НАУКА И ТЕХНОЛОГИИ

Чистый мусор: как перерабатывают пластик с помощью экологических технологий?

22/04/2022 — 17:26

Загрязнение пластиком является одной из глобальных причин гибели животных, ухудшения качества воды и почвы. Это создает проблему хранения и утилизации пластиковых отходов, что было отмечено началом мусорной реформы в России. Корреспондент Mir24.tv выяснил у экспертов, какие способы безотходной переработки пластика сейчас применяют и почему технологии биоразлагаемых полимеров могут заменить обычную переработку пластика.

Пластик – главный загрязнитель планеты

Проблема утилизации пластиковых отходов с каждым годом становится все более актуальной. Известно, что разные виды пластиковых изделий разлагаются в течение 500-1000 лет, полиэтиленовые пакеты – в течение 100-200 лет. При этом в почву, атмосферу, поверхностные и подземные воды попадают высокотоксичные соединения, такие как бисфенол А, винилхлорил, фталаты, диоксин и другие опасные вещества. Пластиковые отходы, попавшие в Мировой океан, со временем превращаются в микропластик, который накапливается в тканях морских животных и вызывает серьезные заболевания эндокринной и пищеварительной систем у человека.

«Вторичная переработка призвана решить экологическую проблему глобального пластикового загрязнения. Немаловажна и энергосберегающая роль вторичной переработки, поскольку использование вторичных отходов значительно снижает объемы потребления первичного сырья, в том числе нефти, газа и электроэнергии», – говорит основательница и главный технолог компании «Химформула» Варвара Марченкова.

Сегодня 90 % пластикового мусора в России отвозят на свалки и полигоны, и только 7 % отходов из пластика поступает на переработку. Во многом это связано с недостаточной развитостью системы раздельного сбора отходов в России. При этом переработка происходит по нисходящему циклу – даунсайклингу, в результате чего всего лишь около 17 % бутылок из ПЭТ (полиэтилентерефталат) перерабатывают в аналогичный продукт, а из остальной части производится сырье более низкого качества, которое в дальнейшем используют для выпуска технических тканей и строительных материалов.

В национальном проекте «Экология» сформулирована цель – повысить процент утилизации ТКО до 36 % к 2024 году. Ее реализация возможна за счет притока большего объема перерабатываемого сырья, растущей потребности со стороны переработчиков и применения высокоэффективных технологий переработки.

Как перерабатывают пластик

Есть три основных способа переработки пластика: механический, химический и термический. Механическая переработка – способ, при котором пластик сортируют, моют, дробят и делают гранулу. При механическом методе полимерную цепочку пластика не разрушают, а очищают, измельчают и плавят подготовленный материал.

Химический способ основывается на распаде молекул пластика до составляющих. С точки зрения идеи – этот способ выглядит эффективнее. Полимер раскладывают на молекулы и создают новое «первичное» сырье. Однако существующие технологии не носят всеобъемлющего промышленного характера. Сейчас переработка химическим способом проигрывает, с экономической точки зрения, утилизации механическим путем. Выгоднее получить гранулу, чем мономеризовать пластик, а затем снова полимеризовать его. Это очень дорогостоящие процессы, рассказывает Свидовский.

Самым эффективным способом термической переработки пластика является пиролиз. В процессе пиролиза пластик разлагается под воздействием высоких температур без доступа кислорода. Технология известна с 30-х годов прошлого века. На первой стадии пластиковые отходы сортируют, измельчают и промывают. Затем полученная масса отправляется в реактор, где под воздействием температуры в диапазоне 500-800 °С и без доступа воздуха пластик расплавляется до вязкой жидкости, после чего переходит в газовую фазу. На следующей стадии газ подвергается охлаждению и очистке, в результате получается мазут, из которого на дальнейших этапах производят дизельное топливо. Кроме мазута конечным продуктом пиролиза пластиковых отходов является зола, ее используют в качестве печного топлива.

