Як розкладається пластик
Середній час розкладання пластмасових виробів, створених за різними технологіями,
Основні побоювання пов'язані з тим, що пластмаси,потрапляючи в землю, розпадаються на дрібні частинки і можуть викидати в навколишнє середовище хімічні речовини, додані в них при виробництві. Це може бути хлор, різні хімікати, наприклад, токсичні або канцерогенні антівоспламенітелі. Ці хімічні речовини можуть просочитися в грунтові води або інші найближчі джерела, що може завдати серйозної шкоди тим, хто п'є цю воду.
Крім того, так званий біорозкладаний пластик в міру розкладання може вивільняти метан, який є дуже сильним парниковим газом, що вносить істотний внесок в глобальне потепління.
При попаданні на полігони пластик не представляєпотенційно ніякої загрози, так як полігон - спеціальне інженерна споруда, яка створюється для захисту навколишнього середовища і здоров'я людини та перешкоджає забрудненню в тому числі грунту і підземних вод.
Більшість шкоди завдає саме той пластик, який викидає сама людина в непередбачених для цього місцях або який виявляється на стихійних звалищах.
Також компанії сьогодні розробляють нові способи прискорити процес розкладання пластику та вигадують нові види біорозкладних пластиків, які розпадаються за три-шість місяців.
Такі матеріали робляться не з нафтопродуктів,як звичайні, а з крохмалю, жирів, кукурудзи або інших біомас. Але для збільшення виробництва цих матеріалів доведеться розширювати посівні землі за рахунок скорочення лісів та інших природних зон.
Види переробки пластику
- фізичний
механічний рециклинг
Серед фізичних методів найпоширенішимє механічний рециклінг. Спосіб полягає у подрібненні, дробленні та перетиранні пластикових матеріалів для отримання рециклату — полімерного матеріалу, що згодом використовується для виготовлення інших пластмасових виробів.
На першому етапі відходи сортують за типомпластику, стану матеріалу та ступеня забрудненості. Потім матеріал проходить етап попереднього подрібнення. Згодом пластмасу знову сортують, миють і висушують, а потім обробляють в термічних установках для отримання розплаву однорідної консистенції - рециклату.
Згодом вже розплавлений матеріалвідправляють в екструдер для формування проміжних гранул або безпосередньо вторинної продукції. Для здійснення процесу використовуються дробарки і грануляційні установки
- хімічний рециклинг
В результаті цього методу з пластмасформуються нові матеріали. Хімічний рециклінг використовується для переробки полімерних молекул, в результаті якого утворюються нові структури, які згодом використовуються як сировина для виробництва нових продуктів.
Багато великих міжнародних компаній, таких якAdidas, Unilever, P&G, Danone and Interface, активно інвестують у розвиток цього напряму. В його основі лежить процес деполімеризації або хімічного руйнування полімерного сполучного.
В результаті процесу утворюється готовевторсировину, таке як новий пластик (полімери), мономери для виготовлення нових виробів із пластику, нафта для виробництва нового пластику і хімічних речовин, основні хімікати, такі як метанол, транспортний паливо для авіації і автомобілів, воски для свічок і крейди, а також синтетичну сиру нафту .
Перевагою хімічного методу єможливість переробляти пластик, коли його поділ для механічного рециклінгу або економічно неефективний, або технічно неможливий. Найчастіше метод використовується для переробки забрудненого матеріалу.
Гідроліз і гліколіз
При гідролізі пластик взаємодіє з водою в кислому, лужному або нейтральному середовищі. В результаті відбувається деполимеризация матеріалу і розщеплення на мономери.
сольволізу
Сольволіз є найчастіше використовуванимметодом хімічного рециклінгу та реалізується з використанням широкого діапазону розчинників, температур, тисків та каталізаторів, таких як надкритична вода та спирти.
