Wie sich Plastik zersetzt
Die durchschnittliche Zersetzungszeit von Kunststoffprodukten, die mit verschiedenen Technologien hergestellt wurden, beträgt
Die Hauptsorgen beziehen sich auf die Tatsache, dass Kunststoffe,Im Boden zerfallen sie in kleine Partikel und können Chemikalien, die ihnen während der Produktion zugesetzt werden, an die Umwelt abgeben. Es kann sich um Chlor, verschiedene Chemikalien, beispielsweise giftige oder krebserregende Flammschutzmittel handeln. Diese Chemikalien können in das Grundwasser oder andere nahegelegene Quellen gelangen, was den Wassertrinkern ernsthaften Schaden zufügen kann.
Darüber hinaus kann der sogenannte biologisch abbaubare Kunststoff bei seiner Zersetzung Methan freisetzen, ein sehr starkes Treibhausgas, das einen erheblichen Beitrag zur globalen Erwärmung leistet.
Beim Aufprall auf Deponien stellt Plastik nicht darpotenziell keine Bedrohung, da die Deponie ein spezielles Ingenieurbauwerk ist, das zum Schutz der Umwelt und der menschlichen Gesundheit geschaffen wurde und die Verschmutzung, einschließlich Boden und Grundwasser, verhindert.
Der Großteil des Schadens wird durch genau das Plastik verursacht, das der Mensch selbst an Orten wegwirft, die dafür nicht vorgesehen sind oder das auf spontanen Deponien landet.
Unternehmen entwickeln jetzt auch neue Wege, um den Zersetzungsprozess von Kunststoff zu beschleunigen, und entwickeln neue Arten biologisch abbaubarer Kunststoffe, die innerhalb von drei bis sechs Monaten zerfallen.
Solche Materialien werden nicht aus Erdölprodukten hergestellt,wie üblich, jedoch aus Stärke, Fetten, Mais oder anderer Biomasse. Um jedoch die Produktion dieser Materialien zu steigern, wird es notwendig sein, die Anbaufläche durch die Reduzierung von Wäldern und anderen Naturzonen zu erweitern.
Arten der Kunststoffverarbeitung
- Körperlich
Mechanisches Recycling
Unter den physikalischen Methoden die gebräuchlichsteist mechanisches Recycling. Das Verfahren besteht darin, Kunststoffmaterialien zu mahlen, zu zerkleinern und zu mahlen, um Rezyklat zu erhalten – ein Polymermaterial, das anschließend zur Herstellung anderer Kunststoffprodukte verwendet wird.
Im ersten Schritt wird der Abfall nach Sorten sortiertKunststoff, der Zustand des Materials und der Verschmutzungsgrad. Anschließend durchläuft das Material eine Vorzerkleinerungsstufe. Anschließend wird der Kunststoff erneut sortiert, gewaschen und getrocknet und anschließend in thermischen Anlagen zu einer Schmelze gleichmäßiger Konsistenz – Rezyklat – verarbeitet.
Anschließend wird das bereits geschmolzene Materialwerden einem Extruder zugeführt, um Zwischengranulate oder direkt Folgeprodukte zu bilden. Zur Durchführung des Verfahrens werden Brecher und Granulieranlagen eingesetzt.
- Chemisches Recycling
Als Ergebnis dieser Methode entstehen KunststoffeEs entstehen neue Materialien. Durch chemisches Recycling werden Polymermoleküle verarbeitet, wodurch neue Strukturen entstehen, die anschließend als Rohstoffe für die Herstellung neuer Produkte verwendet werden.
Viele große internationale Unternehmen wie zAdidas, Unilever, P&G, Danone und Interface investieren aktiv in die Entwicklung dieses Bereichs. Es basiert auf dem Prozess der Depolymerisation oder chemischen Zerstörung des Polymerbindemittels.
Als Ergebnis des Prozesses entsteht ein fertigesWertstoffe wie neue Kunststoffe (Polymere), Monomere zur Herstellung neuer Kunststoffe, Naphtha zur Herstellung neuer Kunststoffe und Chemikalien, Basischemikalien wie Methanol, Treibstoffe für Flugzeuge und Autos, Wachse für Kerzen und Buntstifte, synthetisches Rohöl ...
Der Vorteil der chemischen Methode istDie Möglichkeit, Kunststoff bei der Trennung für das mechanische Recycling zu recyceln, ist entweder wirtschaftlich ineffektiv oder technisch unmöglich. Am häufigsten wird die Methode zum Recycling von kontaminiertem Material eingesetzt.
Hydrolyse und Glykolyse
Während der Hydrolyse interagiert Kunststoff mit Wasser in einer sauren, alkalischen oder neutralen Umgebung. Als Ergebnis wird das Material depolymerisiert und in Monomere zerlegt.
Solvolyse
Am häufigsten wird die Solvolyse eingesetztdurch chemisches Recycling und wird unter Verwendung einer breiten Palette von Lösungsmitteln, Temperaturen, Drücken und Katalysatoren wie überkritischem Wasser und Alkoholen realisiert.
