Tendencje w recyklingu tworzyw sztucznych

Targi epla_Poznań 2010
Tendencje w recyklingu
tworzyw sztucznych
Politechnika Poznańska
Dorota Czarnecka-Komorowska
e-mail: [email protected]
1
Plan prezentacji
1. Skala problemu recyklingu i odzysku odpadów w
Polsce i Europie
2. Strategia Unii Europejskiej w sferze odpadów
3. Działania ekologiczne w dziedzinie recyklingu tworzyw
sztucznych
4. Opcje odzysku tworzyw sztucznych (materiałowy,
energetyczny)
5. Nowe technologie i narzędzia w recyklingu
6. Postęp technologii recyklingu i odzysku materiałów
polimerowych
7. Podsumowanie
2
Wprowadzenie
Rozwój gospodarki
światowej,
nieustannie
rozwijający się przemysł, a takŜe rosnąca liczba
ludności powodują ogromny przyrost odpadów.
PoniewaŜ Ŝaden proces technologiczny nie
zagwarantuje stuprocentowego wykorzystania
surowca, ilość odpadów nieustannie rośnie,
a nasza planeta niestety nie. Zarówno
„pojemność” jak i zasoby jej surowców są
ograniczone.
3
Z tego względu …
powtórne przetwórstwo,
zwane recyklingiem w krajach o duŜym
stopniu rozwoju przemysłowego stało się
priorytetowym zadaniem badawczym
zarówno z punktu widzenia ochrony
środowiska, jak i ekonomiczności
produkcji.
4
Skala problemu odpadó
odpadów
• Światowe dane statystyczne wskazują, Ŝe
w ostatnich latach produkcja tworzyw
sztucznych wykazuje tendencję wzrostową,
a więc coraz powaŜniejszy staje się
problem
zagospodarowania
odpadów
polimerowych.
5
Wysypiska śmieci
Odpady z tworzyw sztucznych, z racji zajmowania
znacznych objętości w stosunku do swojej masy, stanowią
główny składnik gromadzonych na wysypiskach śmieci.
W Polsce – aŜ 91 %, a w Austrii – tylko 26 %
Źródło: Brunner, Bogucka: Evaluation of plastics flows …in Austria and Poland, Viena, 2007
6
Produkcja tworzyw sztucznych
świat/Europa (1950 – 2008
8)
mln ton
Średnio ok.
10 % rocznie
2007: 260
Przyczyny wzrostu:
2008: 245
• Łatwość pozyskiwania
surowców,
• Niska cena,
• Niska pracochłonność,
• Niska energochłonność
procesu produkcji
i przetwarzania
w wyroby gotowe.
Świat
Świat
Europa
2008:60
2010
Źródło: PlasticsEurope Market Research Group (PEMRG), 2009.
Przyczyny spadku:
• światowy kryzys
gospodarczy
7
Zakres analizy dotyczy:
• Tworzyw
termoplastycznych
• Poliuretanów
• Tworzyw
termoutwardzalnych
• Elastomerów
• Dodatków
• Włókien PP
• Nie dotyczy PET, PA,
8
ZuŜ
ZuŜycie tworzyw
przez przetwó
przetwórcó
rców w krajach UE
+ N Sz w 2008
Włochy
Węgry
Szwecja
Szwajcaria
Słowenia
Słowacja
Rumunia
Portugalia
Polska
Norwegia
Niemcy
Malta
Łotwa
Litwa
Irlandia
Holandia
Hiszpania
Grecja
Francja
Finlandia
Estonia
Dania
Czechy
Cypr
Bułgaria
Belgia/Luksemburg
Austria
Anglia
Inne
7,7
Suma: 48,5 mln ton
2,5
11,5
4,2
5
Niemcy
Włosi - 40%
2,5
4
0
2
4
6
mln ton
Źródło: Plastic Europe Market Research Group (PEMRG), 2008
8
10
12
9
ZuŜycie tworzyw sztucznych
w 2008 roku
PET
PUR
7%
7%
Suma: 48,5 mln ton
LDPE
Inne
LLDPE
20%
18%
HDPE
PS
11%
EPS
8%
PP
PVC
18%
12%
10
Źródło: Plastic Europe Market Research Group (PEMRG), 2008
ZuŜycie tworzyw sztucznych
w sektorach gosp.