У ролі каталізатора виступають солі лужнихметалів. У порівнянні з піролізом для процесу сольволізу необхідні більш низькі температури. В процесі утворюються відновлене волокно і хімічна речовина, яка згодом може бути використано для комерційних цілей.
Метаноліз
В основі методу лежить розщеплення пластмаси придопомоги метанолу в резервуарах з високими температурами. В процесі використовуються каталізатори, такі як ацетат магнію, ацетат кобальту і діоксид свинцю.
Термокаталіз
У Росії розроблено процес утилізаціїпластику в компоненти рідкого палива з використанням каталізатора разової дії на основі шламів деяких металургійних виробництв. Спочатку пластмасові відходи подрібнюються, а потім додаванням каталізатора надходять в реактор, де суміш нагрівається понад 400 °C.
Отримана в результаті реакції сумішвуглеводнів подається на спалювання як готове котельне паливо, яке також може працювати в якості пластифікатора деяких компонентів дорожнього покриття. Згодом продукт може бути перероблений з метою отримання бензину, дизеля і мазуту.
Перевагою методу є низькаенергоспоживання, а з недоліків виділяється складність контролю процесу і технологічного обладнання через необхідність вести процес при високому тиску.
- термічний
Механізми термічної деструкції полімерів класифікуються за вмістом кисню на кілька видів: піроліз, метаноліз, газифікація, спалювання.
піроліз
Піроліз є одним із найефективніших, алепри цьому дорогих способів переробки пластику. При використанні методу піролізу відходи обробляються під впливом високих температур спеціально обладнаних камерах без доступу кисню. В результаті хімічного процесу утворюються газ, теплова енергія та мазут.
При розщепленні пластикових відходів методом піролізу отримують бензинову фракцію, яка може досягати до 80% від маси вихідної сировини.
Процес має на увазі термічне розкладанняпластикових відходів при різних температурах (300-900 ° C) в умовах відсутності кисню, в результаті чого відбувається термічне розкладання і вивільнення частинок водню, що містяться в пластиці. Утворюється ряд вуглеводнів, які можна використовувати як основи паливних речовин.
Піроліз руйнує 99% шкідливих складеніречовин, які входять до складу пластика, що робить його одним з найбільш екологічних варіантів переробки відходів, проте вимагає великої кількості енергії.
газифікація
При газифікації з несортованого брудногоматеріалу утворюють синтетичний газ, який згодом може бути використаний як для будівництва нових полімерів, так і для формування теплової та електричної енергії, метанолу, електрики, кормових білків та різної біомаси.
Відходи обробляються потоком плазми притемпературу 1 200 ° C, завдяки чому руйнуються токсичні речовини і не утворюється смоли. Згодом сміття перетворюється на попіл, який часто пресують у брикети і закладають у фундамент будівель. Метод газифікації набув особливої популярності в Японії.
Головним достоїнством методу є можливість переробляти пластик без сортування. Серед недоліків відзначається висока ймовірність викиду шкідливих газів в атмосферу.
експериментальні методи
- деполимеризация
Термічна деполимеризация є одним зекспериментальних фізико-хімічних способів. Він побудований на процесі піролізу з використанням води. В результаті термічної деполімеризації отримують як суміш вуглеводнів, придатних для створення синтетичного палива, так і нові пластикові матеріали.
В процесі деполімеризації монопластік начебтоПЕТ-пляшок розщеплюється назад в мономери, які можуть бути перероблені в нові ПЕТ-матеріали. Термічна деполимеризация дозволяє переробляти змішані види пластиків, проте створює потенційно небезпечні побічні продукти.
- радіаційний
Радіаційний метод заснований на використаннівисокоенергетичного випромінювання для руйнування полімерної матриці, при цьому фізичні характеристики наповнювача залишаються незмінними. Передбачається, що в майбутньому цей все ще експериментальний метод ставить основним способом утилізації армованого пластику.
Серед недоліків процесу виділяють підвищену радіаційне навантаження на людину і навколишнє середовище. Більш того, утилізації піддаються тільки тонкошарові пластики.
