Targi epla_Poznań 2010

Tendencje w recyklingu tworzyw sztucznych

Politechnika Poznańska Dorota Czarnecka-Komorowska e-mail: [email protected]

1

Plan prezentacji 1. Skala problemu recyklingu i odzysku odpadów w Polsce i Europie 2. Strategia Unii Europejskiej w sferze odpadów 3. Działania ekologiczne w dziedzinie recyklingu tworzyw sztucznych 4. Opcje odzysku tworzyw sztucznych (materiałowy, energetyczny) 5. Nowe technologie i narzędzia w recyklingu 6. Postęp technologii recyklingu i odzysku materiałów polimerowych 7. Podsumowanie 2

Wprowadzenie

Rozwój gospodarki światowej, nieustannie rozwijający się przemysł, a takŜe rosnąca liczba ludności powodują ogromny przyrost odpadów. PoniewaŜ Ŝaden proces technologiczny nie zagwarantuje stuprocentowego wykorzystania surowca, ilość odpadów nieustannie rośnie, a nasza planeta niestety nie. Zarówno „pojemność” jak i zasoby jej surowców są ograniczone.

3

Z tego względu …

powtórne przetwórstwo, zwane recyklingiem w krajach o duŜym stopniu rozwoju przemysłowego stało się priorytetowym zadaniem badawczym zarówno z punktu widzenia ochrony środowiska, jak i ekonomiczności produkcji. 4

Skala problemu odpadó odpadów

• Światowe dane statystyczne wskazują, Ŝe w ostatnich latach produkcja tworzyw sztucznych wykazuje tendencję wzrostową, a więc coraz powaŜniejszy staje się problem zagospodarowania odpadów polimerowych.

5

Wysypiska śmieci Odpady z tworzyw sztucznych, z racji zajmowania znacznych objętości w stosunku do swojej masy, stanowią główny składnik gromadzonych na wysypiskach śmieci. W Polsce – aŜ 91 %, a w Austrii – tylko 26 %

Źródło: Brunner, Bogucka: Evaluation of plastics flows …in Austria and Poland, Viena, 2007

6

Produkcja tworzyw sztucznych świat/Europa (1950 – 2008 8) mln ton

Średnio ok. 10 % rocznie

2007: 260

Przyczyny wzrostu: 2008: 245

• Łatwość pozyskiwania surowców, • Niska cena, • Niska pracochłonność, • Niska energochłonność procesu produkcji i przetwarzania w wyroby gotowe.

Świat Świat Europa

2008:60

2010

Źródło: PlasticsEurope Market Research Group (PEMRG), 2009.

Przyczyny spadku: • światowy kryzys gospodarczy 7

Zakres analizy dotyczy: • Tworzyw termoplastycznych • Poliuretanów • Tworzyw termoutwardzalnych • Elastomerów • Dodatków • Włókien PP • Nie dotyczy PET, PA, 8

ZuŜ ZuŜycie tworzyw przez przetwó przetwórcó rców w krajach UE + N Sz w 2008 Włochy Węgry Szwecja Szwajcaria Słowenia Słowacja Rumunia Portugalia Polska Norwegia Niemcy Malta Łotwa Litwa Irlandia Holandia Hiszpania Grecja Francja Finlandia Estonia Dania Czechy Cypr Bułgaria Belgia/Luksemburg Austria Anglia

Inne

7,7

Suma: 48,5 mln ton 2,5 11,5 4,2 5

Niemcy Włosi - 40%

2,5 4 0

2

4

6

mln ton

Źródło: Plastic Europe Market Research Group (PEMRG), 2008

8

10

12

9

ZuŜycie tworzyw sztucznych w 2008 roku PET

PUR

7%

7%

Suma: 48,5 mln ton

LDPE

Inne

LLDPE

20%

18%

HDPE

PS

11%

EPS 8% PP

PVC

18%

12% 10

Źródło: Plastic Europe Market Research Group (PEMRG), 2008

ZuŜycie tworzyw sztucznych w sektorach gosp. Sprzęt E&E

Inne 28%

6% Przemysł samochodowy 7%

Opakowania 40%

Budownictwo 21%

Suma: 48,5 mln ton 11

Źródło: Plastic Europe Market Research Group (PEMRG), 2008

Sytuacja w Polsce

W Polsce roczne zuŜycie tworzyw we wszystkich zastosowaniach wynosi ok. 60 kg na 1 mieszkańca, z czego według danych szacunkowych odzyskuje się jedynie ok. 10 %.

