Przetwarzanie tworzyw sztucznych nienadających się do recyklingu w cenne substancje chemiczne dzięki zaawansowanej technologii
Każdego roku w Europie powstaje około 18,5 miliona ton odpadów z tworzyw sztucznych. Blisko 70 % z nich nie jest poddawane recyklingowi z przyczyn technicznych i ekonomicznych. Zamiast tego 27 % trafia na wysypiska śmieci, a 42 % kończy w spalarniach odpadów. Nie sposób pominąć szkodliwego wpływu takich praktyk na środowisko, nie wspominając nawet o skutkach w postaci kształtowania pewnych poglądów dotyczących zagadnień gospodarowania odpadami, produktów oraz strategii przeciwdziałania wśród mieszkańców. Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu iCAREPLAST miał na celu znalezienie rozwiązań tych problemów związanych z gospodarowaniem odpadami z tworzyw sztucznych w Europie, a także opracowanie przystępnego cenowo i efektywnego energetycznie procesu recyklingu chemicznego i odzysku tych odpadów. Łącząc pirolizę, obróbkę katalityczną i technologie membran, badaczom skupionym wokół projektu iCAREPLAST udało się przetworzyć odpady z tworzyw sztucznych nienadające się do recyklingu w wartościowe substancje chemiczne, takie jak związki aromatyczne, które są nieodzowne w procesie produkcji polimerów pierwotnych wysokiej jakości. „Opracowane przez nasz zespół innowacyjne podejście ogranicza oddziaływanie odpadów z tworzyw sztucznych na środowisko, a także sprawia, że nie trafiają na wysypiska i do spalarni. Stosowanie tego rozwiązania sprzyja również zrównoważonemu rozwojowi gospodarek dzięki stworzeniu możliwości generowania dochodu ze sprzedaży produktów ubocznych, w tym węgla drzewnego, CO2 i różnych węglowodorów”, podkreśla koordynator projektu José M. Serra, przedstawiciel Hiszpańskiej Krajowej Rady ds. Badań Naukowych (CSIC).
Innowacyjna technologia recyklingu na drodze do komercjalizacji
Prace zespołu koncentrowały się na weryfikacji kluczowych technologii na różnych etapach procesu przetwarzania, począwszy od wstępnej obróbki odpadów z tworzyw sztucznych po pirolizę, obróbkę katalityczną i membranową separację molekularną. Znacząca część prac skupiła się na opracowaniu zaawansowanych systemów sterowania opartych na sztucznej inteligencji, odpowiedzialnych za poszczególne linie przetwórcze oraz cały zakład. „Jednym z najważniejszych kamieni milowych było opracowanie, zainstalowanie oraz przetestowanie w warunkach przemysłowych określonych jednostek procesowych w zakładach Urbaser, przetwarzających odpady z tworzyw sztucznych”, zauważa Laura Almar, członkini zespołu CSIC. Testy w rzeczywistych warunkach miały kluczowe znaczenie z punktu widzenia weryfikacji skalowalności i wykonalności opracowanych technologii. Kolejnym ważnym osiągnięciem było opracowanie procesu spalania tlenowego. Opracowany przez badaczy nowatorski stos ogniw paliwowych oparty na ogniwach z tlenkiem stałym umożliwia zarówno wytwarzanie czystego tlenu na potrzeby procesu utleniania gazów pirolitycznych, ale także wytwarzanie energii elektrycznej i strumienia czystego CO2. Zespół przeprowadził kompleksowe analizy aspektów technicznych i ekonomicznych, a także analizy cyklu życia, które dostarczyły cennych informacji na temat oczekiwań rynkowych oraz parametrów ekonomicznych i środowiskowych procesu opracowanego w ramach projektu iCAREPLAST. Ponadto badacze opracowali narzędzie łączące wskaźniki inżynieryjne związane z eksploatacją rozwiązania z systemem umożliwiającym sterowanie procesami w czasie rzeczywistym, co pozwoliło na zwiększenie dokładności monitorowania i optymalizację wskaźników efektywności i zrównoważonego rozwoju.
Nowe metody recyklingu tworzyw sztucznych
Jak zauważa Almar: „W przeciwieństwie do konwencjonalnych procesów recyklingu mechanicznego, w przypadku którego problem stanowią zanieczyszczenia i względy ekonomiczne, rozwiązanie opracowane w ramach projektu iCAREPLAST wykorzystuje innowacyjne techniki termochemiczne, takie jak piroliza i przemiany katalityczne”. Zastosowanie takiego podejścia umożliwia przetwarzanie odpadów z tworzyw sztucznych nienadających się do recyklingu w substancje chemiczne charakteryzujące się wysoką wartością, a jednocześnie pozwala na utrzymanie śladu węglowego na minimalnym poziomie. Celem projektu iCAREPLAST było zamknięcie obiegu surowców poprzez efektywne przetwarzanie odpadów w wartościowe produkty. Połączenie tego procesu z technologią wychwytywania dwutlenku węgla poprawia jego parametry środowiskowe, umożliwiając odejście od konwencjonalnych procesów odzyskiwania energii. Założeniem projektu jest zwiększenie wydajności wytwarzania cieczy w wyniku pirolizy o 12 % i zmniejszenie zapotrzebowania na energię o 45 %. Zdaniem ekspertów rozwiązanie to przyczyni się do znaczącego ograniczenia wytwarzania odpadów z tworzyw sztucznych - nawet o 95 %, a jednocześnie poprawi wskaźniki ekonomiczne nawet o 200 %. Kolejnym ważnym skutkiem jest znaczący spadek emisji gazów cieplarnianych, sięgający od 58 % do 76 %. Przy uwzględnieniu zastąpienia produktów wtórnych, proces może osiągnąć ujemny poziom emisji netto. Jak zauważa Serra: „Rozwiązania opracowane w ramach projektu iCAREPLAST nie tylko zwiększają ekonomiczną opłacalność recyklingu tworzyw sztucznych, ale także zmniejszają naszą zależność od pierwotnych zasobów kopalnych i wspierają realizację europejskich celów w zakresie recyklingu odpadów. Co więcej, dzięki działaniom w zakresie szkoleń i edukacji, projekt przyczynia się również do szerzenia wiedzy i rozwoju talentów”.
Słowa kluczowe
iCAREPLAST, odpady z tworzyw sztucznych, recykling, piroliza, substancje chemiczne, technologia chemiczna, przemysł przetwórczy, efektywność energetyczna