Sprzęt E&E
Inne 28%
6%
Przemysł
samochodowy
7%
Opakowania
40%
Budownictwo
21%
Suma: 48,5 mln ton
11
Źródło: Plastic Europe Market Research Group (PEMRG), 2008
Sytuacja w Polsce
W Polsce roczne zuŜycie tworzyw we
wszystkich zastosowaniach wynosi ok.
60 kg na 1 mieszkańca, z czego według
danych szacunkowych odzyskuje się
jedynie ok. 10 %.
12
Z tego powodu podejmowane
są działania zmierzające do:
1. Uregulowań prawnych dotyczących składowania
i zagospodarowywania odpadów,
2. Udoskonalania technologii produkowania
i przetwarzania tworzyw sztucznych (technologie
bezodpadowe),
3. Zwiększania świadomości ekologicznej
społeczeństwa, czyli przekonywanie do aktywnego
i świadomego uczestnictwa ludzi w działaniach
proekologicznych prowadzonych przez instytucje
państwowe i inne organizacje,
4. Popularyzacji wyrobów wykonanych
z materiałów odpadowych.
13
Strategia UE zakłada:
Ochrony powietrza
Zapobieganie powstawania odpadów i recykling
(Waste prevention and recycling)
Ochrony mórz i oceanów (Marine Environment),
Ochrony ziemi (Soil)
Zasobów naturalnych (Natural resources)
Ograniczenie stosowania środków ochrony roślin (Pesticides)
Ochrona środowiska miejskiego (Urban Environment).
Przegląd tematyki zaplanowano na rok 2010.
14
Źródło: Komisja Unii Europejskiej: http://ec.europa.eu, 2009
Aktualnie obowiązujące
w UE akty prawne
w dziedzinie odpadów
O opakowaniach i odpadach opakowaniowych
Directive 94/62/EC on packaging and packaging waste
(P&PW)
O pojazdach wycofanych z eksploatacji (ELV)
Directive 2000/53/EC on End-of-Life Vehicles
O sprzęcie elektronicznym (WEEE)
Directive 2002/96/EC on Waste Electric&Electronic Equipment
O zakazie stosowania substancji niebezpiecznych (Pb, Cb,
Hg,)
Directive 2002/95/EC on the Restriction of hazardous
substances in electrical and electronic equipment (RoHS)
O wysypiskach
O spalaniu odpadów
Źródło: Komisja Unii Europejskiej: http://ec.europa.eu
15
Hierarchia postępowania
z odpadami w UE
Najlepsze
opcje
Ochrona
Minimalizacja
Ponowne wykorzystanie
Najgorsze
opcje
Recykling
Odzysk energii
Odpad
(wysypisko)
16
Obecne działania prorecyklingowe
w sferze odpadów z tworzyw szt.
1. Zapobieganie powstawaniu odpadów lub
zmniejszenie ich ilości i szkodliwości poprzez:
Rozwijanie Czystych Technologii z bardziej
oszczędnym wykorzystaniem zasobów naturalnych,
Projektowanie i techniczne opracowywanie wyrobów,
tak aby ich wprowadzenie na rynek, zastosowanie
i końcowe usuwanie miało minimalny wpływ na
generowanie odpadów i szkodliwości odpadów
(Design for Recykling),
2. Podjęcie kroków w celu redukowania ilości zuŜytych
materiałów,
17
Działania
prorecyklingowe w UE
3.Organizowanie systemów gromadzenia
i segregacji odpadów dla ułatwienia ich
późniejszego wykorzystania,
4.Opracowanie systemu odzysku
zuŜytych opakowań, nie mniej niŜ 50%,
lecz nie więcej niŜ 65% masy,
18
Działania
prorecyklingowe w UE
5.
