ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΠΛΑΣΤΙΚΩΝ Αλέξανδρος Δ. Γκότσης Τομέας Μηχανικής Γενικό τμήμα Πολυτεχνείο Κρήτης τηλ. 7259; email: gotsis@science.tuc.gr 3 Ιανουαρίου, 2010
Ο ΚΥΚΛΟΣ ΖΩΗΣ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Εισαγωγή 1
Εισαγωγή 2
Η θέση των πλαστικών στην κοινωνία Μικρότερο βάρος για ισοδύναμες ιδιότητες Χαμηλώτερη κατανάλωση ενέργειας για την παρασκευή τους και τη μορφοποίηση τους Η ανακύκλωση πλαστικών είναι δυνατή π.χ. μέρη αυτοκινήτων, μπουκάλια από PET, μπουκάλια γάλακτος από PC Μετά από τον κύκλο ζωής τους τα πλαστικά μπορούν να καούν με ασφάλεια (μαζί με τα άλλα καύσιμα σκουπίδια) για επανάκτηση ενέργειας Εισαγωγή 3
ΣΥΝΕΙΣΦΟΡΑ ΤΩΝ ΠΛΑΣΤΙΚΩΝ ΣΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ Εισαγωγή 4
Εισαγωγή 5
ΠΛΑΣΤΙΚΑ Εισαγωγή 6
Οικονομική σημασία των πλαστικών 1950 1970 1990 Παγκόσμια παραγωγή 1.6 31 98 Μtn/yr Πληθυσμός (δισ) 2530 3750 5400 Κατανάλωση / κεφαλή 0.6 8.3 19 kg/yr Αύξηση περίπου 15% το χρόνο! Εισαγωγή 7
ΠΛΑΣΤΙΚΑ Εισαγωγή 8
Θερμοπλαστικά: εφαρμογές μεμβράνες, φίλμ σωλήνες προφίλ κανάλια πλαίσια παραθύρων κιβώτια, καφάσια συσκευασίας μέρη αυτοκινήτων δίσκοι, CD εξωτερικά (ηλεκτρονικών) συσκευών φιάλες κουτιά αναψυκτικών υφάσματα (δομικός) αφρός Εισαγωγή 9
Θερμοσκλυρηνόμενα: εφαρμογές κουτιά ηλεκτρικών διακοπτών προστασία microchips μαχαιροπήρουνα πλοία μονωτικός αφρός κόλλες μέρη αυτοκινήτων μέρη αεροπλάνων σαν μήτρα συνθέτων υλικών Εισαγωγή 10
Ελαστομερή: εφαρμογές λάστιχα αυτοκινήτων κ.λ.π. σόλες παπουτσιών φλάντζες, στεγανοποιητές στρώματα καλώδια σωλήνες μονωτικός αφρός Εισαγωγή 11
Απαραίτητα σε πολλά προϊόντα Ελαφριά υλικά Συσκευασίες για τρόφιμα Μόνωση Με 1.5 mm έξτρα πάχος μόνωσης σε ένα ψυγείο εξοικονομείται 17 φορές η ενέργεια που καταναλώθηκε να φτιαχτεί αυτή η μόνωση! Σωλήνες νερού / άρδευσης Ηλιακοί συσσωρευτές Τουρμπίνες ανεμογεννητριών Ιατρικά υλικά Εισαγωγή 12
Γιατί ανακύκλωση πλαστικών; Πολύ μεγάλη ανάπτυξη της παραγωγής και της χρήσης πολυμερών υλικών Ανάπτυξη υλικών συσκευασίας και προϊόντων μιας χρήσης Τεράστιος όγκος στα απορρίμματα Χαμηλή βιοαποικοδομησιμότητα Αύξηση τιμής πρώτης ύλης (ΠΕΤΡΕΛΑΙΟ) Ανάγκη εξοικονόμησης ενέργειας και μείωσης εκπομπών καυσαερίων Οδηγία ΕΕ (Land ll Directive 1999) Μείωση των βιοαποικοδομήσιμων δημοτικών αποβλήτων κατά 25% αυτών του 1995 μέχρι το 2010, 50% μέχρι το 2017 και 65% μέχρι το 2020! Απαγόρευση της ταφής υγρών, εκρηκτικών ειδικών απορριμμάτων και ελαστικών Εισαγωγή 13
Στην Ευρώπη σε τόνους / year: Στα αυτοκίνητα: 3.5 10 6 τόνοι πετρελαίου καταναλώνονται για να κατασκευασθούν τα «πλαστικά» μέρη των αυτοκινήτων 12 10 6 τόνοι πετρελαίου καυσίμου εξοικονομούνται λόγω μικρότερου βάρους αυτοκινήτων ή 12 10 6 τόνοι CO 2 λιγότερες εκπομπές Στις συσκευασίες: το 42% των συνθετικών πολυμερών χρησιμοποιείται στις συσκευασίες για το 40-50 % όλων των προϊόντων που συσκευάζονται αλλά έχουν μόνο το 10% του βάρους όλων των συσκευασιών Pack more using less! Εισαγωγή 14
Αειφόρος ανάπτυξη (Sustainability) Ανάπτυξη που ικανοποιεί τις απαιτήσεις του παρόντος χωρίς να υπονομεύει την ικανότητα των μελλοντικών γενεών να ικανοποιήσουν τις δικές τους ανάγκες! Ο βιομηχανικός σχεδιασμός των προϊόντων πρέπει να γίνεται λαμβάνοντας υπ' όψιν και τη δυνατοτήτα ανακύκλωσης του υλικού μετά το πέρας της χρησιμότητας του προϊόντος. Εισαγωγή 15
Αειφόρος ανάπτυξη (Sustainability) Μερικές θέσεις: Τα προβλήματα των πλαστικών απορριμμάτων οφείλονται στην ανθρώπινη δραστηριότητα και υπάρχουν γιατί υπάρχει κατανάλωση Τα καταναλωτικά προϊόντα παρασκευάζονται κυρίως με μαζικές βιομηχανικές μεθόδους Τα καταναλωτικά προϊόντα και η συσκευασία τους σχεδιάζονται από μηχανικούς Οι καταναλωτές δεν πρόκειται να αλλάξουν δραματικά τις συνήθειες τους Υπάρχει ένα περιβαλλοντικό κόστος για κάθε προϊόν και σε κάθε διεργασία παραγωγής Εισαγωγή 16
