Cheminis plastiko perdirbimas – tinkamas kovos su plastiko tarša sprendimas?

Naftos, dujų ir chemijos industrijos teigia, jog cheminis perdirbimas galėtų būti tinkamas kovos su plastiko tarša sprendimas, kol kas neturėdami tam pakankamų įrodymų. Nepaisant to, jog plastiko repolimerizacijos galimybės nėra pakankamai ištirtos, o pasekmės nežinomos, cheminio perdirbimo terminas naudojamas žaliajam smegenų plovimui, toliau skatinant vartojimą.

Pasaulinis aljansas, siekiantis atrasti alternatyvų atliekų deginimui (ang. “Global Alliance for Incinerator Alternatives”, o trumpinys “GAIA”), paruošė techninę ataskaitą bei ją paaiškinančią santrauką apie cheminio perdirbimo technologijas, jo toksiškumą, poveikį aplinkai, esamas technines, finansines ir žiediškumo (ang. “circularity”) galimybes.

Mechaninis perdirbimas ir atliekų deginimas

Prieš pradedant kalbėti apie cheminį perdirbimą, verta prisiminti kitus vienintelius (be sąvartynų) tvarkymosi su plastiko šiukšlėmis procesus: mechaninį perdirbimą ir atliekų deginimą.

Mechaninis perdirbimas susideda iš keletos veiksmų ir nepaisant to, jog reikalauja mažiau energijos nei cheminis perdirbimas, jos reikia pakankamai daug. Mechaniniu perdirbimu siekiama pakeisti iš iškastinio kuro pagamintą plastiką (virgin plastic), bet tam tikrų plastikinių šiukšlių kokybės skirtumai ir užterštumas sukelia rimtų perdirbimo sunkumų (ypač kalbant apie plastikinę pakuotę). Net atliekant tinkamus paruošimo veiksmus, nešvarumai ir toksinės medžiagos, esančios tiek pačiam plastike, tiek ateinančios iš išorės, išlieka. Dėl šios priežasties ieškoma inovatyvių valymo sprendimų.

Kitaip nei cheminis perdirbimas (kuris siekia suskaidyti polimerus į monomerus – smulkesnius plastiko blokus), mechaninis perdirbimas polimerus siekia išlaikyti. Vis dėlto praktikoje polimerų ilgis sumažėja ir to rezultatas – prastesnės kokybės produktai nei pirminis plastikas. Tai vadinama perdirbimu į prastesnę kokybę (downcycling) arba ribotų perdirbimų procesas (open-loop recycling), nes apriboja galimybes, kiek perdirbtas plastikas gali pakeisti iš iškastinio kuro pagamintą plastiką.

Nepaisant trūkumų, mechaninis perdirbimas yra aplinkosaugiškai geresnis variantas nei cheminis perdirbimas dėl mažesnių energijos sąnaudų, mažesnio CO2 pėdsako ir dėl ne tokio didelio kiekio proceso metu sukuriamų užterštų šalutinių produktų.

Atliekų deginimas yra pats paprasčiausias būdas depolimerizuoti plastiką. Jo tikslas yra visiškai sudeginti žaliavas (kitaip nei cheminio perdirbimo metu). Deginimo rezultatas: pelenai, CO2 ir vandens garai. Naudojant maišytas šiukšles, pelenai gali būti be galo toksiški. Atliekų deginimas yra destruktyvus procesas ir jo pagamintų produktų molekulės yra energetiškai nenaudingos nei kuro, nei naujo plastiko gamybai.

Atsižvelgiant į mechaninio perdirbimo trūkumus ir atliekų deginimo destruktyvumą, nieko keisto, jog cheminis perdirbimas gali būti svarstomas kaip geras sprendimas plastiko taršai.

Cheminio perdirbimo technologijos

Cheminis perdirbimas apima technologijas, kurios plastiko šiukšles paverčia polimerais (naujo plastiko gamybai) arba kuru, naudodami karštį, spaudimą, katalizatorius ir/ar tirpiklius bei nedidelį kiekį deguonies.

Pirolizė ir dujinimas (gazifikacija) naudoja karštį bei jokio ar ribotą kiekį deguonies suskaidyti plastiką taip, kad jis neužsidegtų. Nepaisant to, jog abu būdai gali perdirbti polimerų mišinius (skirtingo tipo plastikus), jie paruošia blogos kokybės produktus: nešvarią, dyzelino tipo alyvą (pirolizė) ir žemos kokybės dujas su didele vandenilio ir smalkių koncentracija (dujifikacija).

Palyginimui, atliekų deginimas naudoja karštį ir didelį kiekį deguonies, bet galutinis produktas negali būti panaudojamas naujo plastiko gamybai. Pirolizės ir dujifikacijos produktai iš esmės gali būti panaudojami naujo plastiko gamybai, bet tam reikalauja papildomo cheminio perdirbimo ir energijos.

