Переработка ПЭТ-бутылок — процесс превращения ПЭТ-бутылок в новый материал, что позволяет избежать попадания полиэтилентерефталата в окружающую среду и уменьшить количество отходов, направляемых на . Главной целью рециклинга является сохранение ресурсов в качестве сырьевых материалов. ПЭТ-бутылки могут быть полностью переработаны, в то время как на их разложение на уходит около 150 лет . Наиболее часто применяемым методом к ПЭТ-бутылкам является повторное использование и вторичная переработка в новые виды материалов и изделия. Сильно загрязнённые и непригодные к переработке ПЭТ-бутылки сжигают с получением энергии .

Использование ПЭТ

ПЭТ или полиэтилентерефталат (ПЭТФ) — полимер , созданный комбинацией двух мономеров : модифицированного этиленгликоля и очищенной терефталевой кислоты . Материал был впервые синтезирован в 1939 и запатентован в 1941 году работниками компании « » — Джоном Уинфилдом и Джеймсом Т. Диксоном . В СССР материал был выведен независимо от английских экспертов в 1949 году и был назван «лавсаном», в честь лаборатории высокомолекулярных соединений Академии наук , где его впервые получили . В 1950—1960-е годы полимер использовался в основном для изготовления синтетических волокон .

Изобретение ПЭТ-бутылки связано с именем американского изобретателя , задумавшегося в 1967 году о возможности хранить газировку в пластиковой бутылке. В 1973 году он запатентовал процесс изготовления бутылки . Первые коммерческие испытания ПЭТ-бутылок проводились в 1975—1976 годах, однако революция в производстве пластиковых тар началась в 1977-м, когда американское Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) запретило компании «Кока-кола» выпускать бутылки из смолы Lopac — тогдашней альтернативе стеклянной таре. Компании пришлось искать новые материалы для массового изготовления прочных и дешёвых бутылок. Изначально «Кока-Кола» планировала изготавливать ПЭТ-бутылки сама, однако после испытаний 1976 года технология была передана другим производителям. Уже к концу года первые ПЭТ-тары произвела компания Amoco Containers, а спустя неделю и Hoover Universal . В том же 1977 году была переработана первая ПЭТ-бутылка .

Низкие затраты на производство, высокая прочность, водонепроницаемость, прозрачность, повышенная пластичность, а также способность сохранять свои свойства делают ПЭТ-бутылки одной из самых распространённых упаковок из пластика . В России ПЭТ-бутылки составляют более 80 % от производства всех ПЭТ-материалов . Каждую секунду в мире изготавливается 20 000 ПЭТ-бутылок, а ежеминутно продаётся около 1 000 000 . ПЭТ составляет значительную долю из более чем 50 килограммов пластиковых отходов, которые создаёт каждый год среднестатистический человек .

Около 9 500 000 тонн пластика ежегодно попадает в мировой океан , в результате чего гибнут крупные рыбы и млекопитающие , однако за всю историю изготовления и активного использования материала было переработано только 9 % — большинство отходов скапливаются на полигонах или разлагаются в природе . И при этом ПЭТ является самым широко перерабатываемым пластиком в мире: уровень переработки материала в США достигает около 30 %, а в странах Европейского союза — 50 % . В то же время, в 2016 году меньше чем половина ПЭТ-бутылок была собрана для переработки, и только 7 % от собранных были использованы для изготовления новых бутылок . ПЭТ-пластмассы обозначаются кодом идентификации «1» — как правило, символ расположен в нижней части бутылки .

Заготовка сырья

Сбор

По всему миру используются несколько основных способов раздельного сбора пластика. Схема drop-off («довезти до») подразумевает доставку населением отходов в специально отведённые места. Подобный метод в основном инициируется региональными властями или внедряется при крупных сетевых супермаркетах или общественных организациях. Обычно мусоросборниками являются конусообразные открывающиеся контейнеры с двумя колёсами и сетчатым каркасом. Если подобная система хорошо отлажена, то уровень регенерации упаковки в регионе может достигнуть 40-50 % .

