Återvinning av PET-flaskor är processen att omvandla PET-flaskor till ett nytt material, undvika utsläpp av polyetentereftalat i miljön och minska mängden avfall som skickas till deponier . Huvudsyftet med återvinning är att hushålla med resurser som råvara. PET-flaskor kan återvinnas helt, samtidigt som de tar cirka 150 år att sönderfalla på deponier [1] . Den vanligaste metoden för PET-flaskor är återanvändning och återvinning till nya typer av material och produkter. Starkt förorenade och olämpliga för återvinning PET-flaskor bränns för att generera energi [2] .
PET eller polyetylentereftalat (PET) är en polymer skapad av en kombination av två monomerer : modifierad etylenglykol och renad tereftalsyra [3] . Materialet syntetiserades första gången 1939 och patenterades 1941 av de brittiska Calico-skrivarna John Winfield och James T. Dixon [4] 1] . I Sovjetunionen utvecklades materialet oberoende av brittiska experter 1949 och fick namnet "lavsan", för att hedra laboratoriet för makromolekylära föreningar vid Vetenskapsakademin , där det först erhölls [5] [6] . På 1950- och 1960-talen användes polymeren främst för tillverkning av syntetiska fibrer [7] .
Uppfinningen av PET-flaskan förknippas med namnet på den amerikanske uppfinnaren Nathaniel Wyeth , som 1967 funderade på möjligheten att förvara läsk i en plastflaska. 1973 patenterade han flasktillverkningsprocessen [8] . De första kommersiella testerna av PET-flaskor genomfördes 1975-1976, men revolutionen inom tillverkningen av plastbehållare började 1977, när amerikanska Food and Drug Administration (FDA) förbjöd Coca-Cola-företaget att tillverka flaskor av Lopac-hartser - det dåvarande alternativet till glasbehållare. Företaget fick leta efter nya material för massproduktion av hållbara och billiga flaskor. Till en början planerade Coca-Cola att tillverka PET-flaskor själv, men efter testning 1976 överfördes tekniken till andra tillverkare. I slutet av året tillverkades de första PET-behållarna av Amoco Containers och en vecka senare av Hoover Universal [9] . Även 1977 återvanns den första PET-flaskan [8] .
Låga produktionskostnader, hög hållfasthet, vattenbeständighet, transparens, ökad plasticitet och förmågan att behålla sina egenskaper gör PET-flaskor till en av de vanligaste plastförpackningarna [10] [11] [12] . I Ryssland står PET-flaskor för mer än 80 % av produktionen av allt PET-material [13] [3] . Varje sekund produceras 20 000 PET-flaskor i världen och cirka 1 000 000 säljs varje minut [14] . PET utgör en betydande del av de drygt 50 kilo plastavfall som en genomsnittlig person skapar varje år [15] [16] .
Omkring 9 500 000 ton plast kommer ut i haven varje år , vilket resulterar i att stora fiskar och däggdjur dör [17] , men i hela historien om tillverkning och aktiv användning av materialet har endast 9% återvunnits - det mesta avfallet ackumuleras i deponier eller sönderfaller i naturen [18 ] [19] [18] . Och samtidigt är PET den mest återvunna plasten i världen: nivån av återvinning av materialet i USA når cirka 30 % och i EU :s länder - 50 % [3] . Samtidigt, 2016, samlades mindre än hälften av PET-flaskorna in för återvinning, och endast 7 % av de insamlade användes för att tillverka nya flaskor [20] . PET-plaster identifieras med identifikationskoden "1" - som regel är symbolen placerad i botten av flaskan [21] .
Det finns flera huvudsakliga sätt att separera plastinsamling som används runt om i världen. Avlämningssystemet (” ta till”) innebär att befolkningen levererar avfall till särskilt utsedda platser. Denna metod initieras huvudsakligen av regionala myndigheter eller implementeras av stora stormarknader eller offentliga organisationer. Typiskt är avfallskärl konformade öppningsbehållare med två hjul och en nätram. Om ett sådant system är väl avlusat kan nivån på förpackningsregenerering i regionen nå 40-50 % [22] .
Trottoarkantsplanen ( "vid trottoarkanten") innebär insamling av sopor genom containrar installerade direkt intill husen. Metoden är den mest effektiva - trottoarkantsschemat låter dig samla upp till 60 % av paketet [22] .
I utvecklade länder är varuautomater , även kända som varuautomater, vanliga. De används främst för att samla in plastbehållare från drycker. Automaterna är installerade i de regioner och länder där ett pantförpackningssystem har införts - en del av förpackningskostnaden ingår i kostnaden för drycken och returneras till köparen vid leverans av materialet. Typiskt identifierar dessa maskiner materialet i behållaren med hjälp av en streckkod , materialsensor eller videobild, och sedan flyttas flaskan till förvaringssektionen, där den ofta förvaras i pressad form. I utbyte får konsumenten polletter eller checkar för att byta mot vissa varor eller returnera depositionen [22] [23] .