Zachęcanie, w niektórych dziedzinach, do uŜycia materiałów
wtórnych powstałych z recyklingu opakowań do produkcji
nowych opakowań lub innych produktów,
6.
Wprowadzenie opakowań wielokrotnego uŜytku,
7.
Opakowania zuŜyte nienadające się do recyklingu
materiałowego poddawać recyklingowi termicznemu poprzez
spalanie w bezpiecznych spalarniach,
8.
Wprowadzane na rynek wyrobów z recyklatów, które będą
wykazywały cechy pełnowartościowych materiałów oraz, Ŝe
będą mogły być stosowane ponownie, odzyskiwane
i poddawane recyklingowi.
19
WdraŜanie Czystych
Technologii polega to:
• zwiększenie efektywności
wykorzystania istniejących zasobów
naturalnych,
• zwiększenie wykorzystania
surowców wtórnych,
• zmniejszenie ilości odpadów,
• zapobieganie powstawania
odpadów u źródła” ich wytwarzania
(czyli na początku procesu
produkcyjnego),
• stosowanie dostępnych najlepszych
rozwiązań i technik (BAT)
20
Źródło: www.unepie.org/ UNEP Cleaner Production Definition (1990)
Minimalizacja
odpadów poprzez:
Zmiany w produkcie
Zmiany w materiale wyjściowym
Zmianę technologii (zmiany w procesie
wytwarzania, zautomatyzowanie procesu),
Stosowanie dobrych rozwiązań
eksploatacyjnych,
Poprawne funkcjonowanie systemów
zarządzania i planowania produkcji.
21
Jaki jest zyski
zyski z Czystej
Produkcji ?
Poprawa stanu
środowiska
Wzrost zyskó
zysków
ekonomicznych
Wzrost
produktywnoś
produktywności
Redukcja
strumienia
odpadó
odpadów
Minimalizacja
strumienia
odpadó
odpadów
22
Pomocne narzędzia –
minimalizacja odpadów
• Analiza cyklu Ŝycia
• Analiza strumienia
produktu (LCA) - Life
przepływu odpadów
Cycle Assessmet
(MFA) - Mass Flow
Analysis
Źródło: Oliver Cencic. TU-Vienna, Institute for Water Quality, Resources and Waste
Management, 2008
23
Ocena cyklu Ŝycia
produktu i procesu
24
Wniosek z LCA
Poprzez recykling 1 tony butelek
z PET oszczędzamy
1,5 tony emisji CO2
25
Technologie odzysku
tworzyw sztucznych
Odzysk
Odzysk
Recykling
Recykling
materiałowy
materiałowy
Recykling
mechaniczny
Recyklaty, np.
PP, PS, PET,
PVC, PE
Recykling
chemiczny
• Monomery
• Gaz syntezowy
• Olej opałowy
Źródło: PlasticsEurope, 2009
Odzyskenergii
energii
Odzysk
Ukierunkowane
spalanie (MSW)
• Energia
• Ciepło
• Para
Paliwa
alternatywne
• cementownie
•elektrociepłownie
26
Wybór opcji odzysku
tworzyw sztucznych
• Wybór metody recyklingu zaleŜy
od: stopnia zanieczyszczenia i od
wielkości strumienia odpadów
27
Recykling chemiczny
• np. Hydroliza - polegająca
na rozłoŜeniu polimerów
polikondensacyjnych pod
działaniem pary wodnej
• (surowce do ponownej
produkcji poliestrów,
poliamidów, poliuretanów
i poliwęglanów)
BASF kraking cieplny
Vinyloop®
® PVC recycling process (Ferrara)
Vinyloop
28
Odzysk energetyczny
• Odzysk energetyczny polega na redukcji objętości odpadów
z tworzyw sztucznych i odzyskuje zawartą
w odpadach energię cieplną poprzez ich spalanie.
• Cechy:
– Odpady mieszane i warstwowe,
– Odpady zanieczyszczone,
– DuŜe instalacje.