Схема kerbside («у бордюра») подразумевает сбор мусора через установленные непосредственно рядом с домами контейнеры. Метод является наиболее эффективным — схема kerbside позволяет собрать до 60 % упаковки .

В развитых странах часто встречаются автоматы по приёму тары , также известные как фандоматы. В основном они используются для сбора пластиковых ёмкостей из-под напитков. Автоматы устанавливаются в тех регионах и странах, где введена система залоговой тары — часть стоимости упаковки включена в стоимость напитка и возвращается покупателю при сдаче материала. Как правило, подобные автоматы идентифицируют материал ёмкости с помощью штрихового кода , материального датчика или видеоизображения, а затем бутылка перемещается в секцию хранения, где часто хранится в прессованном виде. В обмен потребитель получает жетоны или чеки для обмена на определённые товары или возврата залоговой стоимости .

Сортировка

В большинстве случаев сортировка материала осуществляется на перерабатывающем предприятии. Ручная сортировка и разделение бутылок происходит по форме, степени загрязнённости, типу материала , иногда — по цветам материала . Например, в России ПЭТ сортируют по четырём основным цветовым группам: тёмные цвета (чёрный, коричневый), сине-зелёные, прозрачные, другие. При ручной выборке с транспортёра один рабочий может отобрать не более 140 килограмм ПЭТ-бутылок в час .

Компании могут использовать системы автоматического распознавания и сортировки, однако несмотря на повышенную производительность и эффективность, подобные системы являются дорогостоящими . В подобных системах работают с использованием сенсорных датчиков и сканеров, которые считывают конкретный тип полимера. В странах Европейского союза подобные автоматы используются для сортировки пластика из контейнеров раздельного сбора .

Основные направления и методы переработки

Механический

Механическая переработка является наиболее эффективным способом переработки ПЭТ-отходов. Получаемый в результате вторичный ПЭТ либо используется в готовом виде, либо смешивается с первичным материалом и перерабатывается для получения нужных изделий . Механический рециклинг не требует специального дорогостоящего оборудования и относительно легко реализуется .

После сортировки происходит предварительное отделение непластмассовых компонентов, таких как ветошь, остатки бумажной или деревянной тары, металлики и других предметов . Чтобы облегчить процесс сортировки и очищения от ненужных материалов, ПЭТ-бутылки могут быть предварительно промыты с использованием пара и химикатов, что позволяет отделить поливинилхлорид (ПВХ) от ПЭТ — пройдя через барабан с горячей водой или воздухом, бутылки, содержащие ПВХ, изменят цвет и станут слегка коричневыми, что значительно облегчает идентификацию материала . Затем пластик измельчается до размеров, достаточных для того, чтобы можно было осуществить дальнейшую переработку . Чистота чешуек имеет решающее значение для сохранения ценности восстановленного пластика .

Далее пластик подвергается полной отмывке от органического и неорганического загрязнения через использование моющих средств и воды, которая может достигать 80 градусов . Промывка водой гарантирует очистку от остаточных загрязнений и чистящих средств . Затем высушенную пластмассу обрабатывают в термических установках для получения расплава однородной консистенции — рециклата . Впоследствии уже расплавленный материал отправляют в экструдер для формирования промежуточных гранул либо напрямую вторичной продукции . Для осуществления процесса используются дробилки, грануляционные установки, устройства для агломерации вторичных масс, системы замачивания и очистки, автоматизации, подъёмно-транспортное оборудование . На заключительной стадии материал перерабатывается в готовое изделие .

Недостатками механического рециклинга считаются высокая энергоёмкость процесса, сложность регулирования размеров измельчения, ограниченное повторное применение материалов . Более того, необходимость сортировать, разделять и очищать пластиковые изделия значительно замедляют процесс переработки. Тщательную очистку тяжело выполнять технически, особенно если отработанные пластмассы долго накапливались на свалках . Другой проблемой является вероятное присутствие ПВХ в составе бутылок, поскольку даже при тщательной сортировке всегда остаётся вероятность попадания дополнительных примесей во вторичный материал .