Στόχος των μηχανικών: Σχεδιασμός, παραγωγή και διαχείριση όλου του κύκλου ζωής των καταναλωτικών προϊόντων από πλαστικό για ελάχιστη περιβαλλοντική επιβάρυνση Εισαγωγή 17
Kατά τον αρχικό σχεδιασμό ενός βιομηχανικού προϊόντος καθορίζονται: το 70% του τελικού κόστους το 70% της περιβαλλοντικής επιβάρυνσης Ο σωστός σχεδιασμός είναι βασικός για την οικονομία και το περιβάλλον Ο σχεδιαστής πρέπει να σκέφτεται και για τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις του προϊόντος κατά την παραγωγή, τη χρήση και τη απόρριψη του. Εισαγωγή 18
Εισαγωγή 19
Για περιβαλλοντικά συνειδητό σχεδιασμό προϊόντων Νομοθεσία Κυρίως μέσω οδηγιών της ΕΕ που υιοθετούνται από την ελληνική νομοθεσία και αφορούν: Περιορισμό στη χρήση πρώτων υλών Υποχρέωση επιστροφής παλαιών υλικών στον παραγωγό Οι αγοραστές Αρχίζει να γίνεται αποδεκτή ανάμεσα στους καταναλωτές η λογική ότι πρέπει να πληρώνουμε περισσότερο για «οικολογικά» προϊόντα Βιομηχανικοί αγοραστές αρχίζουν να φοβούνται μελλοντικές περιβαλλοντικές επιβαρύνσεις (οικονομικές) «Οικολογικές» ετικέτες Γίνονται όλο και πιο ανταγωνιστικές στην αγορά Εισαγωγή 20
Πιστοποίηση ISO 14000 Παράπλευρα οικονομικά οφέλη: τελικά μικρότερο κόστος υλικού, λιγότερη ποικιλία υλικού, νέες τεχνολογίες για εξοικονόμηση ενέργειας, ανακύκλωση υλικού. Εισαγωγή 21
Life Cycle Analysis (Ανάλυση κύκλου ζωής) Η LCA είναι μία αντικειμενική μελέτη για την εκτίμηση της περιβαλλοντικής επιβάρυνσης που επιφέρει ένα προϊόν. Σε αυτήν ποσοτικοποιούμε την κατανάλωση ενέργειας και υλικού και τις εκπομπές στο περιβάλλον κατά την διάρκεια ολόκληρης της παραγωγής και ζωής του προϊόντος, συμπεριλαμβάνοντας την εξαγωγή και κατεργασία των πρώτων υλών, τη βιομηχανική παραγωγή του προϊόντος, τη μεταφορά και διανομή, τη χρήση του και τη συντήρησή του, την ανακύκλωση του και την τελική απόρριψή του. Ο στόχος είναι να βρεθούν δυνατότητες για μειώσεις στην περιβαλλοντική επιβάρυνση του προϊόντος /συσκευασίας. Εισαγωγή 22
Εισαγωγή 23
Μείωση των πλαστικών σκουπιδιών! Τα περισσότερα πλαστικά απορρίμματα προέρχονται από συσκευασίες Αντικατάσταση ή ανακύκλωση; Ανάλυση κύκλου ζωής Εισαγωγή 24
Απορρίμματα από πλαστικό Τα πλαστικά αποτελούν το 7 % του βάρους των απορριμμάτων που πάνε στις χωματερές αλλά το 18% του όγκου! και έχουν πολύ χαμηλό ρυθμό αποικοδόμησης Ανάλογα με τις πηγές έχουμε: Στα οικιακά απορρίμματα: * 4% κ.β. στο σύνολο των στερεών δημοτικών απορριμμάτων (ΣΔΑ) * Κυρίως από συσκευασίες και λιγότερο από σπασμένα σκεύη * Ακάθαρτα: ανακατωμένα με σκόνη, υγρά, και μη πλαστικά υλικά * Κυρίως PE, PP, PS, PVC * Σε διάφορες μορφές Εισαγωγή 25
Εμπορικά * Από καταστήματα, γραφεία και σχολεία * Συσκευασίες * Ανάκατα με χαρτί και ξύλο και οικιακά απορρίμματα * LDPE, άλλα PE, διογκ. PS Βιομηχανικά * Απόβλητα παραγωγής πλαστικών προϊόντων * Υπολείμματα μορφοποίησης * Σκάρτο * Απορρίμματα εργαστηρίων Εισαγωγή 26
Κατασκευαστικά (Οικοδομής) * Συσκευασίες * Από ηλεκτρικές εφαρμογές (καλώδια κ.λπ.) * Σωλήνες, πατώματα, ταπετσαρίες * Φύλλα κάλυψης θερμοκηπίων Ειδικά απορρίμματα * Από νοσοκομεία * ειδικές βιομηχανίες Εισαγωγή 27
Πλαστικά απορρίμματα -- Μερικά στοιχεία Τα περισσότερα πλαστικά απορρίμματα καταλήγουν στη χωματερή/χυτα Από 300.000 τόνους πλαστικό που καταναλώνονται το χρόνο, το 50% καταλήγουν ως απορρίμματα μέσα σε ένα χρόνο Το 90% των πλαστικών απορριμμάτων είναι θερμοπλαστικά (HDPE, LDPE, PP, PS κλ.π.) Τα υλικά συσκευασίας είναι το 30% των αστικών απορριμμάτων Τα πλαστικά συσκευασίας αποτελούν το 13% (κ.β.) των υλικών συσκευασίας και το 3.9% των αστικών απορριμμάτων Εισαγωγή 28
Εισαγωγή 29
Τα πλαστικά αποτελούν το 7 % του βάρους των απορριμμάτων που πάνε στις χωματερές αλλά το 18% του όγκου! Εισαγωγή 30
Η ολική συμμετοχή των πλαστικών στα Στερεά Δημοτικά Απορρίμματα παραμένει (σταθερή (7-8%) αλλά αυξάνει ο αριθμός των ειδών τους. Πρόβλημα παραμένει ο όγκος των πλαστικών απορριμμάτων Ο όγκος των απορριμμάτων μπορεί να μειωθεί με συμπίεση Πρόβλημα παραμένει με τα διεσπαρμένα απορρίμματα «Σκουπίδια» στον δρόμο, σε χαράδρες αλλά και παράνομες χωματερές Εισαγωγή 31