12

Z tego powodu podejmowane są działania zmierzające do: 1. Uregulowań prawnych dotyczących składowania

i zagospodarowywania odpadów, 2. Udoskonalania technologii produkowania

i przetwarzania tworzyw sztucznych (technologie bezodpadowe), 3. Zwiększania świadomości ekologicznej

społeczeństwa, czyli przekonywanie do aktywnego i świadomego uczestnictwa ludzi w działaniach proekologicznych prowadzonych przez instytucje państwowe i inne organizacje, 4. Popularyzacji wyrobów wykonanych

z materiałów odpadowych. 13

Strategia UE zakłada: Ochrony powietrza Zapobieganie powstawania odpadów i recykling (Waste prevention and recycling) Ochrony mórz i oceanów (Marine Environment), Ochrony ziemi (Soil) Zasobów naturalnych (Natural resources) Ograniczenie stosowania środków ochrony roślin (Pesticides) Ochrona środowiska miejskiego (Urban Environment). Przegląd tematyki zaplanowano na rok 2010.

14

Źródło: Komisja Unii Europejskiej: http://ec.europa.eu, 2009

Aktualnie obowiązujące w UE akty prawne w dziedzinie odpadów O opakowaniach i odpadach opakowaniowych Directive 94/62/EC on packaging and packaging waste (P&PW) O pojazdach wycofanych z eksploatacji (ELV) Directive 2000/53/EC on End-of-Life Vehicles O sprzęcie elektronicznym (WEEE) Directive 2002/96/EC on Waste Electric&Electronic Equipment O zakazie stosowania substancji niebezpiecznych (Pb, Cb, Hg,) Directive 2002/95/EC on the Restriction of hazardous substances in electrical and electronic equipment (RoHS)

O wysypiskach

O spalaniu odpadów

Źródło: Komisja Unii Europejskiej: http://ec.europa.eu

15

Hierarchia postępowania z odpadami w UE

Najlepsze opcje

Ochrona Minimalizacja Ponowne wykorzystanie

Najgorsze opcje

Recykling Odzysk energii Odpad (wysypisko)

16

Obecne działania prorecyklingowe w sferze odpadów z tworzyw szt. 1. Zapobieganie powstawaniu odpadów lub zmniejszenie ich ilości i szkodliwości poprzez: Rozwijanie Czystych Technologii z bardziej oszczędnym wykorzystaniem zasobów naturalnych, Projektowanie i techniczne opracowywanie wyrobów, tak aby ich wprowadzenie na rynek, zastosowanie i końcowe usuwanie miało minimalny wpływ na generowanie odpadów i szkodliwości odpadów (Design for Recykling), 2. Podjęcie kroków w celu redukowania ilości zuŜytych materiałów, 17

Działania prorecyklingowe w UE

3.Organizowanie systemów gromadzenia i segregacji odpadów dla ułatwienia ich późniejszego wykorzystania, 4.Opracowanie systemu odzysku zuŜytych opakowań, nie mniej niŜ 50%, lecz nie więcej niŜ 65% masy, 18

Działania prorecyklingowe w UE 5.

Zachęcanie, w niektórych dziedzinach, do uŜycia materiałów wtórnych powstałych z recyklingu opakowań do produkcji nowych opakowań lub innych produktów,

6.

Wprowadzenie opakowań wielokrotnego uŜytku,

7.

Opakowania zuŜyte nienadające się do recyklingu materiałowego poddawać recyklingowi termicznemu poprzez spalanie w bezpiecznych spalarniach,

8.

Wprowadzane na rynek wyrobów z recyklatów, które będą wykazywały cechy pełnowartościowych materiałów oraz, Ŝe będą mogły być stosowane ponownie, odzyskiwane i poddawane recyklingowi.

19

WdraŜanie Czystych Technologii polega to: • zwiększenie efektywności wykorzystania istniejących zasobów naturalnych, • zwiększenie wykorzystania surowców wtórnych, • zmniejszenie ilości odpadów, • zapobieganie powstawania odpadów u źródła” ich wytwarzania (czyli na początku procesu produkcyjnego), • stosowanie dostępnych najlepszych rozwiązań i technik (BAT) 20 Źródło: www.unepie.org/ UNEP Cleaner Production Definition (1990)

Minimalizacja odpadów poprzez: Zmiany w produkcie Zmiany w materiale wyjściowym Zmianę technologii (zmiany w procesie wytwarzania, zautomatyzowanie procesu), Stosowanie dobrych rozwiązań eksploatacyjnych, Poprawne funkcjonowanie systemów zarządzania i planowania produkcji. 21