I de flesta fall utförs sortering av materialet på bearbetningsanläggningen. Manuell sortering och separering av flaskor sker efter formen, graden av kontaminering, typen av material [24] [25] , ibland - enligt materialets färger [26] . Till exempel, i Ryssland sorteras PET i fyra huvudfärggrupper: mörka färger (svart, brun), blågrön, transparent och andra. Med manuell provtagning från transportören kan en arbetare välja högst 140 kg PET-flaskor per timme [23] .
Företag kan använda automatiska igenkännings- och sorteringssystem, men trots den ökade produktiviteten och effektiviteten är sådana system dyra [24] . Sådana system fungerar med peksensorer och skannrar som läser av en specifik typ av polymer. I länderna i Europeiska unionen används sådana maskiner för att sortera plast från separata uppsamlingsbehållare [23] .
Mekanisk återvinning är det mest effektiva sättet att återvinna PET-avfall. Det resulterande återvunna PET-materialet används antingen som det är eller blandas med jungfruligt material och återvinns för att producera önskade produkter [27] [28] . Mekanisk återvinning kräver ingen speciell dyrbar utrustning och är relativt lätt att implementera [25] .
Efter sortering sker en preliminär separering av icke-plastkomponenter, såsom trasor, rester av pappers- eller träbehållare, metaller och andra föremål [2] . För att underlätta processen att sortera och dekontaminera avfallsmaterial kan PET-flaskor förtvättas med ånga och kemikalier för att separera polyvinylklorid (PVC) från PET - genom att passera genom en varmvatten- eller lufttrumma kommer flaskor som innehåller PVC att ändra färg och bli något brunt, vilket i hög grad underlättar identifieringen av materialet [3] . Plasten strimlas sedan till en storlek som är tillräcklig för att möjliggöra ytterligare bearbetning [2] . Flingrens renhet är avgörande för att upprätthålla värdet av återvunnen plast [3] [26] .
Vidare tvättas plasten helt från organisk och oorganisk förorening genom användning av tvättmedel och vatten, som kan nå 80 grader [2] . Sköljning med vatten garanterar borttagning av rester av smuts och rengöringsmedel [3] [2] . Därefter bearbetas den torkade plasten i termiska installationer för att erhålla en smälta av en homogen konsistens - recirkulera [28] [25] . Därefter skickas det redan smälta materialet till extrudern för bildning av mellangranulat eller direkt sekundära produkter [25] . För att implementera processen används krossar, granuleringsanläggningar, anordningar för agglomerering av sekundära massor, blötläggnings- och rengöringssystem, automation, hanteringsutrustning [25] [2] . I slutskedet bearbetas materialet till en färdig produkt [2] [26] .
Nackdelarna med mekanisk återvinning anses vara den höga energiintensiteten i processen, svårigheten att kontrollera malningsstorleken och den begränsade återanvändningen av material [28] . Dessutom bromsar behovet av att sortera, separera och rengöra plastprodukter avsevärt återvinningsprocessen. Grundlig rengöring är tekniskt svårt att utföra, särskilt om plastavfall har samlats på deponier under lång tid [25] . Ett annat problem är den möjliga närvaron av PVC i flaskornas sammansättning, eftersom även med noggrann sortering finns det alltid möjligheten att ytterligare föroreningar kommer in i det sekundära materialet [29] [26] .
Dessutom kan plast inte återvinnas på obestämd tid. Polymerfibrer åldras varje gång, kvaliteten på den resulterande produkten försämras gradvis. Som ett resultat av detta måste plast som har återvunnits flera gånger i denna cykel fortfarande kasseras [30] .
PET-material som inte är lämpliga för återvinning (på grund av förorening eller ett stort antal användningscykler) kan kasseras i förbränningsugnar , inklusive företag som är designade för energiavfallshantering . PET anses vara ett av de säkraste plastbränslena, eftersom inga dioxiner frigörs vid förbränning [23] [30] .
Under termisk nedbrytning bryts polymermaterialet ner till lågmolekylära föreningar som dimetyltereftalat och etylenglykol , vilket resulterar i frigörande av energi. För detta används vanligtvis processerna pyrolys och katalytisk termolys [23] . Som ett resultat av termisk depolymerisation erhålls både en blandning av kolväten lämpliga för att skapa syntetiska bränslen och nya plastmaterial [31] . Under depolymeriseringsprocessen bryts monoplaster som PET-flaskor ner till monomerer som kan återvinnas till nya PET-material [32] .
KemiskI denna process genomgår PET-materialet depolymerisation när det utsätts för kemikalier som metanol , etylenglykol , syror eller alkalier . Denna lovande bearbetningsmetod är under utveckling och har precis börjat användas i ett antal länder. Kemiska metoder är ofta mer energikrävande och mer komplexa än mekanisk återvinning [33] , men tillåter behandling av PET-avfall av lägre kvalitet [23] .
Det finns experimentella metoder för att få fram ovanliga material från PET-råvaror.
StrålningNär man använder strålningsmetoden bryts makromolekylernas kemiska bindningar med hjälp av neutroner , gammastrålning eller beta-partiklar . Som ett resultat av foto och termisk oxidativ nedbrytning bildas lågmolekylära produkter, som sedan kan användas i biocykliska processer. Strålningsmetoden för bearbetning av PET är till stor del experimentell, den används inte i Ryssland [23] .
