Zmodernizowany łańcuch recyklingu tworzyw sztucznych
FraunhoferObecnie większość materiałów eksploatacyjnych i przedmiotów codziennego użytku jest wykonana z tworzyw sztucznych, które wytworzono na bazie ropy naftowej. W wyniku spalania odpadów z tego typu materiałów do atmosfery trafia duża ilość gazów cieplarnianych. Dlatego też naukowcy z różnych krajów oraz różnych instytutów i firm pracują nad rozwiązaniem tego problemu. Przykładem takiego działania jest m.in. projekt „Waste4Future”, który jest realizowany przez osiem jednostek badawczych niemieckiego instytutu naukowego Fraunhofer.
Powiązane firmy
Dziś trudno wyobrazić sobie nasze życie i wiele przedmiotów, z którymi mamy do czynienia na co dzień, bez tworzyw sztucznych. Ich powszechne wykorzystanie (np. polietylenu, polipropylenu czy polistyrenu) sprawia, że materiał ten bardzo często staje się odpadem. Każdego roku powstają miliony ton odpadów z tworzyw sztucznych (w samych tylko Niemczech to ok. 6 mln ton rocznie).
I tu pojawiają się problemy, ponieważ plastikowe odpady zależnie od warunków środowiskowych ulegają rozkładowi od kilkudziesięciu do nawet kilkuset lat, a ich spalanie generuje powstawanie gazów cieplarnianych. Z punktu widzenia ochrony klimatu i środowiska ważne jest więc, żeby jak najwięcej tworzyw sztucznych zatrzymywać w ciągłym obiegu.
Niski poziom recyklingu tworzyw
Niestety wskaźnik recyklingu mechanicznego tworzyw sztucznych wciąż jest na niskim poziomie. I to nawet w najbardziej rozwiniętych gospodarkach. Obecnie nadal więcej odpadów z tworzyw sztucznych poddaje się spaleniu niż mechanicznemu przetworzeniu na nowe materiały. Chociaż spalanie odpadów pozwala wykorzystać drzemiący w nich potencjał energetyczny, jednocześnie bezpowrotnie tracone są cenne materiały, jakie się w nich znajdują.
W idealnym modelu gospodarki o obiegu zamkniętym przede wszystkim zapobiega się powstawaniu odpadów. A jeśli już nawet takie powstają, nie spala się ich, ale poddaje się je recyklingowi mechanicznemu lub chemicznemu. Takie podejście zmniejsza nie tylko zapotrzebowanie na zasoby oparte na paliwach kopalnych, ale także zanieczyszczenie środowiska w wyniku mniejszej emisji gazów cieplarnianych.
Co więcej, zawartość węgla w tworzywie sztucznym zostaje wówczas zachowana, stając się ważnym surowcem do wykorzystania w przemyśle chemicznym.
Mało efektywne sortowanie tworzyw sztucznych
Tworzywa sztuczne powstają z węglowodorów. Po zakończeniu okresu użytkowania tworzywa te stają się odpadami, a następnie je się sortuje. Te niskiej jakości (przede wszystkim zawierające zbyt dużo różnego rodzaju zanieczyszczeń) są spalane. Natomiast tworzywa sztuczne wysokiej jakości sortuje się według koloru, a następnie wykorzystuje jako materiał pochodzący z recyklingu.
Sortowanie i recykling tych cennych materiałów według rodzaju wciąż jest jednak procesem dość skomplikowanym. W efekcie niska jest jego efektywność. Na przykład wiele opakowań nie jest klasyfikowana przez sortownie jako nadające się do recyklingu, więc w efekcie trafia do spalarni jako odpady resztkowe.
Wykorzystywane w procesach sortowania technologie (oparte głównie na systemach czujnikowych) często nie rozpoznają czarnego plastiku. Nawet kartony po jogurtach z wieczkami z folii aluminiowej przez pomyłkę trafiają do aluminium, a następnie do odpadów resztkowych.
Dzisiejsze odpady, jutro cenny zasób
Właśnie dlatego w ramach projektu „Waste4Future” opracowywany jest system sortowania, który opiera się na zaawansowanych czujnikach. Ma on pozwolić lepiej rozdzielać plastikowe odpady, m.in. wykrywać czarne cząsteczki odpadów z tworzyw. Inteligentne połączenie różnych rodzajów czujników (w tym czujników podczerwieni i czujników terahercowych) ma ułatwić określanie zarówno parametrów sortowanych materiałów, żeby było ono jak najdokładniejsze, jak i stopnia rozkładu tych materiałów.