Πλαστική συσκευασία και περιβάλλον Η πλαστική συσκευασία κατηγορείται κακώς ως σημαντικός παράγων περιβαλλοντικής υποβάθμισης: Δεν υπολογίζονται τα οφέλη αυτών των υλικών για το περιβάλλον Η αλλαγή των συσκευασιών με εναλλακτικά προϊόντα θα στοίχιζε: 404 % παραπάνω βάρος απορριμμάτων 201 % αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας για την κατασκευή τους 212 % αύξηση στο κόστος Kαι δεν συνυπολογίζονται οι παράπλευρες απώλειες της σπατάλησης των πηγών των εναλλακτικών υλικών (δένδρα, νερό άρδευσης κλ.π.) Εισαγωγή 32
Πλαστική συσκευασία και περιβάλλον Η συσκευασία χρησιμοποιείται ως περιέκτης και ως προστασία (π.χ. για τα τρόφιμα) Η ποσότητα της πλαστικής συσκευασίας στα ΣΔΑ είναι αντιστρόφως ανάλογη με τα απορριπτόμενα τρόφιμα Πρέπει να υπολογίζουμε την ενέργεια που καταναλώνεται για την κατασκευή και χρήση της συσκευασίας Η κατανάλωση ενέργειας για να κατασκευασθεί ένα πολυμερές υλικό συσκευασίας είναι πολύ μικρότερη από π.χ. γυαλί ή μέταλλο. Η κατανάλωση ενέργειας για τη μορφοποίηση του πλαστικού είναι πολύ μικρότερη από ό,τι χρειάζεται π.χ. το γυαλί ή το μέταλλο. Το ελαφρύτερο βάρος της συσκευασίας (για ίδιο περιεχόμενο) μειώνει την κατανάλωση ενέργειας κατά την διανομή του προϊόντος Εισαγωγή 33
Πίνακας 1: Ενεργειακές απαιτήσεις για την κατασκευή περιεκτών αναψυκτικού Περιέκτης M J/l αναψυκτ. Γυάλινος, μη επιστρεφόμενος 280 ml 35.4 1000 ml 23.1 Αλουμινένιος, 280 ml 31.3 Από PET, 1500 ml 16.9 Η μετακαναλωτική αξία του πλαστικού υλικού συσκευασίας είναι η ικανότητα του να ανακυκλωθεί ή η ενέργεια που θα πάρουμε με την καύση του σαν καύσιμο Εισαγωγή 34
Κατανάλωση ενέργειας/πετρελαίου για τις συσκευασίες από πλαστικό υλικό Εισαγωγή 35
Η χρήση πλαστικού στην συσκευασία μειώνει το όγκο που καταλαμβάνει η ίδια η συσκευασία καθώς και το βάρος της. Και τα δύο είναι σημαντικά για το (ενεργειακό) κόστος των μεταφορών των προϊόντων. Εισαγωγή 36
Μείωση του ποσού των πλαστικών απορριμμάτων Μείωση του χρησιμοποιούμενου υλικού (source reduction) Εξοικονόμηση υλικού με την βελτιστοποίηση του σχεδιασμού ή των ιδιοτήτων του υλικού της συσκευασίας Ανακύκλωση των απορριμμάτων Επαναχρησιμοποίηση του υλικού μετά από ανα-επεξεργασία μικρού ή μεγάλου βαθμού: Πρωτογενής, δευτερογενής και τριτογενής ανακύκλωση Κλιβανισμός (incineration) Κυρίως καύση για ανάκτηση ενέργειας Υγειονομική ταφή Όταν δεν μπορεί να γίνει τίποτα άλλο. Κακή λύση γιατί ακόμα και βιοαποικοδομήσιμα πολυμερή δεν βιοαποικοδομούνται τόσο γρήγορα! Εισαγωγή 37
Τεχνολογία Ανακύκλωσης πλαστικών Στόχοι της ανακύκλωσης Να διασώσει τα αποθέματα ενέργειας και υλικών Να ελαττώσει το ποσό των ΣΔΑ Να μειώσει τη ρύπανση Να αξιοποιήσει πλήρως το οικονομικό δυναμικό των υλικών Οικονομικό κέρδος Εισαγωγή 38
Δυνατότητες ανακύκλωσης ΣΔΑ Συμπεριφορά των μελών της κοινωνίας Τεχνικές δυνατότητες (ύπαρξη τεχνολογίας) ανακύκλωσης Κόστος και πιθανό οικονομικό κέρδος Ύπαρξη εφαρμογής (χρήσης) και αγοράς για το ανακυκλωμένο υλικό Θέληση από την πλευρά της πολιτικής ηγεσίας Πρακτικά θέματα ανακύκλωσης Ανάπτυξη μεθόδων συλλογής Ανάπτυξη κατάλληλης τεχνολογίας / μεθόδων Ανάπτυξη αγορών για το προϊόν της βιομηχανίας ανακύκλωσης Δημιουργία προτύπων για έλεγχο ποιότητας Εισαγωγή 39
Τύποι ομάδων ανακυκλώσιμων πλαστικών Ρεύμα μη αναμεμειγμένων ειδών πλαστικού (producer, home scrap) που μπορεί να επανεισαχθεί κατ' ευθείαν στην παραγωγή Ρεύμα ανάμεικτων πλαστικών με γνωστή σύσταση και ελεύθερο προσμίξεων (commingled scrap). Ρεύμα συλλεχθέντων οικιακών και βιομηχανικών απορριμμάτων (μείγμα) που περιέχουν και μη πλαστικές προσμίξεις (post-comsumer scrap - π.χ. μετακαταναλωτικά απορρίμματα νοικοκυριών) Εισαγωγή 40
