован в углехимической промышленности для производства метанола и аммиака.

Процессы частичного окисления обычно включают разделение, очистку и сушку, измельчение, плавление и газификацию. Процесс сортировки, очистки, сушки и измельчения такой же, как при физическом восстановлении. Другие процессы описаны ниже:

Плавление: Температура обычно составляет 100-500°C. Некоторые процессы включают только одно плавление, а некоторые могут включать многократное плавление для достижения нужного эффекта. В процессе плавления образуется некоторое количество легкого газообразного компонента, который можно использовать в качестве источника тепла при плавлении. Кроме того, если сырье содержит галогенсодержащие пластики, могут также образовываться галогенсодержащие кислотные газы и галогенсодержащие соединения. Образование галогенсодержащих соединений снижает выход продукта, и этого можно избежать, пропуская необходимое количество пара.

Газификация: Температура реакции составляет около 1000-1600°C. В процессе впрыскивается ровно столько воздуха или кислорода, сколько необходимо для достижения частичного окисления, превращая атомы углерода и водорода в пластике в монооксид углерода и водород соответственно. Конечные продукты газификации могут включать монооксид углерода и водород, а также небольшое количество углекислого газа, водяного пара, галогенсодержащих газов и т. д., при этом степень очистки от примесей зависит от конечного использования продукта. Кроме того, помимо газообразных продуктов, обычно образуется шлак. После надлежащей обработки шлак может быть отправлен на свалку или использован вторично.

03

В заключение

Переработка пластиковых отходов как важная часть концепции эпохи углеродной нейтральности, по нашему мнению, в обозримом будущем благодаря технологиям превращения низкосортных пластиковых отходов в ценный ресурс станет следующим направлением экологической индустрии для решения проблем, связанных с пластиком.