Главная страница / Полимеры / Технологии / Переработка и утилизация отходов / Экологический имидж упаковкиКарта сайта | Контакты

Экологический имидж упаковки

1 февраля 2007
// Галина ВЛАСОВА, институт металлополимерных систем

Древнейший способ уничтожения мусора – захоронение на свалках или полигонах. Эксплуатация необустроенных свалок, не имеющих элементарных природоохранных сооружений – гидрозащитных экранов, систем сбора и контроля фильтра и т.д., с социальной точки зрения – противопоказана, с природоохранительной – опасна. Полигонный метод обезвреживания ТБО технологически не сложен, однако требует долговременного отчуждения больших земельных площадей, значительных капиталовложений, эксплуатационных и транспортных затрат.

Рис. 6. Классификация технологических методов устранения полимерных отходов

Ктехнологическим методам устранения отходов пластиковой упаковки относится их уничтожение и утилизация (употребление с пользой) (рис. 6). Высокие требования экологической безопасности, предъявляемые к упаковочным материалам, вызвали к жизни новый метод уничтожения полимерных отходов путем их компостирования, т.е. контролируемое саморазложение под действием факторов окружающей среды (микроорганизмов, УФ-излучения, воды и др.).Интенсивные работы в области создания экофильных материалов ведутся с начала 70-х годов. По мнению американских и японских специалистов, технология производства и применения саморазлагающихся полимерных упаковочных материалов (СПУМ) станет одной из приоритетных технологий ХХI века.

Около 10% объема производимых пластмасс будет замещено на их биодеградируемые аналоги. Наиболее перспективны в этом отношении тароупаковочные материалы на основе природного легковоспроизводимого сырья (целлюлозы, крахмала и др.) в сочетании с синтетическими полимерами. Разрабатываются СПУМ, пригодные для вторичной переработки, а также материалы, деструктирующие с образованием компонентов, оказывающих благоприятное корректирующее действие на почвенный состав. Так, саморазлагающийся материал Lean® шведской фирмы Ecolean деструктирует с образованием карбоната кальция, который поступает в почву, снижая ее кислотность.

Таблица 3. Типичные концентрации основных примесей в фотохимическом смоге

Однако целесообразность развития упаковочной индустрии в направлении использования СПУМ в последние десять лет была предметом дискуссий. В отличие от повторно используемых упаковок производство биодеградируемых изделий из полимеров более материало- и энергоемко, поскольку преимущественно это материалы одноразового использования, они не возвращают при утилизации полезной энергии, затраченной на их изготовление.

Во многих случаях не доказано, что полимерные материалы полностью деструктируют на СО2, Н2О и другие безвредные низкомолекулярные продукты. Мелкие кусочки оставшегося полимера и образующиеся при деструкции соединения могут оказать вредное воздействие на окружающую среду, причем опасные последствия от применения биоразлагаемых полимерных материалов, возможно, будут обнаружены спустя десятилетия. С другой стороны, есть риск, что деструкция упаковки начнется до того, как ее содержимое будет использовано. Кроме того, скорость биодеструкции пленок зависит от количества активных микроорганизмов в почве и интенсивности солнечного облучения (в случае фотодеструкции), которые различны для разных районов. Поэтому в развитых странах мира ужесточаются требования к биоразлагаемым полимерным материалам, строго регламентируются нормы и порядок проведения их испытаний. Цель новейших исследований по созданию биоразлагаемых пластмасс состоит в том, чтобы научиться регулировать процессы деструкции для обеспечения быстрой и безопасной деградации упаковки по окончании срока ее службы. Одним из распространенных способов утилизации отработанных полимерных материалов пока еще остается сжигание в сочетании с полезным использованием генерируемого при этом тепла. Однако, как и захоронение, этот вариант устранения ТБО находится вне современных мировых тенденций, генеральной линией которых является ресурсо- и энергосбережение.

Рис. 7. Доля сжигаемых ТБО в различных странах мира:I – Великобритания, II – Канада, III – США, IV – Италия,V – Германия, VI – Франция.

Метод полного сжигания отходов чрезвычайно дорог и неэкономичен в плане затрат на строительство мусоросжигательных заводов (МСЗ) и их эксплуатацию с соблюдением всех санитарных норм. Подсчитано: стоимость сжигания тонны мусора как минимум вдвое выше стоимости его захоронения.

Помимо чисто экономических причин, этот способ представляет значительную опасность с позиции экологии. При сгорании отходов полимеров в атмосферу попадают вредные газообразные продукты – сверхтоксичные диоксины, хлористый водород, диоксид серы, а зола и стоки МСЗ содержат немало других вредных компонентов. Токсичные свойства большинства продуктов сжигания полимеров значительно возрастают в результате их взаимодействия. Например, оксид углерода, диоксид азота, углеводороды, алкены, ароматические соединения, альдегиды входят в состав фотохимического смога (табл. 3), который вызывает раздражение глаз и слизистых у человека и животных, поражение растений, быстрое разрушение строений.