Alkalische Salze wirken als Katalysator.Metalle. Im Vergleich zur Pyrolyse erfordert der Solvolyseprozess niedrigere Temperaturen. Der Prozess erzeugt wiedergewonnene Fasern und eine Chemikalie, die dann kommerziell verwendet werden können.
Methanolyse
Die Methode basiert auf der Spaltung von Kunststoff, wennVerwendung von Methanol in Tanks mit hohen Temperaturen. Das Verfahren verwendet Katalysatoren wie Magnesiumacetat, Kobaltacetat und Bleidioxid.
Thermokatalyse
In Russland wurde ein Recyclingverfahren entwickeltKunststoff zu flüssigen Kraftstoffkomponenten mithilfe eines Einmalkatalysators auf Basis von Schlamm aus einigen metallurgischen Industrien. Der Kunststoffabfall wird zunächst zerkleinert und gelangt dann unter Zugabe eines Katalysators in einen Reaktor, wo die Mischung auf über 400 °C erhitzt wird.
Die resultierende MischungKohlenwasserstoffe werden als fertiges Heizöl der Verbrennung zugeführt, das auch als Weichmacher für einige Bestandteile der Straßenoberfläche wirken kann. Anschließend kann das Produkt zu Benzin, Diesel und Heizöl weiterverarbeitet werden.
Der Vorteil der Methode ist geringEnergieverbrauch, und zu den Nachteilen gehört die Komplexität der Steuerung des Prozesses und der technologischen Ausrüstung aufgrund der Notwendigkeit, den Prozess unter hohem Druck durchzuführen.
- Thermal
Die Mechanismen der thermischen Zerstörung von Polymeren werden nach dem Sauerstoffgehalt in verschiedene Typen eingeteilt: Pyrolyse, Methanolyse, Vergasung, Verbrennung.
Pyrolyse
Pyrolyse ist eine der effektivsten, abergleichzeitig teure Methoden der Kunststoffverarbeitung. Bei der Pyrolysemethode werden Abfälle unter hohen Temperaturen in speziell ausgestatteten Kammern ohne Zugang zu Sauerstoff verarbeitet. Durch den chemischen Prozess entstehen Gas, Wärmeenergie und Heizöl.
Bei der Spaltung von Kunststoffabfällen durch Pyrolyse fällt eine Benzinfraktion an, die bis zu 80 % der Masse des Einsatzstoffes erreichen kann.
Der Prozess beinhaltet eine thermische ZersetzungKunststoffabfälle bei verschiedenen Temperaturen (300–900 °C) unter Ausschluss von Sauerstoff, was zu einer thermischen Zersetzung und der Freisetzung der im Kunststoff enthaltenen Wasserstoffpartikel führt. Es entstehen eine Reihe von Kohlenwasserstoffen, die als Kraftstoffgrundlagen verwendet werden können.
Pyrolyse zerstört 99% der schädlichen VerbindungenStoffe, aus denen Kunststoff besteht, was ihn zu einer der umweltfreundlichsten Recyclingmöglichkeiten macht, aber viel Energie benötigt.
Vergasung
Beim Vergasen von unsortiertem SchmutzMaterialien bilden synthetisches Gas, das anschließend sowohl für den Aufbau neuer Polymere als auch für die Erzeugung von thermischer und elektrischer Energie, Methanol, Strom, Futterproteinen und verschiedener Biomasse verwendet werden kann.
Abfall wird mit einem Plasmastrom bei . behandeltTemperatur von 1200 ° C, wodurch giftige Substanzen zerstört werden und kein Teer gebildet wird. Anschließend verwandelt sich der Müll in Asche, die oft zu Briketts gepresst und in die Fundamente von Gebäuden gelegt wird. Das Vergasungsverfahren hat in Japan besondere Popularität erlangt.
Der Hauptvorteil des Verfahrens ist die Möglichkeit, Kunststoff ohne Sortierung zu verarbeiten. Zu den Nachteilen gehört eine hohe Wahrscheinlichkeit der Emission schädlicher Gase in die Atmosphäre.
Experimentelle Methoden
- Depolymerisation
Die thermische Depolymerisation ist eine derexperimentelle physikalische und chemische Methoden. Es basiert auf einem Pyrolyseprozess mit Wasser. Durch die thermische Depolymerisation erhält man sowohl ein für die Herstellung synthetischer Kraftstoffe geeignetes Kohlenwasserstoffgemisch als auch neue Kunststoffe.
Bei der Depolymerisation werden Monoplastiken wiePET-Flaschen werden wieder in Monomere gespalten, die zu neuen PET-Materialien recycelt werden können. Die thermische Depolymerisation ermöglicht die Verarbeitung von gemischten Kunststoffen, erzeugt jedoch potenziell gefährliche Nebenprodukte.