Κατηγορίες ανακύκλωσης (ASTM D-5033-90) Πρωτογενής, ή εσωτερική ή ανακύκλωση κλειστού βρόγχου Ανατροφοδότηση του σκάρτου παραγωγής στις μονάδες για την παραγωγή προϊόντων εφάμιλλων με τα υπόλοιπα. Δευτερογενής, ή μετά τη χρήση ή φυσική-μηχανική ανακύκλωση Μετατροπή των μετακαταναλωτικών πλαστικών (post-consumer scrap) με κάποια (φυσική) επεξεργασία σε προϊόντα που θα πουληθούν για κάποιες εφαρμογές. Το scrap μπορεί να έχει διαχωρισθεί στα συστατικά του ή όχι! Τριτογενής, ή χημική ανακύκλωση για ανάκτηση πρώτων υλών Διεργασίες που διασπούν τα μετακαταναλωτικά πολυμερή στα μονομερή τους. Παραγωγή χημικών ή καυσίμων Τεταρτογενής ή θερμική ανακύκλωση με ανάκτηση ενέργειας (Ελεγχόμενη) καύση των μετακαταναλωτικών πολυμερών (σαν καύσιμο) για ανάκτηση της θερμικής τους ενέργειας. Εισαγωγή 41
Πρωτογενής ανακύκλωση Ανακύκλωση/ανατροφοδότηση ελαττωματικών προϊόντων, τεμαχιδίων και υπολειμμάτων παραγωγής κατ' ευθείαν στη μονάδα μορφοποίησης. Ανακύκλωση ελαττωματικών προϊόντων Τα ελαττωματικά προϊόντα (8-9 % της παραγωγής) μπορεί να έχουν ελαττώματα στη σύνθεση ή στη μορφή τους Αν το ελάττωμα είναι στη μορφή, ή πρόκειται για τεμαχίδια, τότε το προϊόν τεμαχίζεται και ανατροφοδοτείται στην μηχανή μορφοποίησης μαζί με το παρθένο πολυμερές Προσοχή σε επανειλημμένες θερμάνσεις: μπορούν να προκαλέσουν θερμική αποσύνθεση και να μειωθούν οι μηχανικές ιδιότητες του υλικού. Πρωτογενής ανακύκλωση 42
Αν το ελάττωμα είναι στη σύνθεση, τότε χρησιμοποιούνται τεχνικές ανακύκλωσης ανάμεικτων πλαστικών. Συνήθως παράγονται προϊόντα με υποδεέστερες μηχανικές ιδιότητες, π.χ. Συνθετικό Ξύλο, πάσσαλοι κ.λπ. Πρωτογενής ανακύκλωση 43
Δευτερογενής ανακύκλωση Εδώ πρέπει να ξεχωρίσουμε τα πλαστικά προς ανακύκλωση σε δύο κατηγορίες: Πλαστικά απορρίμματα νοικοκυριών Άλλα πλαστικά απορρίμματα Βιομηχανιών Αυτοκινήτων, ηλεκτρικών ειδών, επίπλων, οικοδομικών υλικών, κατασκευών, μεταφορών. Γραφείων, σχολείων Αγροτικών μονάδων (θερμοκήπια) Νοσοκομείων Δευτερογενής ανακύκλωση 44
Πλαστικά απορρίμματα νοικοκυριών Κυρίως συσκευασίες Πλαστικά φιλμ, σακούλες, περιτυλίγματα Μπουκάλια, πώματα, δοχεία τροφών και παλιά (σπασμένα) πλαστικά αντικείμενα Προβλήματα: Πολλά διαφορετικά είδη πλαστικού Λερωμένα με φαγητά, σαπούνια, προσμίξεις, χώμα Δευτερογενής ανακύκλωση 45
Επιλογή μιας λύσης: Καθαρισμός, διαχωρισμός και ανακύκλωση Παραγωγή ανακυκλωμένου υλικού με ποιότητα κοντά σε αυτή του παρθένου Ανακύκλωση ανάμεικτων πλαστικών απορριμμάτων (commingled plastic waste) * Συνήθως προϊόντα με χαμηλότερες μηχανικές ιδιότητες * Έρευνα στις διεργασίες ανάμιξης για βελτιωμένες ιδιότητες του μίγματος Δευτερογενής ανακύκλωση 46
Δευτερογενής ανακύκλωση οικιακών πλαστικών απορριμμάτων Συλλογή / Διαλογή στην πηγή Διαχωρισμός / Καθαρισμός Κατεργασία Εφαρμογές /πώληση Δευτερογενής ανακύκλωση 47
Συλλογή / Διαλογή στην πηγή Απαιτείται συνεργασία: ΚΡΑΤΟΥΣ - ΚΑΤΑΝΑΛΩΤΩΝ - ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ ΠΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΡΑΤΌΣ Ο φορέας που θα θεσπίσει την αναγκαία νομοθεσία Αναγκάσει τη βιομηχανία να ανακυκλώνει μέρος της παραγωγής της Δώσει στους καταναλωτές κίνητρα για ανακύκλωση Ενημερώσει τους καταναλωτές στον τρόπο λειτουργίας του συστήματος Δευτερογενής ανακύκλωση 48
ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΠΛΑΣΤΙΚΩΝ Συμμόρφωση με τη νομοθεσία Ανάπτυξη/εφαρμογή τεχνολογίας για οικονομικά συμφέρουσα ανακύκλωση Καταναλωτές Συνειδητοποίηση της ανάγκης ανακύκλωσης Εφαρμογή των κανόνων λειτουργίας της ανακύκλωσης Δευτερογενής ανακύκλωση 49
Σύστημα Συλλογής/Διαλογής στην Πηγή Ενημέρωση των καταναλωτών Κωδικοποίηση των διαφορετικών υλικών συσκευασίας 1 Πολυαιθυλενικός τερεφθαλικός εστέρας (PET) 2 Πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (HDPE) 3 Πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC) 4 Πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας (LDPE) 5 Πολυπροπυλένιο (PP) 6 Πολυστυρένιο (PS) 7 Όλα τα άλλα Δευτερογενής ανακύκλωση 50