Jaki jest zyski zyski z Czystej Produkcji ? Poprawa stanu środowiska Wzrost zyskó zysków ekonomicznych

Wzrost produktywnoś produktywności

Redukcja strumienia odpadó odpadów

Minimalizacja strumienia odpadó odpadów 22

Pomocne narzędzia – minimalizacja odpadów • Analiza cyklu Ŝycia • Analiza strumienia produktu (LCA) - Life przepływu odpadów Cycle Assessmet (MFA) - Mass Flow Analysis

Źródło: Oliver Cencic. TU-Vienna, Institute for Water Quality, Resources and Waste Management, 2008

23

Ocena cyklu Ŝycia produktu i procesu

24

Wniosek z LCA

Poprzez recykling 1 tony butelek z PET oszczędzamy

1,5 tony emisji CO2

25

Technologie odzysku tworzyw sztucznych Odzysk Odzysk Recykling Recykling materiałowy materiałowy

Recykling mechaniczny

Recyklaty, np. PP, PS, PET, PVC, PE

Recykling chemiczny

• Monomery • Gaz syntezowy • Olej opałowy

Źródło: PlasticsEurope, 2009

Odzyskenergii energii Odzysk Ukierunkowane spalanie (MSW)

• Energia • Ciepło • Para

Paliwa alternatywne

• cementownie •elektrociepłownie

26

Wybór opcji odzysku tworzyw sztucznych

• Wybór metody recyklingu zaleŜy od: stopnia zanieczyszczenia i od wielkości strumienia odpadów

27

Recykling chemiczny • np. Hydroliza - polegająca na rozłoŜeniu polimerów polikondensacyjnych pod działaniem pary wodnej • (surowce do ponownej produkcji poliestrów, poliamidów, poliuretanów i poliwęglanów) BASF kraking cieplny Vinyloop® ® PVC recycling process (Ferrara) Vinyloop 28

Odzysk energetyczny

• Odzysk energetyczny polega na redukcji objętości odpadów z tworzyw sztucznych i odzyskuje zawartą w odpadach energię cieplną poprzez ich spalanie. • Cechy: – Odpady mieszane i warstwowe, – Odpady zanieczyszczone, – DuŜe instalacje. Bardzo duŜy opór społeczeństwa: (NIMBY)-not in may backyard 29

Postęp odzysku tworzyw sztucznych Poziom wzrostu o ok.10 % rocznie recyklingu mechanicznego i odzysku energii

2008

Odzysk energii

Recykling mechaniczny

lllllllllll2 5lllllllllll lllllllllllll lllllllllllll lllllllllllll lllllllllllll

Recykling chemiczny

Źródło: PlasticEurope, The Compelling Facts about Plastics, 2008

30

Uzyskane poziomy odzysku w 2008 • Recykling mechaniczny i chemiczny – 21,3 % • Odzysk energii – 30 % • Spadek gromadzenia odpadów na wysypiskach śmieci (o 2,6% w stosunku do 2007).

31

Liderzy recyklingu w Europie w 2008

7 państw z EU + Norwegia, Szwajcaria, czyli: • • • • • •

Szwajcaria, Dania, Niemcy, Szwecja, Austria, Holandia

•

Belgia osiągnęły 80% poziom recyklingu.

Źródło: PlasticEurope, The Compelling Facts about Plastics, 2008

32

Recykling mechaniczny

33

Hierarchia wyrobów w recyklingu mechanicznym_2008 Butelki PET Profile okienne PVC Rury PVC Zderzaki samochodowe Styropian (EPS) Folie rolnicze Butelki HDPE 34

Tendencje w recyklingu mechanicznym Wprowadzenie zintegrowanego systemu zarządzania odpadami Poprawa metod identyfikacji tworzyw sztucznych (optoelektroniczne, spektroskopowe) Rozwój nowoczesnych technologii sortowania odpadów (automatyczne) i przetwarzania Wprowadzanie technologii bezodpadowych (np. firma Comfort Industrie Peruzzo w Świdnicy) 35

Działanie

Dązy się do poprawa jakości recyklatów

Uszlachetnianie odpadów • Tworzenie mieszanin (pierwotny/recyklat) • Wprowadzanie dodatków np. drewna, włókna, • Kompatybilizacja: – powtarzalna struktura – zwiększenie adhezji, – synergia właściwości • Restabilizacja np. HDPE, PP • PrzedłuŜanie łańcucha PET • Innowacyjne przetwórstwo (wtryskiwanie dwuskładnikowe – sandwicz)