Bardzo duŜy opór społeczeństwa:
(NIMBY)-not in may backyard
29
Postęp odzysku
tworzyw sztucznych
Poziom wzrostu o ok.10 % rocznie
recyklingu mechanicznego i odzysku energii
2008
Odzysk energii
Recykling mechaniczny
lllllllllll2
5lllllllllll
lllllllllllll
lllllllllllll
lllllllllllll
lllllllllllll
Recykling chemiczny
Źródło: PlasticEurope, The Compelling Facts about Plastics, 2008
30
Uzyskane poziomy
odzysku w 2008
• Recykling mechaniczny
i chemiczny – 21,3 %
• Odzysk energii – 30 %
• Spadek gromadzenia
odpadów na
wysypiskach śmieci
(o 2,6% w stosunku do
2007).
31
Liderzy recyklingu
w Europie w 2008
7 państw z EU + Norwegia, Szwajcaria, czyli:
•
•
•
•
•
•
Szwajcaria,
Dania,
Niemcy,
Szwecja,
Austria,
Holandia
•
Belgia osiągnęły 80% poziom recyklingu.
Źródło: PlasticEurope, The Compelling Facts about Plastics, 2008
32
Recykling mechaniczny
33
Hierarchia wyrobów
w recyklingu
mechanicznym_2008
Butelki PET
Profile okienne PVC
Rury PVC
Zderzaki samochodowe
Styropian (EPS)
Folie rolnicze
Butelki HDPE
34
Tendencje w recyklingu
mechanicznym
Wprowadzenie zintegrowanego
systemu zarządzania odpadami
Poprawa metod identyfikacji
tworzyw sztucznych
(optoelektroniczne,
spektroskopowe)
Rozwój nowoczesnych
technologii sortowania odpadów
(automatyczne) i przetwarzania
Wprowadzanie technologii
bezodpadowych (np. firma
Comfort Industrie Peruzzo
w Świdnicy)
35
Działanie
Dązy się do poprawa
jakości recyklatów
Uszlachetnianie odpadów
• Tworzenie mieszanin
(pierwotny/recyklat)
• Wprowadzanie dodatków np.
drewna, włókna,
• Kompatybilizacja:
– powtarzalna struktura
– zwiększenie adhezji,
– synergia właściwości
• Restabilizacja np. HDPE, PP
• PrzedłuŜanie łańcucha PET
• Innowacyjne przetwórstwo
(wtryskiwanie dwuskładnikowe
– sandwicz)
Cel
wzrost wytrzymałości
wzrost sztywności
wzrost temperatury
mięknienia
zwiększenie lepkości
36
Postęp w recyklingu
mechanicznym
Wzrost recyklingu butelek PET (bottle to
bottle): nowe technologie (Erema High Tech
Recycling)
•
•
•
Wzrost produkcji wyrobów z kompozytów
drzewnych (WPC)
Wzrost recyklingu profili okiennych z PVC
(72 % odzysku)
Wzrost recyklingu kabli
37
Innowacje w
sortowaniu TiTech
• Sortowanie wg rodzaju
materiałów: PE, PP, PS,
PVC, PET, EPS, ABS,
papier
• Recykling butelek PET:
usuwanie PVC ze
strumienia odpadów
• SortowaniePET według
koloru (niebieski, biały,
itd.),
• Sortowanie PE wg koloru
38
Cechy nowych
systemów sortowania
•
•
•
•
Wysoka dokładność sortowania – 98 %
Wysoka wydajność – 95 %
Niskie zuŜycie energii
DuŜa funkcjonalność i uŜyteczność
39
Przykłady segregacji
40
Innowacyjne systemy odzysku
materiałów proces Sicom VW
(szkło, cząstki Ŝelazne, metale cięŜkie)
(pianki, włókna)
(tworzywa sztuczne, guma)
41
Źródło: http://en.sicontechnology.com
Zyski z recyklingu
• Ekonomiczne
• Środowiskowe
– Oszczędzanie surowców naturalnych
– ObniŜenie emisji gazów (CO2, CH4, N2O, itd.)