«Таким образом, пиролиз обеспечивает производство востребованных продуктов из пластиковых отходов, а также уничтожает до 99 % вредных веществ, входящих в состав пластика. Безусловно, это одна из наиболее экологически нейтральных технологий переработки пластика», – отмечает Марченкова.

Помимо неоспоримых преимуществ у описанного процесса переработки пластика есть и несколько существенных недостатков. Побочные продукты реакции пиролиза – это парниковые газы и вредные химические соединения. Чтобы снизить риск попадания этих опасных веществ в атмосферу, производственную систему необходимо оснащать многоступенчатой системой фильтрации. Это существенно влияет на стоимость технологической линии пиролиза, которая является одной из самых дорогих на рынке оборудования для нефтеперерабатывающей отрасли.

Руководитель +1Город Максим Голованов также констатирует: «К сожалению, все вышеперечисленные способы – очень ресурсозатратные и немасштабируемые, и сегодня не существует фабричных технологий по абсолютно безотходной переработке полимеров. Из вторсырья мы можем сделать только пластик. Важно наладить в стране раздельный сбор, привить эту привычку подавляющей массе населения, строить сортировочные центры и заводы по переработке – не сжигать и не закапывать пластик, а повторно пускать его в экономику. И ждать масштабируемых решений от наших ученых».

Когда на помощь приходят «зеленые» технологии

За последние годы отрасль переработки пластика сделала значительный рывок по направлению к эффективным «зеленым» технологиям. Применение микроорганизмов, пожирающих пластик – это будущее экологичной и эффективной переработки пластиковых отходов. Известным методом биологического разложения пластика является компостирование, для которого нужны особые условия: температура, кислотность, доступ кислорода и определенные микроорганизмы.

Однако с этим методом биоразложения есть и свои сложности. Для органических полимеров важно создать условия для компостирования. Когда такая пластмасса попадает в кучу с другими пластиками, это мешает переработке обычных полимеров. Вероятность того, что органический пластик попадет в компостирование, низкая, а если не будет солнечного света или других факторов, необходимых для распада, то разлагаться он будет довольно долго, говорит генеральный директор компании «Втор-пласт» Александр Свидовский.

Примечательно, что одними из первых исследователей процессов микробиологического разложения, или так называемой биодеградации пластика, стали молодые российские ученые, продолжает Марченкова.

Анна Каширская – участница астраханской проектной группы «Зеленый город против пластика» и аспирант кафедры прикладной биологии и микробиологии Астраханского университета. В 2015 году она выделила микроскопические плесневые грибы-микромицеты. Открытию предшествовали 8 лет тщательных микробиологических исследований, в результате которых Каширская установила, что микромицеты активно питались полиэтиленом, при этом пакет потерял в начальном весе около 30 процентов, прочность пакета снизилась до 96 %, и он стал очень хрупким.

Применение микробиологического раствора, разработанного Каширской, откроет новые преимущества в борьбе с полимерным мусором. Этот раствор можно периодически распылять над полигонами с пластиком, и грибы будут методично его пожирать, что существенно ускорит процесс распада пластика. С точки зрения экономики, такой метод выгодно отличается от переработки биопластика, для которого требуются специализированные дорогостоящие биореакторы. Кроме того, продукты распада, образующиеся в процессе микробиологического разложения пластика, можно использовать в качестве удобрений.

По словам Марченковой, сегодня российские ученые продолжают поиск максимально эффективных и безопасных для экологии способов утилизации пластика. Так, в прошлом году научные сотрудники кафедры промышленной экологии, оборудования химических и нефтехимических производств Воронежского государственного университета инженерных технологий (ВГУИТ) создали специальную добавку-разрушитель полимеров.

Это вещество называется прооксидант, оно получено из отходов производства растительных масел и обладает высокими окислительными свойствами. Чтобы пластик начал активно разлагаться спустя три года использования или хранения на полигоне, достаточно добавить в его состав всего лишь один процент прооксиданта. Это открытие экспериментально подтвердили в Воронеже, на предприятии по выпуску пластиковых изделий из переработанного материала.