Cel wzrost wytrzymałości wzrost sztywności wzrost temperatury mięknienia zwiększenie lepkości

36

Postęp w recyklingu mechanicznym
Wzrost recyklingu butelek PET (bottle to bottle): nowe technologie (Erema High Tech Recycling) • • •

Wzrost produkcji wyrobów z kompozytów drzewnych (WPC) Wzrost recyklingu profili okiennych z PVC (72 % odzysku) Wzrost recyklingu kabli 37

Innowacje w sortowaniu TiTech • Sortowanie wg rodzaju materiałów: PE, PP, PS, PVC, PET, EPS, ABS, papier • Recykling butelek PET: usuwanie PVC ze strumienia odpadów • SortowaniePET według koloru (niebieski, biały, itd.), • Sortowanie PE wg koloru 38

Cechy nowych systemów sortowania • • • •

Wysoka dokładność sortowania – 98 % Wysoka wydajność – 95 % Niskie zuŜycie energii DuŜa funkcjonalność i uŜyteczność

39

Przykłady segregacji

40

Innowacyjne systemy odzysku materiałów proces Sicom VW (szkło, cząstki Ŝelazne, metale cięŜkie) (pianki, włókna) (tworzywa sztuczne, guma)

41

Źródło: http://en.sicontechnology.com

Zyski z recyklingu • Ekonomiczne • Środowiskowe – Oszczędzanie surowców naturalnych – ObniŜenie emisji gazów (CO2, CH4, N2O, itd.) – ObniŜenie zuŜycia energii (dostarczona energia) – ObniŜenie zuŜycia wody (ogrzewanie, transport, i inne) 42

Oszczędzanie energii (Protokół z Kyoto, marzec 2007)

Zredukowanie emisji gazów cieplarnianych do 2020 r. o 20 % (dla 27 krajów EU) • np. w Niemczech w okresie od 1990 do 2008 r. emisję CO2 zredukowano – w przemyśle i gospodarce energetycznej o 19%, – w gospodarstwach domowych o 5 %, – w transporcie emisja wzrosła o 5% !!!

43

Koszty, euro/tona

Kluczowe korzyś korzyści z zastosowania nowych rozwią rozwiązań zań w recyklingu butelek PET Bottle to bottle

0% 20% 40%

20 100

80% 100%

wytłaczanie krystalizacja

20 120

60%

wstępne suszenie

system SSP

100 17 tradycyjna

0 vacurema

Źródło: EREMA High Tech Recycling

44

Porównanie kosztów produkcji folii (€/tona) Pierwotnego

Koszty, Euro/tona

1000 Płatka

800

Koszt tworzywa * Wstępne suszenie

600 800

Wytłaczanie 600

400 200 0

17 51 30 30

Klasyczna

0

Kalandrowanie

80 30

Aglomerowanie

0 VACUREMA

45

* W zaleŜności od aktualnej ceny rynkowej Źródło: Erema Tech Recycling

Technologie odzysku energii – dlaczego?? Wysypiska odpadów-najgorsza opcja dla środowiska Dyrektywy EU popierają działania recyklingu/kompostowania odpadów Odpady stanowią alternatywne źródło energii Wartość opałowa zmieszanych tworzyw wynosi około 40 MJ/kg (olej opałowy 44 MJ/kg)

46

Tendencje w odzysku energii w Europie •Ilość zakładów spalania odpadów komunalnych: 447

W 2008 r.- 32 % odpadów poddano odzyskowi

•Odzysk energii przez spalanie: 49 mln ton/rok

19 29

•Produkcja energii elektrycznej: 24 bilony kWh

30 14

11 18 65 29

1 3 8

1

1

•Produkcja energii cieplnej 58,5 biliony kWh

128

3 10

47 II Kongres Tworzyw Sztucznych w Polsce 2008

Źródło: CEWEP Confederation of European Waste–to-Energy Plants, 2008

47

Spalarnia śmieci we Wiedniu Obsługuje dziennie 250 śmieciarek Przyjmuje dziennie 1200 ton odpadów Przerabia ok. 250 000 ton śmieci rocznie Produkcja energii wynosi 60 mW/rok (ok. 400 dodatkowych mW) Wiedeńczycy sortują rocznie ok. 350000 ton śmieci, czyli aŜ 40% odpadów komunalnych. Tylko niewielką ich część składują na wysypiskach (26%). Powstałą w ten sposób energię wykorzystuje się do ogrzania całych dzielnic Wiednia.