Κωδικοί ανακύκλωσης πλαστικών Αριθ. Πλαστικό % όλων Εφαρμογές 1 Πολυαιθυλενικός τερεφθαλικός εστέρας (PET) 2 Πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (HDPE) 3 Πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC) 4 Πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας (LDPE) 20-30 % μπουκάλια αναψυκτικών, νερού, συσκευασίες μπισκότων και φαγητού 40-50 % δοχεία αναψυκτικών, υγρών απορρυπαντικών, καθαριστικών, σαμπουάν. Κουτιά παγωτού, μαργαρίνης, δοχεία λαδιού 5-6% συνθετικό δέρμα, σωλήνες αποχέτυσης 5-10 % μαλακά μπουκάλια (μουστάρδας,) καλλυντικών Δευτερογενής ανακύκλωση 51
Κωδικοί ανακύκλωσης πλαστικών Αριθ. Πλαστικό % όλων Εφαρμογές 5 Πολυπροπυλένιο 5-10% κεσεδάκια μαργαρίνης, γιαουρτιου, (PP) τροφίμων, καπάκια μπουκαλιών 6 Πολυστυρένιο (PS) 5-10% (αφρώδη) ποτηράκια καφέ, δίσκοι κρεάτων, συσκευασίες αυγών, fast-food 7 Όλα τα άλλα 5-10% διάφορα μπουκάλια, καταναλωτικά προΐόντα Δευτερογενής ανακύκλωση 52
Στρατηγική για τη συλλογή: διαχωρισμός των πλαστικών από τα άλλα ανακυκλούμενα απορρίμματα Διαχωρισμός από τον καταναλωτή Διαχωρισμός μετά την συλλογή Μέσα προ-συλλογής Σάκοι κωδικοποιημένοι με χρώματα Ατομικοί κάδοι Κοινοί μεγάλοι κάδοι Μέσα μεταφοράς Οχήματα με μηχανισμό για την εκκένωση των κάδων Δευτερογενής ανακύκλωση 53
Συλλογή και διαχωρισμός από τον καταναλωτή Διαχωρισμός και κατά είδη πλαστικού (bring schemes) Μεταφορά από τον καταναλωτή σε κοινούς κάδους * (Κυρίως για μπουκάλια PET) * Διαφορετικοί κοινοί κάδοι ή κελιά με δίχτυ για κάθε είδος Το κόστος περιλαμβάνει την αγορά των κάδων, το ενοίκιο του χώρου, την αγορά των απορριμματοφόρων, τη λειτουργία των οχημάτων και το κόστος της εγκατάστασης αποθήκευσης μέχρι πώλησης. Διαχωρισμός μόνο μεταξύ ανακυκλώσιμων και μη υλικών Διαχωρισμός στο σπίτι * Παροχή από τον δήμο δύο ατομικών κάδων: Ένας για ανακυκλώσιμα και ένας για μη ανακυκλώσιμα απορρίμματα Δευτερογενής ανακύκλωση 54
* Ή πλαστικές σακούλες με διαφορετικά χρώματα * Συλλογή των απορριμμάτων (σε διαφορετικές μέρες) * Ή τοποθέτηση από τους καταναλωτές σε ειδικούς κοινούς κάδους * Μεταφορά σε απορριμματοφόρα με δύο διαμερίσματα ή σε διαφορετικές ημέρες. * Διαχωρισμός σε πλαστικά και μη στο κέντρο περισυλλογής Ειδικά για συλλογή μπουκαλιών νερού κ.λπ. από PET: Πρέπει να αποφεύγεται η πρόσμιξη τους με άλλα πλαστικά από συσκευασίες Είναι γενικά καθαρά από φαγητά Δεν πρέπει να ανακατεύονται με μπουκάλια από φυτοφάρμακα κ. α. Καλό είναι να ξεπλένονται πριν απορριφθούν Να ξεχωρίζονται κατά χρώματα Να συνθλίβονται πριν την απόρριψη (όγκος!) Δευτερογενής ανακύκλωση 55
Να αφαιρούνται τα καπάκια και οι ετικέτες Συλλογή των μπουκαλιών από τα καταστήματα πώλησης, όπως και τα γυάλινα μπουκάλια Διαχωρισμός / Καθαρισμός Αν είναι μόνο πλαστικά: Λεπτομερής διαχωρισμός σε είδη πλαστικού Έλεγχος για μη ανακυκλώσιμα Αν περιέχουν γενικά ανακυκλώσιμα υλικά: 1. Διαχωρισμός πλαστικών από τα υπόλοιπα 2. Διαχωρισμός κατά είδη πλαστικού Το ρεύμα ενός είδους πλαστικού συμπιέζεται σε δεμάτια Δευτερογενής ανακύκλωση 56
Μετά καθαρίζεται σε εγκαταστάσεις καθαρισμού και αλέθεται Απομακρύνονται οι προσμίξεις Πλύσιμο Έλεγχος και πώληση για ανακύκλωση Το ρεύμα που περιέχει πολλά είδη πλαστικού συμπιέζεται σε δεμάτια Μετά καθαρίζεται σε εγκαταστάσεις καθαρισμού Προκαταρκτικός διαχωρισμός και άλεση Απομακρύνονται οι προσμίξεις Πλύσιμο Έλεγχος και πώληση για ανακύκλωση Δευτερογενής ανακύκλωση 57
Είδη διαχωρισμού Μακρο-διαχωρισμοί Χειρωνακτικός Με οπτική αναγνώριση των ειδών: διαφανή, αδιαφανές. Με τους κωδικούς. Ακριβή μέθοδος και μη ακριβής. Μηχανικός Με βάση την πυκνότητα Στο νερό * Μερικά πλαστικά επιπλέουν στο νερό. Άλλα όχι. * PVC, PS, PET καταβυθίζονται. Οι πολυολεφίνες επιπλέουν. Σε υπερκρίσιμα ρευστά (CO 2 /SF 6 ) Δευτερογενής ανακύκλωση 58
