Mosty z kompozytów termoplastycznych powstałych z recyklingu tworzyw sztucznych

Przedmiotem artykułu jest przedstawienie możliwości recyklingu odpadów OTS przez ich wykorzystanie do produkcji elementów budowlanych, służących do budowy obiektów mostowych.

Osiągnięcie celów zrównoważonego rozwoju w Unii Europejskiej ma zostać dokonane poprzez implementację różnego typu dokumentów, wśród których jednym z ważniejszych jest Komunikat COM(2014) 398 Ku gospodarce o obiegu zamkniętym: program „zero odpadów” dla Europy. Według jego założeń gospodarka o obiegu zamkniętym (ang. circular economy) oznacza wyeliminowanie pojęcia „odpadów” i uznanie, że wszystko ma swoją wartość. Komisja Europejska zwraca uwagę, że wdrożenie gospodarki o obiegu zamkniętym przyniesie ogromne korzyści nie tylko ekologiczne, ale również i ekonomiczne. Ich wartość oszacowano w raporcie Koalicji na rzecz Gospodarki Obiegu Zamkniętego „Reconomy” [1], w którym czytamy, że „firmy są w stanie osiągnąć dodatkowe zyski na poziomie 4,5 biliona dolarów do 2030 r., właśnie dzięki wykorzystywaniu modeli gospodarki obiegu zamkniętego. Jeżeli nie wprowadzimy tej idei w życie, będzie to oznaczało nie tylko marnotrawstwo zasobów, które wyrzucamy jako śmieci, ale także niedostateczne wykorzystanie surowców naturalnych, produktów i środków trwałych”.

Jeden z największych strumieni odpadów na świecie stanowią odpady z tworzyw sztucznych (OTS). Tworzywa sztuczne (czyli popularny plastik) są stosowane w: produkcji opakowań, budownictwie, transporcie, medycynie, sporcie czy przemyśle elektrycznym i elektronicznym. Dzięki niewielkiej gęstości wyroby wytwarzane z tworzyw sztucznych są bardzo lekkie. Ponadto cechują się one doskonałymi właściwościami termo- i elektroizolacyjnymi oraz są odporne na działanie czynników powodujących korozję. Łatwo łączą się z innymi materiałami i można im nadać zróżnicowany oraz najbardziej pożądany kształt. Działem gospodarki o największym potencjale wykorzystania odpadów (w tym OTS) jest sektor budownictwa i produkcji materiałów budowlanych. Szczególnie ważna wydaje się możliwość wykorzystania odpadów w budownictwie przez ponowne ich zastosowanie jako składników do produkcji nowych elementów budowlanych (tzw. recykling).

Recykling odpadów z tworzyw sztucznych

Do tworzyw sztucznych zalicza się sześć podstawowych polimerów: politereftalan etylenu (PET), polietylen o wysokiej gęstości (HDPE), polichlorek winylu (PVC), polietylen o niskiej gęstości (LDPE), polipropylen (PP) i polistyren (PS). Światowa i europejska produkcja wyrobów z tworzyw sztucznych wynosiły w 2020 r. odpowiednio 367 oraz 55 mln ton. Największym europejskim odbiorcą tworzyw sztucznych jest przemysł opakowaniowy (40,5%), a drugie miejsce zajmuje przemysł budowlany (20,4%). W związku z tak dużą ilością produkowanych tworzyw sztucznych oraz krótką żywotnością wytwarzanych z nich produktów zagospodarowanie OTS staje się coraz większym wyzwaniem dla poszczególnych społeczeństw i całego świata. Tylko w Europie do oficjalnego strumienia odpadów w 2020 r. trafiło ponad 29 mln ton OTS. Pozytywne jest to, że po raz pierwszy więcej OTS poddano recyklingowi niż składowano na wysypiskach: 34,6% zostało wysłane do zakładów recyklingu, 40% trafiło do procesów odzysku energii, ale 23,4% nadal trafiało na wysypiska śmieci [2].

Recykling OTS jest obecnie droższy niż ich składowanie i spalanie, z wyłączeniem odzysku energii. Jednak w ostatnim czasie w związku z upowszechnianiem się idei gospodarki o obiegu zamkniętym (GOZ) obserwuje się intensywny rozwój technologii umożliwiających racjonalne zagospodarowanie OTS z wykorzystaniem recyklingu. Znane i stosowane aktualnie technologie recyklingu OTS to głównie procesy przeróbki mechanicznej (tzw. recykling mechaniczny), obejmujące: mycie, rozdrabnianie, suszenie, sortowanie (rozmiarowe, gęstościowe, kolorystyczne) oraz granulowanie. W wyniku recyklingu mechanicznego uzyskuje się rozseparowane granulaty z różnych rodzajów tworzyw, które mogą być wykorzystane w produkcji nowych wyrobów. Zwykle jednak jakość odzyskanych tworzyw sztucznych jest niska i nie nadają się one do wytwarzania produktów o wysokich cechach użytkowych. Jest to podstawowa wada recyklingu mechanicznego OTS.

Drugą metodą recyklingu OTS jest tzw. recykling chemiczny. Jego zastosowanie jest szczególnie uzasadnione w przypadku niejednorodnych i zanieczyszczonych OTS. Recykling chemiczny OTS polega na depolimeryzacji łańcuchów polimerowych na monomery bądź inne użyteczne produkty z zastosowaniem procesów: chemolizy, hydrolizy, metanolizy, glikolizy, aminolizy, pirolizy, krakingu katalitycznego, zgazowania czy też hydrotermalnego upłynniania. Niestety koszty inwestycyjne i eksploatacyjne w przypadku technologii recyklingu chemicznego są zazwyczaj znacznie wyższe w porównaniu do technologii recyklingu mechanicznego. Jednak bez zastosowania recyklingu chemicznego OTS nie jest obecnie możliwe osiągnięcie celów GOZ postulowanych przez Komisję Europejską i organizacje środowiskowe.

Materiał i elementy konstrukcyjne z recyklingu OTS

Kompozyt termoplastyczny powstający z recyklingu OTS składa się z matrycy, zbrojenia oraz różnego rodzaju wypełniaczy modyfikujących końcowe cechy kompozytu. Matrycę stanowi odpowiednio przygotowana mieszanka OTS, najczęściej tzw. poliolefinów, tj. HDPE, LDPE oraz PP. Jako surowiec są wykorzystywane głównie plastikowe butelki na wodę i mleko, pojemniki na szampony i detergenty, folie i worki opakowaniowe oraz inne plastikowe odpady postkonsumpcyjne i poprzemysłowe. Zbrojeniem matrycy są różnego typu włókna. Początkowo były to włókna drzewne (np. trociny), obecnie są to pochodzące również z recyklingu włókna szklane w osłonie polipropylenowej lub polistyrenowej. W zależności od przeznaczenia końcowego produktu mieszankę uzupełniają stabilizatory UV i pigmenty, dodawane w celu poprawy jakości i wyglądu produktu, a także środki spieniające, popioły lotne oraz żywice. Ciężar właściwy kompozytów termoplastycznych wynosi ok. 880 kg/m³.

Galeria

Zobacz więcej