Способы борьбы с пластиковыми отходами

10 способов решения проблемы пластикового загрязнения

Микропластик стал одной из главных проблем последнего времени. Современные стратегии очистки среды пытаются смягчить негативные последствия этого процесса, но не в состоянии противостоять растущему количеству пластика. Группа ученых из Португалии, Франции и Канады предложила 10 способов решения проблемы пластикового загрязнения и микропластика. Наш корреспондент перевела статью об этом с английского языка.

Регулирование производства

На уровне производства использование пластмасс можно сократить следующими способами:

применять альтернативные, переработанные или биоразлагаемые материалы;

совершенствовать конструкции изделий с целью уменьшения количества пластика, увеличения срока службы продукта, его ремонта и повторного использования;

повышать перерабатываемость материалов ограничением количества полимеров, добавок и смесей;

запрещать определенные виды одноразового пластика,

оценивать жизненный цикл продукта и упаковки – это помогает выявить способы улучшения экологических параметров продукции на разных этапах ее использования.

Экодизайн

Создание экологического дизайна включает следующее:

упаковка товаров с возможностью ее повторного использования и переработки;

применение менее энергоемких материалов;

разработка эффективных конфигурации для удобной доставки, то есть нужно придумать такую форму продукта, которая позволит за одну транспортировку перевезти как можно больше единиц товара.

Но реализация экодизайна может потребовать больше энергии или снизить срок службы продукта. Такие факторы тоже нужно учитывать и находить компромисс.

Сокращение потребления пластика

Снижать потребления пластмасс выгодно, но иногда труднодоступно из-за небезопасности хранения пищевых продуктов и отсутствия удобства. Тем не менее, возможно избегать ненужной упаковки (например, двойной) или выбирать экологичные альтернативы.

Растущий спрос на товары, не содержащие пластмассы, в свою очередь вынудит компании изменить дизайн своей продукции.

Повышение осведомленности населения

Повышение осведомленности потребителей о влиянии их выбора на окружающую среду является долгосрочной стратегией. Ее можно обеспечить посредством формального образования: в школах, вузах, или неформального – новости, ролики. Интерес к экологическим проблемам растет и поддерживается бесплатными онлайн-курсами, лекциями и мероприятиями, тематическими мобильными приложениями.

В поисковых системах и социальных сетях растет статистика запросов по ключевому слову «микропластик». В медиа увеличилось количество материалов на эту тему. Тем не менее, снижение потребления пластика зависит в первую очередь от наличия альтернатив без него.

Расширенная ответственность производителя за отходы

Компании должны стремиться к сокращению отходов и нести ответственность за мусор, произведенный их продуктами, в рамках расширенной ответственности производителя. Заключается она в соблюдении нормативов утилизации, подписании договоров с переработчиками и уплате экологического сбора.

Рекомендуется стимулировать ответственность производителя субсидиями переработчикам и компаниям, которые используют вторичное сырье, и присуждением премий.

Совершенствование системы сбора и утилизации отходов

Управление отходами основано на концепции 4R: отказ, сокращение, повторное использование, переработка. Несмотря на то, что приоритетом является сокращение и повторное использование, с упаковкой это трудноосуществимо. Она требует восстановления, сортировки и повторного заполнения. Это недопустимо для продуктовой промышленности, но такой материал можно применять для упаковки непродовольственных товаров.

Таким образом, отходы следует перерабатывать и использовать повторно в качестве сырья или для производства энергии. Только конечные отходы, такие как зола, нужно вывозить на свалку. Для контроля за этими процессами необходимо разработать интегрированную систему управления отходами.

Внедрение таких систем стоит дорого. Развивающиеся страны не могут сразу перейти на такие сложные технологии. Международное сотрудничество должно помочь бедным странам знаниями и субсидиями.

Переработка отходов

Переработка пластмасс представляет собой сложный процесс, включающий следующие этапы:

сбор отходов потребителями;

отделение вторсырья и удаление загрязняющих веществ;

сортировка по полимеру и цвету;

получение гранул из каждого полимера и цвета;

продажа гранул компаниям-производителям.

Переработка незагрязненных материалов дает высококачественную пластмассу. При этом при переработке загрязненных отходов получается пластик низкого качества, его можно использовать в строительных материалах, текстиле. В идеале переработанные пластмассы должны использоваться долгое время. Они могут быть включены в асфальт, бетон для улучшения их свойств.

По мнению ученых, переработка пластмасс обычно экономически нецелесообразна, но может привести к отдаче в предприятиях замкнутого цикла. Производителям необходимы поставки сырья стандартного качества, которое иногда трудно достичь при переработке. Эту проблему можно решить, увеличив скорость рециркуляции и качество получаемых материалов.