* Χαμηλό ιξώδες * Μικρή διαλυτότητα * Υψηλή τάση ατμών * Μη τοξικοί διαλύτες, εύκολη ανάκτηση Βαλιστικός (από τις διαφορές του μέτρου ελαστικότητας) Ηλεκτρομαγνητικός Ανίχνευση πολικών ομάδων (π.χ. Cl) με ακτίνες Χ. Πολικά μόρια φθορίζουν όταν δεχτούν ακτίνες Χ (μετατόπιση της συχνότητας του ανακλώμενου φωτός). Μικρή ικανότητα διαχωρισμού σε μίγματα με πολλά συστατικά που μπορεί να περιέχουν Cl. Με φασματοσκοπία NIR (Near Infra Red) Δευτερογενής ανακύκλωση 59
Το κάθε πολυμερές έχει χαρακτηριστικό φάσμα υπέρυθρου. Με την ανάλυση (on line) του φάσματος μπορεί να γίνει η αναγνώριση των συστατικών και ο διαχωρισμός τους. Μόνο για αργά ρεύματα (ξεχωριστά αντικείμενα). π.χ. για PC και ABS (που έχουν πολύ διαφορετικά φάσματα!) Φασματοσκοπία μάζας Ηλεκτροστατικός διαχωρισμός Με θέρμανση γύρω από το σημείο υαλώδους μετάπτωσης Δευτερογενής ανακύκλωση 60
Μείωση μεγέθους Διευκολύνει τη μεταφορά και ομοιογένεια της τροφοδοσίας Μείωση όγκου υλικού Τεμαχισμός Κοκκοποίηση Κονιορτοποίηση Σύνθλιψη Συνήθως πολλαπλά στάδια Μπορεί να διαχωρίσει και άλλα υλικά Δευτερογενής ανακύκλωση 61
Τεχνικές τεμαχισμού (shredders) Μηχανήματα με δίσκους τεμαχισμού 2-4 αντι-στρέφομενοι δίσκοι νιφάδες 50 mm Κοκκοποιητές (περιδινούμενα μηχανήματα με μαχαίρια) Συνήθως για βιομηχανικό scrap. Δευτερογενής ανακύκλωση 62
Τεχνικές συσσωμάτωσης (agglomerators/densi cators) Για να διευκολυνθεί η μεταφορά / τροφοδοσία Χρησιμοποιούμε την τριβή ανάμεσα στα τεμαχίδια για να αυξήσουμε τη θερμοκρασία και να μαλακώσουν. Δεν πρέπει να φθάσει τη θερμοκρασία τήξης! Πλεονεκτήματα μείωση αποθηκευτικού χώρου οικονομική μεταφορά μεγάλου όγκου ιδιότητες ροής ευκολότερη μέτρηση ροής τροφοδοσίας απουσία σκόνης Δευτερογενής ανακύκλωση 63
Με δίσκους συσσωμάτωσης τοποθετημένοι έτσι ώστε να μειώνεται το διάκενο μεταξύ τους από το κέντρο τους προς το την άκρη τους. Ελικοειδής εξώθηση από το κέντρο προς την περίμετρο με αυξανόμενη συμπίεση. Δημιουργούνται ίνες που κόβονται στη συνέχεια σε πελλέτες. Συσσωμάτωση με συμπίεση Συμπίεση με εξώθηση σε σταθερές πελλέτες μέσα από μήτρες εκβολής. Συνεχής. Συσσωμάτωση με ανάδευση Γρήγορη ανάδευση που δημιουργεί ενέργεια από την τριβή και μαλάκωμα του πλαστικού. Δευτερογενής ανακύκλωση 64
Τεχνικές κονιορτοποίησης Για τη μετατροπή σε λεπτή σκόνη (άριστα χαρακτηριστικά ροής) υψηλή πυκνότητα στενή κατανομή μεγεθών ομοιογενής σύσταση Μύλοι κονιορτοποίησης Εύκολη διεργασία: μεγάλη διαφορά στη σκληρότητα του μεταλλικού υλικού της μηχανής και του πλαστικού. Πρόβλημα η παραγωγή θερμότητας που επιβάλλει την ψύξη της (κρυογενική)! Κονιορτοποίηση με δίσκους Εξώθηση σε στερεά κατάσταση με διάτμηση (solid state shear extrusion). Ειδικοί εκβολείς διδύμων κοχλιών Σφυρόμυλοι Κρυογενική κονιορτοποίηση Δευτερογενής ανακύκλωση 65
Μικρο-διαχωρισμοί Με βάση διαφορές στην πυκνότητα Υδροκυκλώνας Με καταβύθιση Με ρεύμα αέρα Δευτερογενής ανακύκλωση 66
Με αφρισμό Όταν έχουν κοντινές πυκνότητες. Χρήση κατάλληλης επιφανειακά ενεργής ουσίας Συνήθως μαζί με πλύσιμο (σε ζεστό νερό και σαπούνι) Μοριακός διαχωρισμός Με διάλυση σε επιλεκτικούς διαλύτες Πολύ ακριβή μέθοδος γιατί χρειάζεται ανάκτηση του διαλύτη. Δευτερογενής ανακύκλωση 67
Έλεγχος καθαρότητας Άλλα πλαστικά Χαρτί Αλουμίνιο και άλλα μέταλλα Ξύλο ή γυαλί Μικρόβια και τοξίνες Κόλλες Υγρασία Μοριακό βάρος / αποσύνθεση Δευτερογενής ανακύκλωση 68
Δευτερογενής ανακύκλωση πλαστικών Για την προκαταρκτική μορφοποίηση του ανακυκλωμένου πλαστικού σε πελλέτες χρησιμοποιείται εκβολέας μονού κοχλία Πρόσθετα είναι: Σταθεροποιητές διεργασίας: Αντιοξειδωτικά Σταθεροποιητές χρήσης: σταθεροποιητές UV, σταθεροποιητές χρώματος Πιθανά: Τροποποιητές για χημική διακλάδωση - αύξηση/αναδόμηση του μοριακού βάρους (π.χ. στο PET) Δευτερογενής ανακύκλωση 69
Δευτερογενής ανακύκλωση 70
Εκβολέας μονού κοχλία Δευτερογενής ανακύκλωση 71
Χαρακτηρισμός ποιότητας Μέτρο ελαστικότητας και αντοχή σε εφελκυσμό Μέγιστη επιμήκυνση Μέτρο κάμψης Ανθεκτικότητα σε κρούση (impact strength) Μέγιστη θερμοκρασία χρήσης (HDT) Δείκτης ιξώδους (Melt Flow Index) Δευτερογενής ανακύκλωση 72