Solvolizė pašalina nešvarumus, esančius plastike, neskaidydama jo į polimerus. Ji dažniausiai naudojama maišyto plastiko atskyrimui arba tam tikrų polimerų atskyrimui nuo sudėtinių plastikinių gaminių. Tai yra kelių etapų procesas, prasidedantis nuo dažų, teršalų bei kitų dalelių atskyrimo ir pasibaigiantis filtracija, fazės ekstrahavimu ir dominančio polimero nusodinimu, naudojant kietiklį (priešingą medžiagą tirpikliui). Tirpiklio pasirinkimas yra labai specifiškas žaliavai. Pačio proceso metu polimerų kokybė sumažėja ir perdirbimo kartų kiekis yra ribotas – panašiai kaip ir mechaninio perdirbimo metu.

Kiti depolimerizacijos procesai išskaido plastiko šiukšles į “skysčio vonias”, kad būtų pagaminami oligomerai ir monomerai. Vonios susideda iš vieno tipo ar kelių tipo skysčių (vandens, metanolio, glikolio, rūgšties ir kt.). Šiuos procesus dažniausiai lydi aukšta temperatūra, spaudimas ir/ar katalizatoriai. Tai yra patys naujausi cheminio perdirbimo procesai bei apie jų gaminių kokybę ir reikalaujamos energijos kiekius dar žinoma mažai.

Kiekvienas įrenginys gali susitvarkyti tik su vieno tipo polimeru (iš esmės vieno tipo plastiku), kas sumažina jo lankstumą ir efektyvumą bei reikalauja aukšto lygio atliekų rūšiavimo technologijų žaliavos paruošimui.

Skirtumas tarp plastiko pavertimo kuru ir cheminio perdirbimo

Šiais būdais išgaunamos alyva ir dujos gali būti arba sudeginamos kaip purvinas kuras arba toliau apdorojamos naujo plastiko gamybai. Nors kai kurios įmonės stengiasi sukurti polimerus (plastiko blokus), dažniausiai ši alyva ir dujos yra sudeginami vietoje, nes norint pagaminti plastiką, reiktų tinkamo išvalymo bei pagerinimo. Plastiko pavertimas kuru nepakeičia iš naftos pagaminto plastiko (virgin plastic) ir dėl to tai negali būti skaitoma perdirbimu bei žiedinės ekonomikos dalimi.

Deginant šią alyvą ir kurą, patiriame panašias aplinkosaugines pasekmes kaip ir naudojant iškastinį kurą.

Informacijos ir skaidrumo trūkumas

Šiuo metu žymiai trūksta informacijos, kaip šios technologijos veiktų realiame pasaulyje. Dauguma tyrimų įgyvendinta laboratorijose arba nedideliais mąstais, susikoncentruojant į tai, kad procesas veiktų, o ne į pasekmes aplinkai. Priežastys gali būti tokios, jog atsiranda papildomų iššūkių, kai bandoma naudoti maišytas ir nestandartines žaliavas ir kai norima padidinti mastus.

O tirpikliais ir enzimais pagrįsti procesai yra tik ankstyvoje vystymo stadijoje (palyginus su pirolize ir dujifikacija), ir trūksta informacijos ne tik apie jų veikimą, bet ir apie jų efektyvumą ir toksiškumą, ypač kalbant apie tvarkymąsi su tirpikliais po naudojimo.

Toksiškumas, poveikis aplinkai

Nepaisant duomenų trūkumo, esami tyrimai rodo, jog plastiko pirolizė ir dujifikacija skleidžia toksines medžiagas. Kai kurie toksiški plastike esantys priedai ir teršalai – tokie kaip bisfenolis A (BPA), kadmis, benzenas, bromuotos medžiagos, pfalatai, švinas, alavas bei nestabilios organinės medžiagos (VOC), jau yra uždraustos vyriausybių. Cheminio perdirbimo metu jie nėra sėkmingai išfiltruojami bei prasiskverbia į galutinius ir šalutinius produktus. Kitos toksinės medžiagos, kurios susiformuoja proceso metu, yra benzenas, toluenas, formaldehidas, vinilchloridas, vandenilio cianidas, polibrominti difenileteriai (PBDEs), policikliniai aromatiniai angliavandeniai (PAHs – potencialūs mutogenai ir karcinogenai), aukštos temperatūros derva ir kt.