Omvandling till alternativa former av kolVid Institutet för högtrycksfysik vid Ryska vetenskapsakademin har en metod utvecklats som gör det möjligt att återvinna PET, erhålla diamanter eller grafitliknande kol från det. Den består i att värma plast under tryck med hjälp av en press och en speciell kammare som kan skapa tryck upp till 9 GPa (≈888 atm.) och temperaturer upp till 1900 K (1627°C). Så, vid ett tryck på 8 GPa och en temperatur på 1300 K , erhålls diamanter upp till 10 mikron i storlek , som kan användas för att tillverka värmebeständiga slipmedel eller enkristallmikroverktyg . Om syntesparametrarna reduceras till till exempel till 2 GPa och en temperatur på 1000 K, erhålls grafit som ett resultat av experimentet ; vid 2–3 GPa och en temperatur på 700 K erhålls grafitliknande kol [30] .
Nedbrytning av bakterien Ideonella sakaiensis2016 blev det känt att japanska forskare upptäckte bakterien Ideonella sakaiensis 201-F6, som kan bryta ner PET-material till tereftalsyra och etylenglykol. Organismer förstör inte bara materialet, utan använder det också för energi. Enligt experiment kan bakterier bearbeta en tunn (upp till 0,2 mm) film på sex veckor vid en temperatur på 30°C [34] [35] . Således kan PET-partiklar som finns kvar i jorden bryts ned av bakterier som livnär sig på kolet som finns i materialet . I processen producerar bakterierna de två enzymer som behövs för att bryta ner den . Dessa enzymer kan isoleras från bakterier och användas i plaståtervinning. Samtidigt går nedbrytningsreaktionen mycket långsamt – för bearbetning av PET i industriell skala kommer en genetisk modifiering av bakterien att krävas [30] .
Den utbredda användningen av livsmedelsklassad PET-plast har gjort det till ett ständigt föremål för säkerhetsforskning. Från 2010 till 2012 genomförde U.S. Food and Drug Administration sin egen forskning om plastförpackningar och fann inga utsläpp av skadliga ämnen, särskilt när förpackningen användes en gång. Den enda risken är bakteriell kontaminering från upprepad användning av behållaren. Andra studier har varken funnit mutagena eller hormonella effekter [36] . Samtidigt finns det en risk att olika lågmolekylära kemiska föreningar som finns kvar i polymeren efter syntes under vissa förutsättningar kan migrera från den till produkten [37] . Så, testning visade att antimon frigörs från vissa plastflaskor till vätskan vid upprepad användning , som finns kvar i PET från antimontrioxidkatalysatorn (Sb 2 O 3 ) som används i syntesen av materialet. Nivån av ämnet överstiger dock inte den norm som fastställts för en person och utgör inte ett hot mot hälsan [37] [38] [39] . Processen att frigöra kemikalier i plastflaskor kan också ske vid långvarig uppvärmning (till exempel från en flaska som har legat i bilen i veckor i solen) [40] .
Den sekundära PET-produktionsmarknaden beror till stor del på optimering av insamling och beredning av avfall och följaktligen kvaliteten på de resulterande råvarorna [41] . Återvunnen PET av god kvalitet kan användas i nästan alla industrier, inklusive livsmedel [42] .
En av de mest populära användningsområdena för återvunnet plastavfall är tillverkning av återvunnen polyester [43] [41] . I europeiska länder återvinns cirka 70 % av återvunnen PET till polyesterfibrer , som används för att värma kläder, stoppa sovsäckar och mjuka leksaker. Fördelen med polyester framför andra material är att materialet torkar snabbt och inte ändrar storlek och form vid tvätt [44] . Återvunnet material inkluderar nylon , organza och taft . Samtidigt skapar vissa tillverkare kläder helt av återvunnet PET-material. Så för en T-shirt behöver du cirka 7 flaskor, för en tröja - 40, och fyllmedlet för en skidjacka kommer att kräva cirka 14 flaskor [45] [46] [47] . Återvunnet PET-material används för tillverkning av behållare för tvättmedel och hushållskemikalier. Material av dålig kvalitet kan vara användbart vid tillverkning av råmaterial vid tillverkning av lim och emaljer [41] . Många företag satsar allt mer på återvinning av PET-behållare för att göra nya flaskor. Coca-Cola-företaget avser alltså att använda 50 % av återvunnen PET till 2030 [3] . Andra användningsområden inkluderar tillverkning av borstborst för sopmaskiner, förpackningsband, filmer, takpannor, trottoarplattor [1] [29] .
| Återvinning | ||
|---|---|---|
| Återvinningsbart material |
| |
| Produkter |
| |
| Enheter |
| |
| Begrepp |
| |
| se även |
| |
| ||
| Paket | |
|---|---|
| Grundläggande begrepp |
|
| Specialiserade förpackningar |
|
| Behållare |
|
| Material och komponenter |
|
| Processer |
|
| Mekanismer |
|
| Miljö, efterföljande användning |
|
| Kategori: Förpackningar | |