Ρύθμιση ιδιοτήτων Ανθεκτικότητα (με προσθήκη σωματιδίων ελαστομερών ή ινών) Το ιξώδες (με ανάμιξη ιδίων πολυμερών με χαμηλότερο μοριακό βάρος ή προσθήκη πλαστικοποιητή) Σκληρότητα (με προσθήκη πλαστικοποιητή) Χημική τροποποίηση για ανάκτηση μοριακού βάρους (reactive extrusion) Δευτερογενής ανακύκλωση 73
Παράδειγμα: προβλήματα με την ανακύκλωση του PET από μπουκάλια Τα μπουκάλια PET είναι η πιο επιτυχής ιστορία ανακύκλωσης πλαστικών Γενικά καθαρό ανακυκλωμένο υλικό χωρίς προσμίξεις Πρόβλημα: η πιθανότητα αποσύνθεσης (degradation) του PET από τις πολλές αναθερμάνσεις Υδρολυτική και θερμική διάσπαση μείωση του μοριακού του βάρους. Όταν πέφτει το μοριακό βάρος μειώνεται το ιξώδες και η αντοχή εφελκυσμού Μπορούν να δημιουργηθούν κυκλικά ολιγομερή που αλλάζουν τις επιφανειακές του ιδιότητες Αλλάζει (αυξάνει) η κρυσταλλικότητα ελαττώνεται η διαφάνεια Κιτρίνισμα Δευτερογενής ανακύκλωση 74
Λύσεις για το ανακυκλωμένο, χαμηλότερης ποιότητας PET από μπουκάλια: Χρήση του σε εφαρμογές, όπου το χαμηλότερο μοριακό βάρος και η υψηλότερη κρυσταλλικότητα είναι ανεκτά ή και επιθυμητά Π.χ. σε υφάσματα eece ή ίνες για ρούχα, χαλιά, μονωτικά υπνόσακων: Για κάθε ζακέτα eece από ανακυκλωμένο PET χρησιμοποιούνται 25 ανακυκλωμένα μπουκάλια Συν-έγχυση με παρθένο PET για συσκευασίες Χημική τροποποίηση (reactive extrusion) για ανάκτηση μοριακού βάρους Δευτερογενής ανακύκλωση 75
Ανακεφαλαίωση δευτερογενούς ανακύκλωσης πλαστικών που μπορούν να διαχωρισθούν από τα υπόλοιπα απορρίμματα Συλλογή από καταναλωτές Διαχωρισμός Καθαρισμός Ξαναλειώσιμο Μορφοποίηση νέου προϊόντος Αν δεν μπορεί να γίνει ο διαχωρισμός: Ανακύκλωση αναμεμιγμένων πλαστικών Πλαστικό Ξύλο 76
Τεχνολογία ανακύκλωσης ανάμικτων πλαστικών Όταν τα συστατικά είναι πολλά ο διαχωρισμός είναι ασύμφορος Όταν τα εύκολα ανακυκλώσιμα έχουν διαλεχθεί Τότε το (απομένον) μίγμα ανακυκλώνεται ως υλικό για «πλαστικό ξύλο» ή υποκατάστατο / γόμωση τσιμέντου Συνήθως μίγματα (όχι καλά καθαρισμένα) από PVC, PET, HDPE, LDPE, PS, PP, λίγα θερμοσκληρυνόμενα και σκάρτο παραγωγής Πλαστικό Ξύλο 77
Πλαστικό ξύλο Από ανάμικτα πλαστικά Από ένα μόνο είδος πλαστικού Ενισχυμένο με τροποποιητές ή άλλη ενίσχυση Πλαστικό Ξύλο 78
Πλαστικό ξύλο Δεν έχει κυτταρινική υφή: λιγότερο ανισότροπο Δεν βγάζει ακίδες Μικρή επιφανειακή ενέργεια: δεν βάφεται, παραμένει «καθαρό» Μη υγροσκοπικό Ανθεκτικό σε βανδαλισμούς Δεν έχει αυστηρές απαιτήσεις πρώτης ύλης Μπορεί να ανακυκλωθεί πολλές φορές ΔΕΝ ΧΡΕΙΑΖΕΤΑΙ ΝΑ ΚΟΠΟΥΝ ΔΕΝΤΡΑ Πλαστικό Ξύλο 79
Πλαστικό ξύλο Χαμηλότερο μέτρο ελαστικότητας Μεγαλύτερο βάρος (4x) για ισοδύναμες μηχανικές ιδιότητες Μικρότερη αντοχή σε φθορά (τριβή) Μεγαλύτερος ερπυσμός Μικρότερη πρόσφυση σε καρφιά και μεταλλικούς συνδέσμους (χρησιμοποιούμε βίδες!) Μικρότερο συντελεστή τριβής (όταν βρέχεται) Υψηλό κόστος (λόγω ανακύκλωσης) Ευαίσθητα στις θερμοκρασιακές μεταβολές Χαμηλότερη αισθητική Πλαστικό Ξύλο 80
Βελτίωση ιδιοτήτων Συμβατοποιητές Σφαιρίδια ελαστομερούς Κοντές ίνες Πλαστικό Ξύλο 81
Η ιδέα: από το μίγμα στο σύνθετο υλικό Τοπικά: διαβροχή ινών Αρχική κατάστ.: μετασταθής Τελική κατάστ.: ισορροπία Μέσα στη μήτρα πολυαιθυλενίου σχηματίζεται ένα δίκτυο από τις ίνες ενωμένες μέσω του PA6. Αυτό εξαρτάται από: τις διεπιφανειακές τάσεις και τα ιξώδη, και την ιδιαιτερότητα της διεργασίας: θερμοκρασία, RPM, γεωμετρία αναμείκτη Πλαστικό Ξύλο 82
Η διεργασία για την παρασκευή τριτογενών συνθέτων υλικών σύγχρονη ανάμιξη των συστατικών σε εκβολέα διδύμων κοχλιών θερμοκρασία ανάμιξης: T=240 C ταχύτητα περιστροφής (20, 100, 150 rpm) Πλαστικό Ξύλο 83
Πλαστικό Ξύλο 84
Πλαστικό Ξύλο 85
Πλαστικό Ξύλο 86
Τριτογενής ανακύκλωση Χημική Σπάσιμο των πολυμερών (αποπολυμερισμός) σε μονομερή με χημικές αντιδρασεις Καθαρισμός των μονομερών Επαναπολυμερισμός Κυρίως για πολυμερή που παράγονται με πολυμερισμό συμπύκνωσης (πολυεστέρες, πολυαμίδια, πολυουρεθάνες) Θερμική Αποπολυμερισμός με πυρόλυση ή καταλυτική πυρόλυση Λαμβάνονται πετροχημικά προϊόντα Τριτογενής Ανακύκλωση 87