– ObniŜenie zuŜycia energii (dostarczona
energia)
– ObniŜenie zuŜycia wody (ogrzewanie,
transport, i inne)
42
Oszczędzanie energii
(Protokół z Kyoto, marzec 2007)
Zredukowanie emisji gazów cieplarnianych
do 2020 r. o 20 % (dla 27 krajów EU)
• np. w Niemczech w okresie od 1990 do 2008 r.
emisję CO2 zredukowano
– w przemyśle i gospodarce energetycznej o 19%,
– w gospodarstwach domowych o 5 %,
– w transporcie emisja wzrosła o 5% !!!
43
Koszty, euro/tona
Kluczowe korzyś
korzyści z zastosowania nowych
rozwią
rozwiązań
zań w recyklingu butelek PET
Bottle to bottle
0%
20%
40%
20
100
80%
100%
wytłaczanie
krystalizacja
20
120
60%
wstępne suszenie
system SSP
100
17
tradycyjna
0
vacurema
Źródło: EREMA High Tech Recycling
44
Porównanie kosztów
produkcji folii (€/tona)
Pierwotnego
Koszty, Euro/tona
1000
Płatka
800
Koszt tworzywa *
Wstępne suszenie
600
800
Wytłaczanie
600
400
200
0
17
51
30
30
Klasyczna
0
Kalandrowanie
80
30
Aglomerowanie
0
VACUREMA
45
* W zaleŜności od aktualnej ceny rynkowej
Źródło: Erema Tech Recycling
Technologie odzysku
energii – dlaczego??
Wysypiska odpadów-najgorsza opcja dla
środowiska
Dyrektywy EU popierają działania
recyklingu/kompostowania odpadów
Odpady stanowią alternatywne źródło energii
Wartość opałowa zmieszanych tworzyw wynosi
około 40 MJ/kg (olej opałowy 44 MJ/kg)
46
Tendencje w odzysku
energii w Europie
•Ilość zakładów spalania
odpadów komunalnych:
447
W 2008 r.- 32 %
odpadów poddano
odzyskowi
•Odzysk energii przez
spalanie: 49 mln ton/rok
19
29
•Produkcja energii
elektrycznej:
24 bilony kWh
30
14
11
18 65
29
1
3
8
1
1
•Produkcja energii
cieplnej
58,5 biliony kWh
128
3
10
47
II Kongres Tworzyw Sztucznych w Polsce
2008
Źródło: CEWEP Confederation of
European Waste–to-Energy Plants,
2008
47
Spalarnia śmieci we
Wiedniu
Obsługuje dziennie 250 śmieciarek
Przyjmuje dziennie 1200 ton
odpadów
Przerabia ok. 250 000 ton śmieci
rocznie
Produkcja energii wynosi 60 mW/rok
(ok. 400 dodatkowych mW)
Wiedeńczycy sortują rocznie ok.
350000 ton śmieci, czyli aŜ 40%
odpadów komunalnych.
Tylko niewielką ich część składują na
wysypiskach (26%).
Powstałą w ten sposób energię
wykorzystuje się do ogrzania całych
dzielnic Wiednia.
II Kongres Tworzyw Sztucznych w Polsce
2008
Friedensreich Hundertwasser (1928 - 2000) architekt, pacyfista, ekolog (1988)
48
Nowe technologie spalania redukują
emisje szkodliwych gazów
49
Odzysk energii
z odpadów opakowaniowych
50
Inne działania
środowiskowe
• Projektowanie wyrobów zorientowanych na
recykling (Ekoprojektowanie)
• Ekoprojektowanie polega na włączeniu
rozwaŜań środowiskowych w fazę
projektowania, analizując cały cykl Ŝycia
wyrobu od chwili nabycia surowców do
końca Ŝycia wyrobu.