Переработка электронных отходов

Электронные отходы содержат смесь материалов. Переработка e-мусора начинается с разборки устройств и отделения металлов от пластика, затем компоненты сортируют. Рециркуляция пластмасс усложняется загрязняющими веществами: краска, бромированные элементы.

Замена пластика биоразлагаемыми материалами, изменение дизайна электроники для уменьшения количества полимеров снизят воздействие электронных отходов на окружающую среду.

Сейчас немногие пластмассы из электронных отходов пригодны для вторичной переработки, но большинство из них можно использовать для получения энергии.

Получение энергии из отходов

Отходы можно преобразовать в пар, тепло, электричество и топливо.

Это выгодно по следующим причинам:

высокая экономия энергии в сравнении с переработкой пластика;

не требует предварительной обработки отходов;

можно использовать смешанные или загрязненные отходы;

этим можно заменить ископаемое топливо.

Но есть и недостатки: нужны долгосрочные инвестиции, в атмосферу выбрасываются опасные вещества, но этого можно избежать, используя вторую камеру сгорания.

Сжигание требует дорогостоящего и усовершенствованного контроля загрязнения воздуха из-за неоднородности отходов, выброса токсичных веществ (мономеров или добавок из пластмасс) и большого количества CO2. Эти проблемы оправдают себя, если топливо из отходов полностью заменит ископаемое топливо.

Биоразлагаемый пластик

Биополимеры или биопласты представляют собой полимеры, полученные из возобновляемого сырья. Они разлагаются на воду, диоксид углерода и органические вещества под действием микроорганизмов.

Биоразлагаемые полимеры актуальны для товаров с коротким сроком службы: одноразовые приборы, пленка, упаковка. Но остается много неопределенностей: сложность в обращении с отходами, необходимость специальных установок для сбора и компостирования, низкие объемы производства и высокие затраты на него и др.

Эти недостатки, вероятно, уменьшатся, когда будут найдены устойчивые решения. А пока неразлагаемые пластмассы могут быть частью круговой экономики при условии правильной переработки/утилизации и сокращении выбросов парниковых газов.

Выводы и рекомендации

Краткосрочные меры:

Регулирование производства пластика запретами или налогами на пластмассовые изделия, которые вредны для окружающей среды.

Сокращение потребления пластмасс за счет удаления ненужной упаковки, маркировки, повышения осведомленности и предоставления экологически чистых альтернатив.

Увеличение спроса на переработанные пластмассы за счет льгот или налогов на первичный пластик.

Среднесрочные меры:

Внедрение систем сбора отходов, которые приведут к их сокращению.

Преобразование отходов в энергию.

Сокращение и переработка отходов, образующихся в процессе производства.

Долгосрочные меры:

Использование возобновляемой энергии при сборе и переработке отходов.

Внедрение оценки жизненного цикла каждого продукта для улучшения экодизайна.

Использование биоразлагаемого пластика в тех случаях, когда компостирование выгодно.

Улучшение вторичной переработки электронных отходов.

Поскольку пластиковый морской мусор не знает границ, требуется международное сотрудничество для улучшения систем управления отходами во всех странах или хотя бы прибрежных. По мере стабилизации концентрации пластика в океанах можно удалять его из окружающей среды, отправляя на утилизацию.

Перевод с английского: Елена Копченкова

Источник

Загрязнение пластиком: как полностью уничтожить полимер, из которого делают буквально все

Суша и океаны Земли со стремительно наполняются пластиковым мусором: до сих пор не определен единый способ избавления Земли от него. Ученые регулярно изобретают новые способы бесследно уничтожить самый популярный полимер, рассказываем о них подробнее.

Читайте «Хайтек» в

Как разлагается пластик

Среднее время разложения пластмассовых изделий, созданных по разным технологиям, колеблется от 400 до 700 лет. Полиэтиленовые пакеты, которые повседневно используются людьми, в природе разлагаются от 100 до 200 лет. Это обратная сторона прочности и долговечности пластиковых изделий.

Основные опасения связаны с тем, что пластмассы, попадая в землю, распадаются на мелкие частицы и могут выбрасывать в окружающую среду химические вещества, добавленные в них при производстве. Это может быть хлор, различные химикаты, например, токсичные или канцерогенные антивоспламенители. Эти химические вещества могут просочиться в грунтовые воды или другие ближайшие источники, что может нанести серьезный вред тем, кто пьет эту воду.

Кроме того, так называемый биоразлагаемый пластик по мере разложения может высвобождать метан, который является очень сильным парниковым газом, что вносит существенный вклад в глобальное потепление.

При попадании на полигоны пластик не представляет потенциально никакой угрозы, так как полигон — специальное инженерное сооружение, которое создается для защиты окружающей среды и здоровья человека и препятствует загрязнению в том числе почвы и подземных вод.