Рис. 8. Кругооборот потребительской упаковки

Еще в начале 90-х гг. прошлого века ЕЭС, США и Канадой были введены новые, более жесткие нормы на выбросы мусоросжигательных заводов. Вследствие этого сотни МСЗ в Европе были закрыты. Так, к концу 90-х гг. закрылись почти все МСЗ (кроме двух заводов около Лондона, прошедших дорогостоящую реконструкцию, и нескольких тепло- и электростанций, работающих на топливе с добавлением брикетированного мусора) Великобритании, которая считается пионером мусоросжигания. Неизвестно ни одного случая строительства мусоросжигательного завода в Европе за последние 10 лет, а во многих штатах США и провинциях Канады сооружение новых МСЗ запрещено законодательством.Важно отметить, что в развитых странах сжигается лишь та часть ТБО, которая не пригодна для вторичной переработки (рис. 7), но это явление в последние годы имеет тенденцию к значительному снижению.

Таким образом, захоронение и сжигание не решают проблемы полимерных отходов, а лишь переводят ее в новое, опасное и труднопредсказуемое русло. Поэтому Директивой 94/62/ЕС была законодательно закреплена необходимость перехода от простого уничтожения отходов к вторичной переработке (рециклингу) (рис. 8, 9). В соответствии с указанным документом в странах ЕЭС, США, Японии и ряде других разработаны национальные государственные программы и организованы специальные службы для налаживания систем сбора, транспортировки и повторной переработки использованной полимерной упаковки. Приоритет рециклинга перед иными методами переработки ТБО в этих странах закреплен законодательными актами.

Рис. 9. Технологический цикл операций рециклинга

На практике переработанные отходы полимеров широко используются в различных отраслях хозяйствования:

При этом вторичные пластмассы не только перерабатываются вместе со свежим сырьем, но и могут рассматриваться как реакционноспособные высокомолекулярные соединения, из которых путем модификации можно получать полимерные композиционные материалы с новыми уникальными свойствами. Перспективно изготовление сэндвич-материалов из ряда «вторичных» полимеров методом соэкструзии, когда слой «вторичного» полимера находится между двумя слоями «свежего» полимера. Этот способ использования отходов универсален: так, средним слоем могут быть ПЭТФ, ПП и др., а внешним – практически любые полимеры, перерабатываемые соэкструзией. Однако рециклинг имеет свои экономические и технические границы. Существует так называемый порог полезности (break-even point) – точка, где прибыль от полученного вторсырья равна разнице затрат на рециклинг и уничтожение отходов. При превышении этого уровня рециклинг экономически нецелесообразен. Технические границы рециклинга обусловлены различными причинами. Одной из проблем является снижение молекулярной массы полимеров и, соответственно, ухудшение их эксплуатационных свойств. При последовательной переработке большинство полимерных материалов через 3—5 циклов резко снижают свои первоначальные механические характеристики.

Другая проблема связана с наличием большого объема окрашенного вторичного полимерного сырья, отсутствием необходимых систем его идентификации, сортировки и переработки либо невозможностью их применения из-за сильной загрязненности и смесевой природы ТБО. Ключевым вопросом является безопасность новых упаковок, изготовленных из вторичного сырья. Особенно важна эта проблема в сфере упаковывания пищевых продуктов, т.к. низкомолекулярные соединения, образующиеся при высокотемпературной переработке вторичного полимерного сырья, могут оказывать неблагоприятное воздействие на упакованный продукт, влияя на физиологическую безвредность и изменяя его цвет, запах и вкус. Вторичные полимеры рекомендуется применять при изготовлении пищевой тары в том случае, если эти полимеры не будут напрямую контактировать с пищевым продуктом.

Наибольшие затруднения вызывает повторная переработка многослойных упаковочных материалов. Полимеры, применяемые для изготовления многослойных пленок, сильно различаются по своим свойствам. В связи с этим целесообразно применять такие материалы, в том числе и адгезивы, которые легко разделить при повторной переработке использованных упаковок. Все это требует дополнительных капиталовложений в технологии для вторичной переработки и повышает стоимость самих материалов по сравнению с однослойными. Поэтому в настоящее время в ряде стран проводятся опытные и научно-исследовательские работы, направленные на создание новых технологий переработки вторичного сырья с высоким содержанием полимеров, различных по своему физическому и химическому происхождению.