II Kongres Tworzyw Sztucznych w Polsce 2008

Friedensreich Hundertwasser (1928 - 2000) architekt, pacyfista, ekolog (1988)

48

Nowe technologie spalania redukują emisje szkodliwych gazów

49

Odzysk energii z odpadów opakowaniowych

50

Inne działania środowiskowe • Projektowanie wyrobów zorientowanych na recykling (Ekoprojektowanie) • Ekoprojektowanie polega na włączeniu rozwaŜań środowiskowych w fazę projektowania, analizując cały cykl Ŝycia wyrobu od chwili nabycia surowców do końca Ŝycia wyrobu. • Ekonomia + ekologia = Ecodesign, 51

Na etapie projektowania naleŜy: • Projektować wyroby tak, aby maksymalizować w nich ilość materiałów przydatnych do recyklingu oraz pochodzących z recyklingu (recyklaty) • Uwzględniać końcowe zagospodarowanie w miejscu uŜytkowania i likwidacji wyrobów, np. przy eksportowaniu naleŜy uwzględnić, Ŝe odpady z nich będę zagospodarowane 52

52

Przykład zastosowania DfR w motoryzacji • Projektowanie nowych modeli zorientowanych na recykling • Recykling i odzysk części z aut zgodnie ELVs muszą zostać zaadoptowane w konstrukcjach nowych

53

53

KRYTERIA 3 R (w nowych modelach aut) 1. Większa ilości detali nadających do recyklingu 2. Zmniejszenie szkodliwych substancji 3. Większa wydajność demontaŜu 4. Wprowadzenie norm dot. identyfikacji wyrobów z tworzyw typu ISO 14001

54

Główne cz. do recyklingu w Note, poziom odzysku 95 % w 2005 Części z polipropylenu (PP)

Części recyklingu

Tworzywa termoplastyczne Zderzaki z polipropylenu + elastomer

55

55

Poziom moŜliwości recyklingu 95 % wyrobów z tworzyw sztucznych Części zawsze poddawane recyklingowi

Części projektowane pod recykling (DfR)

56

56

Design for Recykling (DfR) • Większy niŜ 90%* poziom recyklingu w 1998 w samochodzinie typu Nissan Sunny, • przekroczono poziom recyklingu 95% w 2007 w samochodzie roku Nissan Note. * Poziom recyklingu: Wartość podawana przez JAMA (Japanese Automobile Manufacturers Association)

57

57

Zastosowanie tworzyw wtórnych do produkcji wyrobów PET PET

Izolacja pod tablicę rozdzielczą

PP + EPDM

Element pod silnik 58

58

Perspektywy tworzyw biodegradowalnych • Przemysł opakowaniowy • Motoryzacja • Medycyna • Piłki golfowe • Podeszwy w butach sportowych • Rolnictwo 59

Przykł Przykład zastosowania tworzyw pochodzą pochodzących z odnawialnych źródeł deł energii w motoryzacji

Źródło: DaimlerChrysler, 2008

60

60

Podsumowanie 1. Wysokie poziomy recyklingu materiałowego 2. W kilku krajach europejskich Szwajcarii, Danii, Niemczech, Szwecji, Austrii, Holandii i Belgii odzyskano około 80 % zuŜytych tworzyw w 2008 roku. 61

Podsumowanie

3.

Analiza przepływu strumienia odpadów polimerowych, w tym butelek z PET, folii opakowań, wyroby z polichlorku winylu (PVC) wykazała, Ŝe nastąpił istotny wzrost zbiórki tych odpadów na skutek rosnących cen polimerów pierwotnych oraz zastosowania nowoczesnych i bardziej wydajnych technologii zbiórki i sortowania odpadów.

4.

Zaobserwowano pozytywne zmiany w rozwoju technologii innowacyjnych w recyklingu tworzyw sztucznych

62

Warunki powodzenia w dziedzinie recyklingu • Konieczność współdziałania w sferze: społecznej (akceptacja wyrobów produkowanych z tworzyw wtórnych i budowa spalarni w aglomeracjach miejskich oraz zwiększenie edukacji ekologicznej), politycznej (odpowiednie ustawodawstwo), technologicznej (projektowanie pod recykling, zwiększenie wydajności), ekonomicznej (zmniejszenie kosztów produkcji i zatrudnienia), produkcji (zrównowaŜony rozwój), środowiskowej (ograniczenie emisji CO2, analiza cyklu Ŝycia produktu).

63

Dziękuję za uwagę

II Kongres Tworzyw Sztucznych w Polsce 2008

64