Stopień rozkładu odpadów ma znaczenie przy ocenie, czy i w jaki sposób nadają się one do recyklingu mechanicznego. Jeśli bowiem są zbyt mocno uszkodzone, często nie można ich już poddać recyklingowi mechanicznemu, więc podlegają jedynie recyklingowi chemicznemu.
Obie powyższe właściwości odpadów plastikowych będzie można zidentyfikować za pomocą przygotowywanego zestawu czujników. Pozwoli on lepiej określać różne właściwości fizyczne tworzyw sztucznych (m.in. optyczne i termiczne) przy użyciu różnorodnej technologii czujników. Część z nich opracowano specjalnie w ramach projektu „Waste4Future”. Zebrane dane są gromadzone i analizowane przy użyciu technik uczenia maszynowego.
Substancją, która zakłóca proces recyklingu chemicznego, może być np. chlorowane tworzywo sztuczne, takie jak polichlorek winylu (PVC). Zawarty w tym tworzywie chlor może bowiem prowadzić do przyspieszonej korozji elementów systemu, szczególnie w przypadku właśnie recyklingu chemicznego. Ogólnie rzecz biorąc, im czystszy jest plastik, tym wyższa będzie jakość uzyskanego recyklatu.
System czujników do identyfikowania odpadów może być zainstalowany nad przenośnikiem taśmowym w sortowni. Dysze sprężonego powietrza oddzielą precyzyjnie poszukiwane materiały docelowe od niepożądanych zanieczyszczeń, które mogą zakłócać cały proces recyklingu.
Podczas procesu sortowania plastikowych odpadów system czujników na bieżąco generuje ogromne ilości danych. Technologia oparta na cyfrowych bliźniakach pomaga zredukować tę masę danych do kluczowych danych podstawowych, które następnie trafiają do modelu oceny opracowanego w ramach projektu „Waste4Future”. Rozwiązanie to pozwala zreorganizować dotychczasowy łańcuch recyklingu w proces podporządkowany odzyskowi jak największej ilości materiałów.
W procesie pod uwagę bierze się również takie czynniki, jak zużycie energii i generowany ślad węglowy. Połączenie innowacyjnej technologii sortowania, cyfrowych bliźniaków, uczenia maszynowego i modelu oceny dynamicznie wypracowują dla konkretnej partii odpadów metodę recyklingu, która jest najlepsza z punktu widzenia technicznego, ekologicznego i finansowego.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Model oceny wyznacza bilans środowiskowy i dostarcza informacje m.in. o tym, ile energii potrzeba do wyprodukowania jednej tony nowego plastiku. Tę ilość można następnie porównać z szacowaną ilością energii, jaka zostanie zużyta w procesie recyklingu termicznego odpadów plastikowych. Model oceny analizuje więc różne opcje recyklingu tworzyw sztucznych i umożliwia ich rzeczywiste porównanie.
Gospodarka o obiegu zamkniętym zamiast odzyskiwania energii
Zrównoważone społeczeństwo, które charakteryzuje się m.in. procesami neutralnymi dla klimatu, wymaga znaczącego zmodyfikowania także łańcuchów recyklingu, które można osiągnąć jedynie poprzez wdrożenie niezbędnych innowacji. W ramach projektu „Waste4Future” niemieccy naukowcy i inżynierowie opracowują więc najlepsze możliwe metody recyklingu, a także optymalny proces sortowania.
Przy tym pod uwagę biorą zarówno względy finansowe, jak i ekologiczne. Umożliwiając wysoki stopień recyklingu odpadów, które zawierają węgiel, mogą przyczynić się do znacznej redukcji emisji dwutlenku węgla w porównaniu z odzyskiem energii w przypadku spalania tej samej partii odpadów.