- Strahlung
Die Bestrahlungsmethode basiert auf der Verwendung vonhochenergetische Strahlung zur Zerstörung der Polymermatrix, während die physikalischen Eigenschaften des Füllstoffs unverändert bleiben. Es wird davon ausgegangen, dass diese noch experimentelle Methode in Zukunft die Hauptmethode für das Recycling von verstärktem Kunststoff darstellen wird.
Zu den Nachteilen des Verfahrens gehört eine erhöhte Strahlenbelastung für Mensch und Umwelt. Außerdem werden nur dünnschichtige Kunststoffe recycelt.
- Zersetzung durch Mikroben aus dem Magen von Kühen
Forscher in Österreich haben herausgefunden, dass Bakterien aus dem Pansen einer Kuh, einem der vier Magenabschnitte, Plastik abbauen können.
Wissenschaftler schlugen vor, dass solche Bakterien nützlich sein könnten, weil Kühe natürliche Pflanzenpolyester in ihrer Ernährung haben: Sie ähneln in ihrer Struktur Plastik.
Die Autoren der Arbeit betrachteten drei Arten von Polymeren:PET, PBAT und Polyethylenfuranoat. Die Ergebnisse zeigten, dass alle drei Kunststoffe von Mikroorganismen aus den Mägen von Kühen abgebaut werden können, wobei Kunststoffpulver schneller abgebaut werden als Kunststofffolien.
- Larvalzersetzung
Das Problem der Kunststoffkontamination kannmit Hilfe von in Korea weit verbreiteten Käfern gelöst. Käferlarven aus der Ordnung Coleoptera (Plesiophthophthalmus davidis) können Polystyrol abbauen. Die Darmflora des Insekts kann oxidieren und die Oberflächeneigenschaften der Styroporfolie verändern.
- Wiederverwendung
In Form von Polyurethanschaum
Neuseeländische Wissenschaftler haben eine Methode entwickelt, um biologisch abbaubare Kunststoffmesser, -löffel und -gabeln in Schaumstoff umzuwandeln, der als Wandisolierung oder in Schwimmkörpern verwendet werden kann.
Als Experiment platzierten Wissenschaftler KantinenGeräte in einer speziellen Kammer, die mit Kohlendioxid gefüllt ist. Durch Änderung des Druckniveaus beobachteten die Forscher, wie sich Kohlendioxid im Inneren des Kunststoffs ausdehnte und Schaum erzeugte, und später erhielten die Wissenschaftler Schaum.
Jedes Mal, wenn Plastik recycelt wirdverliert etwas an Kraft. Für Schaum ist dies jedoch nicht wichtig: In vielen Anwendungen wird keine Festigkeit von ihm verlangt. Dieses Material wird als Wanddämmung oder in Schwimmkörpern verwendet.
Als Vanillin
Schottische Wissenschaftler haben eine einzigartige Methode zum Recycling von Plastikmüll entwickelt. Mit Hilfe gentechnisch veränderter Bakterien wurde daraus Vanillinaroma hergestellt.
Zwei Forscher der University of Edinburgh inSchottland hat gentechnisch veränderte Bakterien, um Terephthalsäure in Vanillin umzuwandeln. Tatsache ist, dass beide Stoffe eine ähnliche chemische Zusammensetzung haben. Infolgedessen müssen Bakterien nur geringfügige Änderungen in der Anzahl der Wasserstoff- und Sauerstoffatome vornehmen, die mit demselben Kohlenstoffgerüst verbunden sind.
In Form von Kraft- und Schmierstoffen
Wissenschaftler in den Vereinigten Staaten haben einen Weg gefunden, Kunststoffe in nützliche Materialien umzuwandeln. Sie können sofort als Jet- oder Dieselkraftstoff und Schmiermittel verwendet werden.
Forscher des Zentrums für Innovation auf diesem GebietKunststoff an der Universität von Delaware (CPI) in den USA hat eine direkte Methode zur Umwandlung von Einweg-Kunststoffverpackungen (Beutel, Joghurtverpackungen, Plastikflaschen, Flaschenverschlüsse und andere) zur Verwendung als Jet- oder Dieselkraftstoff und Schmiermittel entwickelt.
Die Forscher verwendeten einen neuen Katalysator undein einzigartiges Verfahren zur schnellen Zerstörung von schwer zu verarbeitenden Kunststoffen - Polyolefinen. Sie machen 60–70% aller heute produzierten Kunststoffe aus.
Probleme beim Kunststoffrecycling
Die größte Herausforderung beim Recycling von KunststoffAbfall liegt in den hohen Kosten für die Sammlung und Verarbeitung von Materialien – Kunststoffe liegen selten in „reiner“ Form vor und sind meist eine Kombination verschiedener Arten von Polymeren.
Zusammen mit einer Kontamination des eingehenden MaterialsDies macht den Sortier- und Reinigungsprozess arbeitsintensiv und kostspielig. Darüber hinaus wird das System der organisierten Abfallsammlung und -verwertung nur in einer begrenzten Anzahl von Ländern umgesetzt.
Daher wird der Großteil des Plastikmülls nicht recycelt und in die Umwelt geworfen oder, in einem organisierteren Ansatz, verbrannt.
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