Более того, пластик нельзя перерабатывать бесконечно. Волокна полимеров с каждым разом стареют, качество полученного продукта постепенно ухудшается. В результате пластик, несколько раз переработанный по такому циклу, всё равно приходится утилизировать .

Сжигание

ПЭТ-материалы, не пригодные для переработки (из-за загрязнённости или большого числа циклов использования), могут быть утилизированы на мусоросжигательных заводах , в том числе на предприятиях, рассчитанных на энергетическую утилизацию отходов . ПЭТ считается одними из самых безопасных видов пластикового топлива, так как при их сгорании не выделяются диоксины .

Деполимеризация

Термическая

При термическом разложении полимерный материал распадается на низкомолекулярные соединения, такие как диметилтерефталат и этиленгликоль , в результате чего образуется энергия. Для этого обычно применяются процессы пиролиза и каталитического термолиза . В результате термической деполимеризации получают как смесь углеводородов, пригодных для создания синтетического топлива , так и новые пластиковые материалы . В процессе деполимеризации монопластик, вроде ПЭТ-бутылок, расщепляется обратно в мономеры, которые могут быть переработаны в новые ПЭТ-материалы .

Химическая

При этом способе ПЭТ материал подвергается деполимеризации при взаимодействии с химическими веществами, такими как метанол , этиленгликоль , кислоты или щёлочи . Этот перспективный метод переработки находится в стадии развития и только начинается применяться в ряде стран. Химические методы чаще всего являются более энергозатратными и более сложными, чем механический рециклинг , однако позволяет перерабатывать отходы ПЭТ более низкого качества .

Экспериментальные методы

Существуют экспериментальные методы получения необычных материалов из ПЭТ-сырья.

Радиационный

При использовании радиационного метода химические связи макромолекул разрушаются с помощью нейтронов , гамма-излучения или бета-частиц . В результате фото и термоокислительной деструкции образуются низкомолекулярные продукты, которые впоследствии могут быть использованы в биоциклических процессах. Радиационый метод переработки ПЭТа является во многом экспериментальным, в России он не применяется .

Преобразование в альтернативные формы углерода

в Институте физики высоких давлений Российской академии наук разработан способ, позволяющий утилизировать ПЭТ, получая из него алмазы или графитоподобный углерод. Он заключается в нагревании пластика под давлением при помощи пресса и специальной камеры, способной создавать давление до 9 ГПа (≈888 атм.) и температуру до 1900 К (1627°С). Так, при давлении 8 ГПа и температуре 1300 К получаются алмазы размером до 10 микрон , которые могут быть использованы для изготовления термостойкого абразивного или однокристального микроинструмента. Если снизить параметры синтеза, например, до 2 ГПа и температуры 1000 К, то в результате эксперимента получается графит , при 2-3 ГПа и температуры 700 K получается графитоподобный углерод .

Разложение бактерией Ideonella sakaiensis

В 2016 году стало известно, что японские учёные обнаружили бактерии Ideonella sakaiensis 201-Ф6, способные разрушать ПЭТ-материал до терефталевой кислоты и этиленгликоля. Организмы не только разрушают материал, но и используют его для получения энергии. Согласно проведённым экспериментам, бактерии способны переработать тонкую (до 0,2 миллиметра) плёнку за шесть недель при соблюдении температурного режима в 30°C . Таким образом, остающиеся в почве частицы ПЭТ могут разлагаться бактерией, которая питается содержащимся в материале углеродом . В процессе бактерии вырабатывают два необходимых для его разложения фермента . Эти ферменты можно выделить из бактерии и использовать при переработке пластика. В то же время, реакция разложения идёт очень медленно — для переработки ПЭТ в промышленных масштабах потребуется генная модификация бактерии .