• Ekonomia + ekologia = Ecodesign,
51
Na etapie
projektowania naleŜy:
• Projektować wyroby tak, aby
maksymalizować w nich ilość materiałów
przydatnych do recyklingu oraz
pochodzących z recyklingu (recyklaty)
• Uwzględniać końcowe zagospodarowanie
w miejscu uŜytkowania i likwidacji
wyrobów, np. przy eksportowaniu naleŜy
uwzględnić, Ŝe odpady z nich będę
zagospodarowane
52
52
Przykład zastosowania
DfR w motoryzacji
• Projektowanie nowych modeli
zorientowanych na recykling
• Recykling i odzysk części z aut zgodnie
ELVs muszą zostać zaadoptowane w
konstrukcjach nowych
53
53
KRYTERIA 3 R
(w nowych modelach
aut)
1. Większa ilości detali
nadających do recyklingu
2. Zmniejszenie
szkodliwych substancji
3. Większa wydajność
demontaŜu
4. Wprowadzenie norm dot.
identyfikacji wyrobów z
tworzyw typu ISO 14001
54
Główne cz. do recyklingu w Note,
poziom odzysku 95 % w 2005
Części z polipropylenu (PP)
Części recyklingu
Tworzywa termoplastyczne
Zderzaki z polipropylenu + elastomer
55
55
Poziom moŜliwości recyklingu
95 % wyrobów z tworzyw
sztucznych
Części zawsze poddawane
recyklingowi
Części projektowane
pod recykling (DfR)
56
56
Design for Recykling
(DfR)
• Większy niŜ 90%* poziom recyklingu w
1998 w samochodzinie typu Nissan Sunny,
• przekroczono poziom recyklingu 95% w
2007 w samochodzie roku Nissan Note.
* Poziom recyklingu: Wartość podawana przez JAMA
(Japanese Automobile Manufacturers Association)
57
57
Zastosowanie tworzyw
wtórnych do produkcji
wyrobów
PET
PET
Izolacja pod tablicę rozdzielczą
PP + EPDM
Element pod silnik
58
58
Perspektywy tworzyw
biodegradowalnych
• Przemysł
opakowaniowy
• Motoryzacja
• Medycyna
• Piłki golfowe
• Podeszwy w butach
sportowych
• Rolnictwo
59
Przykł
Przykład zastosowania tworzyw
pochodzą
pochodzących z odnawialnych źródeł
deł
energii w motoryzacji
Źródło: DaimlerChrysler, 2008
60
60
Podsumowanie
1. Wysokie poziomy recyklingu
materiałowego
2. W kilku krajach europejskich Szwajcarii,
Danii, Niemczech, Szwecji, Austrii,
Holandii i Belgii odzyskano około 80 %
zuŜytych tworzyw w 2008 roku.
61
Podsumowanie
3.
Analiza przepływu strumienia odpadów polimerowych,
w tym butelek z PET, folii opakowań, wyroby z
polichlorku winylu (PVC) wykazała, Ŝe nastąpił istotny
wzrost zbiórki tych odpadów na skutek rosnących cen
polimerów pierwotnych oraz zastosowania
nowoczesnych i bardziej wydajnych technologii zbiórki
i sortowania odpadów.
4.
Zaobserwowano pozytywne zmiany w rozwoju
technologii innowacyjnych w recyklingu tworzyw
sztucznych
62
Warunki powodzenia
w dziedzinie recyklingu
• Konieczność współdziałania w sferze:
społecznej (akceptacja wyrobów
produkowanych
z tworzyw wtórnych i budowa spalarni w
aglomeracjach miejskich oraz zwiększenie
edukacji ekologicznej),
politycznej (odpowiednie ustawodawstwo),
technologicznej (projektowanie pod recykling,
zwiększenie wydajności),
ekonomicznej (zmniejszenie kosztów produkcji i
zatrudnienia),
produkcji (zrównowaŜony rozwój),
środowiskowej (ograniczenie emisji CO2,
analiza cyklu Ŝycia produktu).
63
Dziękuję za uwagę
II Kongres Tworzyw Sztucznych w Polsce
2008
64