Toksinės medžiagos yra randamos įvairiuose galutiniuose produktuose: alyvoje, dujose, liekanose (char*), išskiriamame ore, pelenuose ir skystose nuotekose. Pirolizės metu sukuriama alyva yra daug labiau užteršta kietaisiais likučiais, dioksinu ir PAHs nei įprastas dyzelis. Ši alyva reikalauja rimto valymo, kad būtų naudojama kaip kokybiški degalai, nes ji sukuria didesnius kiekius azoto oksido, suodžių, anglies monoksido ir dioksido, lyginant su dyzeliu standartiniame variklyje. Toksinių medžiagų išvalymas yra sudėtingas ir brangus bei sukuria papildomas toksines šiukšles.

(*Liekanos (char) yra kažkas panašaus į pelenus, bet ne visai – tai yra apdegusios ir nesuirusios liekanos, priemaišos, šiukšlės).

Dėl ekonominių ir norminių sumetimų, cheminio perdirbimo operacijos yra vykdomos ten pat, kur ir kiti naftos ir chemijos pramonių gamybiniai veiksmai, o tai sukelia dar didesnių aplinkosauginių pasekmių visuomenėms, kurios ir taip jau labiau kenčia nuo aplinkosauginių problemų.

Energijos, anglies sąnaudos

Cheminis perdirbimas reikalauja didelių energijos sąnaudų- išoriškai paduodamo karščio ar/ir spaudimo, net jei dalis energijos sukuriama sudeginus žaliavas. Be karščio ir spaudimo dar reikia energijos paruošti šiukšles, pašalinti nešvarumus ir pagerinti produktus. Jokie cheminio perdirbimo procesai nėra šiuo metu save palaikantys ir mažai tikėtina, jog tai pasikeis per artimiausią dešimtmetį. Dar daugiau energijos reikia polimerizacijos procesui, norint pagaminti naują plastiką.

Neskaičiuojant aglies dvideginio išskyrimo, kai naudojami išoriniai energijos resursai, cheminis perdirbimas pats savaime sugeneruoja nemažus kiekius CO2. Tai ypač galioja dujifikacijai.

Iš esmės didžioji dalis dabartinio plastiko yra pagaminama iš iškastinio kuro. Deginant bet kokius cheminio perdirbimo produktus – alyvą, dujas ar liekanas – bus išskiriama tiek pat CO2 kaip ir tiesiogiai deginant plastiką. Plastiko gamyba, jo šiukšlių apdorojimas cheminiu perdirbimu ir, galiausiai, pagamintų produktų deginimas (vietoj kito kuro) – didelis cheminio perdirbimo CO2 pėdsakas.

Vartojimo skatinimas

Nepaisant šiltnamio efekto dujų išskyrimo, cheminis perdirbimas, be to, toliau skatina plastiko vartojimą. Iki 2025 m. plastiko industrija planuoja padidinti savo gambybos apimtis trečdaliu. Vietoj to, kad ribotų gamybą arba skatintų žiediškumą, cheminis perdirbimas suteikia galimybę sukurti daugiau plastiko šiukšlių.

Techniniai išsūkiai

Nors pirolizė bei dujifikacija yra pakankamai gerai suvokiami procesai, naudojant anglis ir medį, tai tampa problematiška su stipriai užterštomis ir maišytomis plastiko šiukšlėmis. Procesų metu pagaminta alyva ir dujos taip pat yra stipriai užterštos bei jų kokybė žema. Norint pakelti kokybę iki naudojimui tinkamo standarto, reikia rimto išvalymo ir produktų pagerinimo. Nemažai akademinių ir industrijos atstovų pripažino, jog nėra pakankamo cheminio perdirbimo ekonominio potencialo.

Tirpikliais pagrįstos technologijos yra dar mažiau išvystytos. Pasak iki šiol atliktų ir aprašytų laboratorinių testų bei pilotinių bandymų, susidurta su tokiais sunkumais: reikia didelio kiekio energijos, operaciniai kaštai yra aukšti, sukeliamas nemažas neigiamas poveikis aplinkai, galutiniuose produktuose ir tirpikliuose lieka toksinės medžiagos. Pastaroji problema buvo vienintelės pasaulyje komerciniu mastu veikusios solvozilės gamyklos uždarymo Italijoje priežastis.

Mažas pelningumas

Nepaisant to, jog tik plastiko šiukšlių apdorojimas dujifikacija ir pirolize dar sąlyginai naujas, namų ūkio šiukšlės, turinčios sudėtyje plastiko, šiais metodas tvarkomos jau nuo 1950 metų. Dešimtmečius pastangos maišytas šiukšles paversti kuru, naudojant šiuos metodus, baigdavosi rimtais nesklandumais visame pasaulyje: gaisrais, sprogimais ir finansiniais nuostoliais. Iki 2017 m. jau buvo išvaistyta bent 2 milijardai dolerių sustabdytiems ar nepavykusiems projektams. Priežastys buvo: netinkami pajamų modeliai, nesklandumai siekiant leidimų, aukšti veikimo kaštai ir kt.