Безопасность

Широкое распространение пищевого ПЭТ-пластика сделало его постоянным объектом исследований на безопасность. С 2010 по 2012 год Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США проводило свои собственные исследования пластиковых упаковок и не обнаружило выделения вредных веществ, в особенности при однократном использовании упаковки. Единственный риск — бактериальное заражение при многократном использовании тары. Другие исследования не обнаружили ни мутагенных эффектов, ни гормональных . В то же время остаётся риск, что различные низкомолекулярные химические соединения, которые остаются в полимере после синтеза, могут при определенных условиях из него мигрировать в продукт . Так, тестирование обнаружило, что из некоторых пластиковых бутылок при многократном использовании в жидкость выделяется сурьма , которая в ПЭТ остаётся от катализатора триоксида сурьмы (Sb ₂ O ₃ ), используемого при синтезе материала. Однако уровень вещества не превышает определяемую для человека норму и не представляет угрозы здоровью . Процесс выделения химических веществ в пластиковых бутылках способен происходить и при длительном нагревании (например, из бутылки, находящейся неделями в машине на солнце) .

Дальнейшее использование

Рынок вторичного производства ПЭТ во многом зависит от оптимизации сбора, подготовки отходов и, соответственно, качества получаемого сырья . Вторичный ПЭТ хорошего качества может использоваться практически в любом производстве, включая пищевое .

Одним из самых популярных направлений применения переработанных пластиковых отходов является изготовление полиэстера вторичного использования . В европейских странах около 70 % вторичного ПЭТ перерабатывается в волокна полиэстера , который используют для утепления одежды, набивки спальных мешков и мягких игрушек. Преимуществом полиэстера перед другими материалами является то, что материал быстро сохнет и при стирке не меняет размер и форму . Из вторсырья можно получить нейлон , органзу и тафту . В то же время, некоторые производители полностью создают одежду из вторичного ПЭТ материала. Так, для одной футболки понадобится около 7 бутылок, для свитера — 40, а наполнитель для лыжной куртки потребует около 14 бутылок . Вторичный ПЭТ материал используется для изготовления ёмкостей для моющих средств и бытовой химии. Материал низкого качества может быть полезен в изготовлении сырья при производстве клеёв и эмалей . Множество компаний всё больше инвестируют в переработку ПЭТ-тар для изготовления новых бутылок. Так, компания "Кока-Кола" намерена использовать 50 % переработанного ПЭТФ к 2030 году . Другие области использования включают производство щетины для щёток уборочных машин, упаковочных лент, плёнок, черепицы, плитки на тротуарах .

См. также

• Коды переработки
• Фандомат

Примечания

Литература

• Бузова О.В., Новикова В.О. Переработка пластиковых отходов // Агентство международных исследований. — 2017. — С. 134—136 .
• Давид Брукс, Джефф Джайлз. Производство упаковки из ПЭТ. — ЦОП "Профессия. — Санкт-Петербург, 2010. — 368 с. — ISBN 5-93913-110-7 .

• Шишонок, Маргарита. Современные полимерные материалы. — Минск: Вышэйшая школа, 2018. — ISBN 5-04130-042-9 .
• Гоголь Э.В., Мингазетдинов И. Х.,Гумерова Г. И. , Егорова О.С., Мальцева С. А., Григорьева И. Г., Тунакова Ю. А. Анализ существующих способов утилизации и переработки отходов полимеров // Вестник Казанского технологического университета. — 2013. — С. 163—167 .
• Дарбишева П. Г. Современные проблемы вторичной переработки // Бюллетень науки и практики. — 2016. — № 5 . — С. 141—144 .
• Керницкий В. И., Жир Н. А. Переработка отходов полиэтилентерефталата // Полимерные материалы. — 2014. — № 8 . — С. 11—21 .
• Курамшин А. Жизнь замечательных веществ. — АСТ. — 2017. — 400 с.
• Петров А. В., Дориомедов М.С., Скрипачев С.Ю. Технологии утилизации полимерных композиционных материалов (обзор) // Труды Виам. — 2015. — № 8 . — С. 62—73 . — doi : .
• Потапова Е. В. // Известия Байкальского государственного университета. — 2018. — Т. 28 , № 4 . — С. 535—544 . — doi : .
• Greenpeace Россия. Будущее в мусорной корзине: как бизнес принимает неверные решения по проблеме пластикового загрязнения. — Greenpeace, 2019.