Большинство вреда наносит именно тот пластик, который выбрасывает сам человек в непредусмотренных для этого местах или который оказывается на стихийных свалках.

Также компании сегодня разрабатывают новые способы ускорить процесс разложения пластика и придумывают новые виды биоразлагаемых пластиков, которые распадаются за три-шесть месяцев.

Такие материалы делаются не из нефтепродуктов, как обычные, а из крахмала, жиров, кукурузы или других биомасс. Но для увеличения производства этих материалов придется расширять посевные земли за счет сокращения лесов и других природных зон.

Виды переработки пластика

Среди физических методов самым распространенным является механический рециклинг. Способ состоит в измельчении, дроблении и перетирании пластиковых материалов для получения рециклата — полимерного материала, впоследствии используемого для изготовления других пластмассовых изделий.

На первом этапе отходы сортируют по типу пластика, состоянию материала и степени загрязненности. Затем материал проходит этап предварительного дробления. Впоследствии пластмассу заново сортируют, моют и высушивают, а затем 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 и грануляционные установки

В результате этого метода из пластмасс формируются новые материалы. Химический рециклинг используется для переработки полимерных молекул, в результате которого образуются новые структуры, впоследствии используемые в качестве сырья для производства новых продуктов.

Многие крупные международные компании, такие как Adidas, Unilever, P&G, Danone and Interface, активно инвестируют в развитие этого направления. В его основе лежит процесс деполимеризации или химического разрушения полимерного связующего.

В результате процесса образуется готовое вторсырье, такое как новый пластик (полимеры), мономеры для изготовления нового пластика, нафта для производства нового пластика и химических веществ, основные химикаты, такие как метанол, транспортное топливо для авиации и автомобилей, воски для свечей и мелков, а также синтетическую сырую нефть.

Преимуществом химического метода является возможность перерабатывать пластик, когда его разделение для механического рециклинга либо экономически неэффективно, либо технически невозможно. Чаще всего метод используется для переработки загрязненного материала.

Гидролиз и гликолиз

При гидролизе пластик взаимодействует с водой в кислой, щелочной или нейтральной среде. В результате происходит деполимеризация материала и расщепление на мономеры.

Сольволиз является наиболее часто используемым методом химического рециклинга и реализуется с использованием широкого диапазона растворителей, температур, давлений и катализаторов, таких как сверхкритическая вода и спирты.

В роли катализатора выступают соли щелочных металлов. По сравнению с пиролизом для процесса сольволиза необходимы более низкие температуры. В процессе образуются восстановленное волокно и химическое вещество, которое впоследствии может быть использовано для коммерческих целей.

В основе метода лежит расщепление пластмассы при помощи метанола в резервуарах с высокими температурами. В процессе используются катализаторы, такие как ацетат магния, ацетат кобальта и диоксид свинца.

В России был разработан процесс утилизации пластика в компоненты жидкого топлива с использованием катализатора разового действия на основе шламов некоторых металлургических производств. Изначально пластмассовые отходы измельчаются, а затем с добавлением катализатора поступают в реактор, где смесь нагревается свыше 400 °C.

Полученная в результате реакции смесь углеводородов подается на сжигание как готовое котельное топливо, которое также может работать в качестве пластификатора некоторых компонентов дорожного покрытия. Впоследствии продукт может быть переработан с целью получения бензина, дизеля и мазута.

Преимуществом метода является низкое энергопотребление, а из недостатков выделяется сложность контроля процесса и технологического оборудования по причине необходимости вести процесс при высоком давлении.

Механизмы термической деструкции полимеров классифицируются по содержанию кислорода на несколько видов: пиролиз, метанолиз, газификация, сжигание.

Пиролиз является одним из самых эффективных, но при этом дорогостоящих способов переработки пластика. При использовании метода пиролиза отходы обрабатываются под воздействием высоких температур в специально оборудованных камерах без доступа кислорода. В результате химического процесса образуются газ, тепловая энергия и мазут.

При расщеплении пластиковых отходов методом пиролиза получают бензиновую фракцию, которая может достигать до 80% от массы исходного сырья.

Процесс подразумевает термическое разложение пластиковых отходов при различных температурах (300–900° C) в условиях отсутствия кислорода, в результате чего происходит термическое разложение и высвобождение содержащихся в пластике частиц водорода. Образуется ряд углеводородов, которые можно использовать в качестве основ топливных веществ.

Пиролиз разрушает 99% вредных сложносоставных веществ, которые входят в состав пластика, что делает его одним из самых экологичных вариантов переработки отходов, однако требует большого количества энергии.

При газификации из несортированного грязного материала образуют синтетический газ, который впоследствии может быть использован как для постройки новых полимеров, так и для вырабатывания тепловой и электрической энергии, метанола, электричества, кормовых белков и различной биомассы.