Plastiko-į-plastiką repolimerizacija reikalauja tinkamo vartotojų plastiko šiukšlių išrūšiavimo ir valymo, didelių energijos resursų ir rimto galutinių produktų taršos sumažinimo bei pagerinimo. To rezultatas – dideli kaštai bei maži gamybiniai pajėgumai, o galiausiai – maža tikimybė tokiam plastikui konkuruoti su iš naftos pagamintu plastiku (virgin plastic).

Ribotas žiediškumas

Nepaisant to, kokios technologijos naudojamos, procesas negali būti vadinamas perdirbimu, jei gaminiai yra sudeginami. Kitaip nei plastiko-į-plastiką repolimerizacija, kuri pagamina naują plastiką bei sumažina iškastinio kuro paklausą, plastiko pavertimas kuru nesumažina plastiko gamybos ir naudojimo pasekmių aplinkai. Europos Sąjungos Atliekų tvarkymo direktyva (2018/851) neįtraukia plastikas-į-kurą į plastiko perdirbimo terminą.

Net naudojant pačias pažangiausias šiuometines plastikas-į-plastiką technologijas, labai nedidelė dalis plastiko atliekų patampa monomerais; dauguma yra prarandama proceso metu arba sudeginama. Repolimerizacijos veiksmingumas vis dar turi būti įrodytas ir reikia griežtos teršalų, šiltnamio dujų, likučių reguliacijos (plius kitos problemos). Kol tokių reguliacijų nėra, mechaninis perdirbimas veikia kaip gerai patikrintas perdirbimo pasirinkimas, sukuriantis mažiau teršalų ir paliekantis mažesnį anglies dvideginio pėdsaką.

Išvados

  1. “Cheminio perdirbimo” metu į aplinką patenka kenksmingi chemikalai. Plastiko sudėtyje yra įvairių cheminių medžiagų, o kaitinant jį aukšta temperatūra, jų sukuriama dar daugiau. Toksiškos medžiagos randamos tiek galutiniuose, tiek šalutiniuose produktuose. Į aplinką jos išleidžiamos per orą ar toksiškus likučius, ypač jei produktai sudeginami.
  2. “Cheminis perdirbimas” turi žymų anglies dvideginio pėdsaką. Procesai reikalauja daug išorinės energijos. Nepaisant šiltnamio dujų išskyrimo proceso metu bei deginant produktus, cheminis perdirbimas taip pat toliau neigiamai veikia aplinką, nesumažindamas plastiko, gaminamo iš iškastinio kuro, paklausos.
  3. “Cheminio perdirbimo” veikimas stambiu mastu dar neįrodytas. Cheminis perdirbimas dar neparuoštas plačiam komerciniam naudojimui bei negali užimti reikšmingos vietos, kovojant su plastiko tarša. Komercinio masto veikla yra reta, gamyklos susiduria su technologiniais iššūkiais kiekvieno etapo metu: nuo žaliavos paruošimo iki alyvos bei dujų valymo ir gerinimo. Skysčiais pagrįstos technologijos yra dar mažiau išsivysčiusios nei pirolizė ir dujifikacija.
  4. “Cheminis perdirbimas” nėra konkurencingas rinkoje. Šioje industrijoje netrūko rimtų nesėkmių. Tiek plastiko-į-kurą, tiek plastiko-į-plastiką procesai reikalauja brangių energijos išteklių. Galutiniai produktai negali konkuruoti su iškastinio kuro polimerais.
  5. “Cheminis perdirbimas” neturi vietos žiedinėje ekonomikoje. Dauguma atvejų galutiniai produktai yra sudeginami kaip kuras. Net esant pažangiausioms technologijoms, labai nedidelė dalis plastiko atliekų patampa nauju plastiku. Cheminis perdirbimas negali tapti žiedinės ekonomikos dalimi tol, kol jis negebės pakeisti iš iškastinio kuro pagaminto plastiko (virgin plastic).

Visuomenėje, kurioje skubiai reikia pajudėti iš iškastiniu kuru pagrįstos ekonomikos į žiedinę, cheminis perdirbimas yra tik dėmesio nukreipimas nuo problemos. Zero waste strategijos, kurios skatina plastiko gamybos ir vartojimo mažinimą, yra daug geriau išvystytos ir tinkamos.

Šaltiniai:

  1. GAIA, 2020. Chemical Recycling: Distraction, Not Solution.
  2. Rollinson, A., Oladejo, J. (2020). Chemical Recycling: Status, Sustainability, and Environmental Impacts. Global Alliance for Incinerator Alternatives. doi:10.46556/ONLS4535

One thought on “Cheminis plastiko perdirbimas – tinkamas kovos su plastiko tarša sprendimas?”

Comments are closed.