- Розкладання мікробами з шлунка корів
Дослідники з Австрії виявили, що бактерії з рубця корови, одного з чотирьох відділів її шлунка, можуть руйнувати пластик.
Вчені припускали, що такі бактерії можуть бути корисні, оскільки в раціоні корів є натуральні рослинні поліефіри: вони схожі за структурою з пластиком.
Автори роботи розглянули три види полімерів:ПЕТ, PBAT і поліетиленфураноат. В результаті з'ясувалося, що всі три пластмаси можна зруйнувати мікроорганізмами зі шлунків корів, причому пластикові порошки руйнуються швидше, ніж пластикова плівка.
- розкладання личинками
Проблема забруднення пластмасами може бутивирішена за допомогою жуків, широко поширених в Кореї. Личинки жуків із загону жуків (Plesiophthophthalmus davidis) можуть розкладати полістирол. Кишкова флора комахи може окисляти і змінювати поверхневі властивості полістирольної плівки.
- Повторне використання
У вигляді монтажної піни
Новозеландські вчені розробили метод перетворення біорозкладаних пластикових ножів, ложок і виделок в піну, яку можна використовувати в якості ізоляції стін або у флотаційних пристроях.
В якості експерименту вчені помістили столовіприлади в спеціальну камеру, заповнену вуглекислим газом. Змінюючи рівень тиску, дослідники спостерігали, як діоксид вуглецю розширився всередині пластику, створюючи піну, в подальшому вчені отримали і пінопласт.
Кожен раз, коли пластик переробляється, вінтрохи втрачає свою міцність. Але для пінопласту це неважливо: в багатьох областях застосування від нього не вимагається міцності. Цей матеріал використовують в якості ізоляції для стін або у флотаційних пристроях.
У вигляді ваніліну
Шотландські вчені розробили унікальний спосіб переробки пластикових відходів. За допомогою генномодифікованих бактерій його перетворили на ароматизатор ванілін.
Два дослідники з Единбурзького університету вШотландії за допомогою генної інженерії створили бактерії для перетворення терефталевой кислоти в ванілін. Справа в тому, що обидві речовини відрізняються схожим хімічним складом. В результаті бактеріям потрібно лише внести незначні зміни в кількість атомів водню і кисню, пов'язаних з одним і тим же вуглецевим «скелетом».
У вигляді палива і мастильних матеріалів
Вчені з США придумали спосіб переробки пластику в корисні матеріали. Їх відразу можна використовувати в якості реактивного або дизельного палива і мастильних матеріалів.
Дослідники з Центру інновацій в областіпластика при Делаверському університеті (CPI) в США розробили прямий метод перетворення одноразової пластикової упаковки (пакети, упаковки з-під йогурту, пластикові пляшки, кришки від пляшок і інші) для використання в якості реактивного або дизельного палива і мастильних матеріалів.
Дослідники використовували новий каталізатор іунікальний процес для швидкого руйнування важко переробляються пластмас - поліолефінів. На їх частку припадає 60-70% всіх вироблених сьогодні пластмас.
Проблеми переробки пластику
Найбільша складність переробки пластиковихвідходів полягає у високій вартості збору та переробки матеріалів — пластики рідко представлені в «чистому» вигляді і найчастіше є комбінацією з полімерів різних типів.
Разом із забрудненістю матеріалу, що надходитьце робить процес сортування та очищення трудомістким та витратним. Більше того, система організованого збору та переробки сміття здійснюється лише в обмеженій кількості країн.
Таким чином, більшість пластикових відходів не піддається рециклінгу і викидається в навколишнє середовище або за більш організованого підходу — спалюється.
Читати далі
Перший чумний: як зародилася «чорна смерть» і з кого почалася епідемія
Вчені визначили, чому Меркурій має таке велике ядро
Розсекречені розмови загиблого екіпажу «Союз-11»: про що вони говорили перед смертю