Отходы обрабатываются потоком плазмы при температуре 1 200 °C, благодаря чему разрушаются токсичные вещества и не образуется смолы. Впоследствии мусор превращается в пепел, который часто прессуют в брикеты и закладывают в фундамент зданий. Метод газификации приобрел особую популярность в Японии.

Главным достоинством метода является возможность перерабатывать пластик без сортировки. Среди недостатков отмечается высокая вероятность выброса вредных газов в атмосферу.

Экспериментальные методы

Термическая деполимеризация является одним из экспериментальных физико-химических способов. Он построен на процессе пиролиза с использованием воды. 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. Термическая деполимеризация позволяет перерабатывать смешанные виды пластиков, однако создает потенциально опасные побочные продукты.

Радиационный метод основан на использовании высокоэнергетического излучения для разрушения полимерной матрицы, при этом физические характеристики наполнителя остаются неизменными. Предполагается, что в будущем этот все еще экспериментальный метод ставит основным способом утилизации армированного пластика.

Среди недостатков процесса выделяют повышенную радиационную нагрузку на человека и окружающую среду. Более того, утилизации подвергаются только тонкослойные пластики.

• Разложение микробами из желудка коров

Исследователи из Австрии обнаружили, что бактерии из рубца коровы, одного из четырех отделов ее желудка, могут разрушать пластик.

Ученые предполагали, что такие бактерии могут быть полезны, поскольку в рационе коров есть натуральные растительные полиэфиры: они схожи по структуре с пластиком.

Авторы работы рассмотрели три вида полимеров: ПЭТ, PBAT и полиэтиленфураноат. В результате выяснилось, что все три пластмассы можно разрушить микроорганизмами из желудков коров, причем пластиковые порошки разрушаются быстрее, чем пластиковая пленка.

Проблема загрязнения пластмассами может быть решена с помощью жуков, широко распространенных в Корее. Личинки жуков из отряда жесткокрылых (Plesiophthophthalmus davidis) могут разлагать полистирол. Кишечная флора насекомого может окислять и изменять поверхностные свойства полистирольной пленки.

В виде монтажной пены

Новозеландские ученые разработали метод превращения биоразлагаемых пластиковых ножей, ложек и вилок в пену, которую можно использовать в качестве изоляции стен или во флотационных устройствах.

В качестве эксперимента ученые поместили столовые приборы в специальную камеру, заполненную углекислым газом. Изменяя уровень давления, исследователи наблюдали, как диоксид углерода расширился внутри пластика, создавая пену, в дальнейшем ученые получили и пенопласт.

Каждый раз, когда пластик перерабатывается, он немного теряет свою прочность. Но для пенопласта это неважно: во многих областях применения от него не требуется прочности. Этот материал используют в качестве изоляции для стен или во флотационных устройствах.

В виде ванилина

Шотландские ученые разработали уникальный способ переработки пластиковых отходов. С помощью генномодифицированных бактерий его превратили в ароматизатор ванилин.

Два исследователя из Эдинбургского университета в Шотландии с помощью генной инженерии создали бактерии для преобразования терефталевой кислоты в ванилин. Дело в том, что оба вещества отличаются похожим химическим составом. В итоге бактериям нужно лишь внести незначительные изменения в количество атомов водорода и кислорода, связанных с одним и тем же углеродным «скелетом».

В виде топлива и смазочных материалов

Ученые из США придумали способ переработки пластика в полезные материалы. Их сразу можно использовать в качестве реактивного или дизельного топлива и смазочных материалов.

Исследователи из Центра инноваций в области пластика при Делавэрском университете (CPI) в США разработали прямой метод преобразования одноразовой пластиковой упаковки (пакеты, упаковки из-под йогурта, пластиковые бутылки, крышки от бутылок и другие) для использования в качестве реактивного или дизельного топлива и смазочных материалов.

Исследователи использовали новый катализатор и уникальный процесс для быстрого разрушения трудно перерабатываемых пластмасс — полиолефинов. На их долю приходится 60–70% всех производимых сегодня пластмасс.

Проблемы переработки пластика

Самая большая трудность переработки пластиковых отходов заключается в высокой стоимости сбора и переработки материалов — пластики редко представлены в «чистом» виде и чаще всего представляют собой комбинацию из полимеров различных типов.

Вместе с загрязненностью поступающего материала это делает процесс сортировки и очистки трудоемким и затратным. Более того, система организованного сбора и переработки мусора осуществляется только в ограниченном количестве стран.

Таким образом, большинство пластиковых отходов не подвергается рециклингу и выбрасывается в окружающую среду или при более организованном подходе — сжигается.

Источник