Χημική ανακύκλωση πλαστικών Πρέπει να προηγηθεί διαχωρισμός και άλεσμα Αντιστροφή της αντίδρασης πολυμερισμού με μετατόπιση της θέσης ισορροπίας της μονομερή Κύριες αντιδράσεις είναι: Μεθανόλυση Υδρόλυση Γλυκόλυση Επαναπολυμερισμός των μονομερών Το νέο πολυμερές είναι ισοδύναμο με το παρθένο! Ακριβή μέθοδος Τριτογενής Ανακύκλωση 88
Τριτογενής ανακύκλωση PET Υδρόλυση PET Προϊόντα: Τερεφθαλικό οξύ + Αιθυλενογλυκόλη. Μπορεί να ξαναπολυμερισθούν προς νέο PET. Μεθανόλυση PET Διάφορα προϊόντα. Η γλυκόλη μπορεί να πωληθεί σαν ψυκτικό αυτοκινήτων. Τα προϊόντα μπορούν να ξανα-πολυμερισθούν (με συμπύκνωση) προς καινούργιο PET Γλυκόλυση PET Προϊόντα: ενώσεις της γλυκόλης με τερεφθαλικό οξύ και αιθανογλυκόλη (από τη διάσπαση του PET) αιθανογλυκόλη Τριτογενής Ανακύκλωση 89
Πλεονεκτήματα - μειονεκτήματα Οι διεργασίες γλυκόλυσης ενσωματώνονται εύκολα σε συμβατικές μονάδες παραγωγής PET Οι διεργασίες μεθανόλυσης είναι πιο ανεκτικές σε καθαρότητα τροφοδοσίας Ο τερεφθαλικός διμεθυλεστέρας (DMT) και η αιθυλενογλυκόλη που παράγεται από τη μεθανόλυση PET είναι εύκολα ανακτήσιμα και καθαρά Η μεθανόλυση μπορεί να αποχρωματίσει τα χρωματιστά μπουκάλια PET Η υδρόλυση ανέχεται προσμίξεις μέχρι 40 % Το χημικά ανακυκλωμένο PET μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε τρόφιμα/φάρμακα Τριτογενής Ανακύκλωση 90
Ακριβότερο από το παρθένο PET Περιέχει και άλλα μονομερή Και τα ενδιάμεσα προϊόντα είναι πιο ακριβά Μεγάλος όγκος για οικονομική βιωσιμότητα των μονάδων Τριτογενής Ανακύκλωση 91
Υποκατάστατα τσιμέντου Χημική τροποποίηση για παραγωγή ακόρεστων πολυεστερικών ρητινών Ανάμιξη με ανόργανες γομώσεις και σκλήρυνση (δικτύωση) Πολυεστερικό μπετόν Διεργασία 50% πιο γρήγορα από το μη ανακυκλωμένο υλικό Δεν χρειάζεται καθαρισμός της πρώτης ύλης Καλές μηχανικές ιδιότητες Καλή αντίσταση σε διάβρωση από χημικά και οξέα Για γρήγορες επιδιορθώσεις δημοσίων έργων Για αποχετεύσεις για όξινα λύματα 5-10 φορές πιο ακριβό από το συμβατικό σκυρόδεμα Τριτογενής Ανακύκλωση 92
Διεργασίες τριτογενούς ανακύκλωσης Χημική ανακύκλωση PVC οξαλικό οξύ + βενζοκαρβοξυλικά οξέα + CO 2 Χημική ανακύκλωση πολυαμιδίου-6: οξεόλυση προς καπρολακτάμη Χημική ανακύκλωση πολυαμιδίου-6: υδρόλυση Χημική ανακύκλωση πολυαμιδίου-6: αμμωνόλυση Τριτογενής Ανακύκλωση 93
Πυρόλυση Σπάσιμο των πολυμερικών αλυσίδων πρός απλές ουσίες και καύσιμα Δεν χρειάζεται καθαρισμός ή διαλλογή της μάζας των πλαστικών Χρειάζεται πολλή ενέργεια και υψηλές θερμοκρασίες Μπορούν να λειτουργούν σαν αυτόνομες μονάδες Πλαστικά και ελαστομερή Πίνακας 2.14 Δεξαμενές τήξης Υψικάμινοι Κλίβανοι εμβολικής ροής Περιστροφικοί κλίβανοι Θάλαμοι υψηλών θερμοκρασιών Τριτογενής Ανακύκλωση 94
Ρευστοστερεές κλίνες Άριστη μεταφορά μάζας και θερμότητας Προϊόντα: Χημικά ή καύσιμα Π.χ. παράγεται βενζίνη που κοστίζει περίπου όσο και η κοινή βενζίνη. Με την αφαίρεση του κόστους χωματερής της πρώτης ύλης, η διεργασία είναι κερδοφόρα. Τριτογενής Ανακύκλωση 95
Πυρόλυση πολυολεφινών 50 % του υλικού ανακτάται σε υγρή μορφή Πετρέλαιο 50 % αέρια καύσιμα μεθάνιο, αιθυλένιο, προπυλένιο, βουτυλένιο 40% χρησιμοποιείται για τη θέρμανση της διεργασίας 0.2-10 % τέφρα και πληρωτικά υλικά Τριτογενής Ανακύκλωση 96
Πυρόλυση PS δίνει 70% στυρένιο PMMA δίνει μέχρι 97% μεθυλο-μεθακρυλικό οξύ Το PVC παράγει μεγάλες ποσότητες υδροχλωρίου (δέσμευση με ασβέστη CaCl 2 ) Τριτογενής Ανακύκλωση 97
Υδρογόνωση Πυρόλυση παρουσία υδρογόνου σε πιέσεις > 100 bar Μη καταλυτική υδρογόνωση Προϊόντα: αλκάνια (diesel) 60%, νάφθα 30%, ολεφίνες 1% (syncrude: συνθετικό diesel υψηλής θερμικής αξίας) Ενεργειακή απόδοση 88 % και δεν δημιουργούνται διοξίνες Καταλυτική υδρογόνωση Μίγμα πλαστικών από 80% πολυολεφίνες, 15% PS, 3% PET, 2%PVC Απόδοση 90% Το κόστος της υδρογόνωσης είναι υψηλό Αρχίζει να συμφέρει τώρα που αυξήθηκε η τιμή του πετρελαίου! Τριτογενής Ανακύκλωση 98