Достаточно перспективным способом утилизации полимерных отходов считается их фракционирование пиролизом, крекингом или гидрокрекингом. Теоретически технология ясна: стоит подобрать необходимую температуру нагрева (например, до 773 К), и цепные молекулы полимера распадутся на отдельные звенья (мономеры), которые, предварительно очистив, можно снова подвергнуть полимеризации или поликонденсации для получения чистых полимерных материалов. На практике же, например, пиролиз полимеров приводит, как правило, к сложной смеси жидких и газообразных веществ, представляющих собой сочетание мономеров, ди- и тримеров, олигомеров, химически измененных структур. Обычно такая смесь используется в виде высококачественного топлива. Процессы пиролиза, близкие к теоретическим, удаются только при получении стирола из отходов полистирола. Для других полимеров такие процессы находятся в стадии исследований. Некоторые успехи есть в области получения исходных продуктов поликонденсации для полиэтилентерефталата, но процесс экономически не выгоден, т.к. полученный из отходов в результате сложных преобразований полиэтилентерефталат по крайней мере вдвое дороже, чем изготовленный из свежего сырья. В Германии, Италии, Японии действуют установки деполимеризации и термодеструкции отходного пластикового сырья, которые служат для получения мономеров, растворителей, смазочных масел и других ценных химических продуктов. Гидролизом и деполимеризацией с получением мономеров перерабатывают отходы упаковок из полиамидов, полиэфиров, полиуретанов, полиметилметакрилатов и др.Как и во всем мире, в Беларуси остро стоит проблема устранения полимерных бытовых отходов, которые в естественных условиях разлагаются чрезвычайно медленно (70—80 лет и более) и практически не подвержены действию микроорганизмов воздуха и почвы. Значительные трудности представляет организация сбора и уничтожения пленки и упаковочных материалов, а также пластмассовой тары разового пользования, особенно ПЭТФ-бутылок, которых в Беларуси, по самым скромным подсчетам, ежемесячно выбрасывается порядка 20—30 млн.

В общей массе ТБО, производство которых в республике составляет более 3 млн. т в год, полимеры занимают около 8% с прогрессирующим ростом до 10%. На сегодняшний день наиболее распространенным способом их обезвреживания в Беларуси остается захоронение на полигонах или стихийных свалках, т.к. перерабатывающие заводы могут освоить всего лишь 4% от общего количества отходов. Только в городе Минске под коммунальные и бытовые отходы выделено 3 полигона общей площадью более 70 га, а в масштабах республики эта цифра исчисляется 1000 га. Ежегодно из-за нерациональной переработки ТБО государство теряет 2 трил. руб. и 40—60 га дефицитной земли.

Таким образом, экологические и экономические вопросы в области полимерных отходов в республике требуют оперативного решения. Это подтверждается принятием в Республике Беларусь законов: «Об утилизации отходов производства и потребления», «Об охране окружающей среды», «Об энергосбережении», а также соответствующих региональных постановлений. Для реализации этих законодательных актов создан концерн «Белресурсы», который должен вырабатывать и осуществлять государственную политику и стратегию в области переработки отходов, в т.ч. полимерных. На государственном уровне хотя и недостаточно, но осуществляется поддержка научно-технического обеспечения ресурсосбережения путем финансирования государственной научно-технической программы «Ресурсосбережение».

Одним из эффективных способов обращения с отходами в условиях Беларуси считается создание сортировочно-полигонных комплексов (СПК) и биомеханических заводов (БМЗ). Такие комплексы, уже построенные по проектам УП «Техно-Ресурс», удачно эксплуатируются под Бобруйском и в Несвиже. Продолжается строительство современных заводских комплексов в Борисове, Клецке и Столбцах.

Выполнение первоочередных мер по созданию в крупных и средних городах и отдельных регионах комплексных систем их санитарной очистки является генеральным направлением «Республиканской программы обращения с коммунальными отходами». Проблема саночистки малых городов, городских поселков, сельских и дачно-коттеджных поселений подлежит рассмотрению в составе региональных систем и программ на уровне областей. Необходимые для начального этапа финансы планируется привлечь за счет увеличения тарифов для производителей отходов.Все больше проблемой отходов в Беларуси начинают интересоваться частные фирмы, которые понимают и оценивают перспективу вложения средств в эту отрасль. Основная сложность заключается в сборе и транспортировке ТБО, но эта проблема может легко решиться, если создать благоприятные экономические условия для тех, кто будет заниматься и уже занимается этой деятельностью. Государственным органам необходимо предусмотреть арендные, налоговые и кредитные льготы для таких предприятий. Целесообразно создавать акционерные общества с участием как государственного, так и частного капитала. Министерствам финансов, экономики, жилищно-коммунального хозяйства необходимо совместно разработать и издать специальное положение, регламентирующее правила владения специальным банковским счетом, который не позволил бы деньги, выделенные на санитарную очистку, использовать для других целей. Не стоит также недооценивать и возможности самих производителей отходов, особенно это касается крупных предприятий, которые также способны оказать содействие в принятии мер по их сбору и переработке.