Projekt „Waste4Future”
Osiem jednostek badawczych niemieckiego instytutu naukowego Fraunhofer połączyło swoją specjalistyczną wiedzę w ramach sztandarowego projektu „Waste4Future”. Jego celem jest opracowanie nowego rozwiązania, które dotyczy całego cyklu życia tworzyw sztucznych – począwszy od surowców, poprzez przepływ materiałów i inżynierię procesową, aż po koniec cyklu życia produktu.
W ramach projektu partnerzy badają możliwe procesy recyklingu mechanicznego (wytłaczanie w stanie stopionym, oczyszczanie i frakcjonowanie na bazie rozpuszczalników) oraz chemicznego (solwoliza, piroliza, zgazowanie). Testują je także pod kątem możliwości wykorzystania w odniesieniu do odpadów z tworzyw sztucznych o różnym składzie. Zakończenie projektu zaplanowano na grudzień 2024 r. i wtedy będzie możliwa ocena jego wyników poprzez porównanie komponentów, które wykonano ze starych tworzyw sztucznych, z nowymi materiałami.
Dlaczego przejście na gospodarkę o obiegu zamkniętym jest ważne dla tworzyw sztucznych?
Daniel Marzec, członek zarządu igus Polska: Jako firma, która zajmuje się przetwórstwem i produkcją tworzyw sztucznych, dokładamy wszelkich starań, aby jak najlepiej przyczyniać się do zrównoważonego wykorzystania tworzyw sztucznych i oszczędzania zasobów.
W szczególności tworzywa konstrukcyjne dobrze nadają się do recyklingu i mogą służyć jeszcze przez wiele lat jako materiał do wytwarzania nowych produktów. Dlatego ważne jest, żeby skorzystać z tej okazji i utrzymywać materiały dłużej w obiegu, oszczędzając CO2 i zasoby.
Jaką technologię recyklingu odpadów z tworzyw sztucznych stosuje firma igus?
DM: W firmie igus mielimy nasze odpady produkcyjne i ponownie wykorzystujemy przemiał odpadów poprzemysłowych.
Ponadto dzięki programowi chainge stworzyliśmy możliwość zbierania produktów pokonsumenckich pod koniec ich okresu użytkowania i poddajemy je recyklingowi mechanicznemu. W tym procesie materiał jest czyszczony, części metalowe lub inne tworzywa sztuczne są oddzielane, a następnie mielone i wytłaczane w nowy granulat.
Jakiś program recyklingu tworzyw sztucznych oferujecie swoim klientom? Na czym on polega?
DM: Od 2020 r. prowadzimy program eko-prowadnik (Chainge to hasło międzynardowe). Jego idea rozpoczęła się od
tego, że każdy nasz klient mógł zwrócić stare zużyte prowadniki kablowe do nas w celu ich ponownego przetworzenia.
Za każdy zwrócony kilogram plastikowych prowadników kablowych klient otrzymuje voucher do wykorzystania na zakupy w firmie igus. Przyjmujemy wszystkie prowadniki kablowe, również od innych producentów.
Kolejnym krokiem jest uruchomiona w 2023 r. platforma Chainge, która ma łączyć ze sobą odbiorców oraz dostawców odpadów polimerowych. W celu skorzystania z usługi zapraszamy na platformę: chainge platform – recycling made easy by igus.
Program Chainge
Firma igus od lat poprawia bilans środowiskowy tworzyw sztucznych, a jednym z kluczowych obszarów jest recykling. W tym roku firma igus rozszerzyła popularny program recyklingu Chainge. Od 2019 r. wszelkie nieużywane prowadniki kablowe są zbierane i ponownie przetwarzane przez klientów w zamian za bony rabatowe. Platforma internetowa Chainge obejmuje obecnie wszystkie tworzywa techniczne – od poliamidu po PEEK. Igus, jako firma zajmująca się przetwarzaniem i produkcją tworzyw sztucznych, bardzo dba o to, aby wnieść swój wkład w zrównoważone wykorzystanie i oszczędność zasobów tworzyw sztucznych.
Wraz z uruchomieniem platformy Chainge w 2023 r. program recyklingu został rozszerzony o sześć tworzyw konstrukcyjnych. Tutaj zużyte plastikowe surowce wtórne można szybko i łatwo zarejestrować w celu zwrotu. Jednocześnie platforma oferuje rynek cyfrowy, który umożliwia dostęp do wybranych recyklatów.
Źródło: Fraunhofer IWKS
