PET-pullojen kierrätys on prosessi, jossa PET-pullot muunnetaan uudeksi materiaaliksi, jotta vältetään polyeteenitereftalaatin vapautuminen ympäristöön ja vähennetään kaatopaikoille menevän jätteen määrää . Kierrätyksen päätarkoitus on säästää luonnonvaroja raaka-aineina. PET-pullot voidaan kierrättää kokonaan, kun taas niiden hajoaminen kaatopaikoilla kestää noin 150 vuotta [1] . PET-pullojen yleisimmin käytetty menetelmä on uudelleenkäyttö ja kierrätys uudentyyppisiksi materiaaleiksi ja tuotteiksi. Voimakkaasti saastuneita ja kierrätykseen soveltumattomia PET-pulloja poltetaan energian tuottamiseksi [2] .
PET tai polyeteenitereftalaatti (PET) on polymeeri , joka syntyy kahden monomeerin yhdistelmästä : modifioidusta etyleeniglykolista ja puhdistetusta tereftaalihaposta [3] . Materiaalin syntetisoivat ensimmäisen kerran vuonna 1939 ja patentoivat vuonna 1941 brittiläiset Calico Printers John Winfield ja James T. Dixon [4] 1] . Neuvostoliitossa materiaali kehitettiin itsenäisesti brittiläisistä asiantuntijoista vuonna 1949, ja se nimettiin "lavsaniksi" tiedeakatemian makromolekyyliyhdisteiden laboratorion kunniaksi , josta se ensimmäisen kerran hankittiin [5] [6] . 1950- ja 1960-luvuilla polymeeriä käytettiin pääasiassa synteettisten kuitujen valmistukseen [7] .
PET-pullon keksintö liittyy amerikkalaisen keksijän Nathaniel Wyethin nimeen , joka vuonna 1967 pohti mahdollisuutta säilyttää soodaa muovipullossa. Vuonna 1973 hän patentoi pullonvalmistusprosessin [8] . Ensimmäiset PET-pullojen kaupalliset testit tehtiin vuosina 1975-1976, mutta vallankumous muovipakkausten valmistuksessa alkoi vuonna 1977, kun Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkevirasto (FDA) kielsi Coca-Cola-yhtiötä valmistamasta pulloja Lopac-hartseista. - silloin vaihtoehto lasisäiliöille. Yrityksen oli etsittävä uusia materiaaleja kestävien ja halpojen pullojen massatuotantoon. Aluksi Coca-Cola suunnitteli valmistavansa PET-pulloja itse, mutta vuoden 1976 testauksen jälkeen tekniikka siirrettiin muille valmistajille. Vuoden loppuun mennessä ensimmäiset PET-säiliöt valmisti Amoco Containers ja viikkoa myöhemmin Hoover Universal [9] . Myös vuonna 1977 ensimmäinen PET-pullo kierrätettiin [8] .
Alhaiset tuotantokustannukset, korkea lujuus, vedenkestävyys, läpinäkyvyys, lisääntynyt plastisuus ja kyky säilyttää ominaisuudet tekevät PET-pulloista yhden yleisimmistä muovipakkauksista [10] [11] [12] . Venäjällä PET-pullojen osuus kaikkien PET-materiaalien tuotannosta on yli 80 prosenttia [13] [3] . Joka sekunti maailmassa valmistetaan 20 000 PET-pulloa ja noin 1 000 000 myydään joka minuutti [14] . PET muodostaa merkittävän osan yli 50 kilogrammasta muovijätteestä, jonka keskivertoihminen tuottaa vuosittain [15] [16] .
Noin 9 500 000 tonnia muovia päätyy valtameriin vuosittain , mikä johtaa suurten kalojen ja nisäkkäiden kuolemaan [17] , mutta materiaalin koko valmistus- ja aktiivisen käytön historian aikana vain 9 % on kierrätetty - suurin osa jätteestä kertyy. kaatopaikoilla tai hajoaa luonnossa [18 ] [19] [18] . Ja samaan aikaan PET on laajimmin kierrätetty muovi maailmassa: materiaalin kierrätysaste on Yhdysvalloissa noin 30 prosenttia ja Euroopan unionin maissa - 50 prosenttia [3] . Samaan aikaan vuonna 2016 alle puolet PET-pulloista kerättiin kierrätykseen ja vain 7 % kerätyistä käytettiin uusien pullojen valmistukseen [20] . PET-muovit tunnistetaan tunnistekoodilla "1" - pääsääntöisesti symboli sijaitsee pullon pohjassa [21] .
Eri puolilla maailmaa on käytössä useita päätapoja muovin keräämiseen. Pudotusjärjestelmä ( "take to") sisältää jätteen toimittamisen väestön toimesta erityisiin paikkoihin. Tämä menetelmä on pääasiassa alueviranomaisten aloitteesta tai suurten ketjujen tai julkisten organisaatioiden toteuttama. Tyypillisesti jäteastiat ovat kartiomaisia avattavia säiliöitä, joissa on kaksi pyörää ja verkkokehys. Jos tällaisen järjestelmän virheenkorjaus on tehty hyvin, pakkausten regeneroitumisaste alueella voi nousta 40-50 %:iin [22] .
Reunus -järjestelmä (" reunassa ") sisältää jätteiden keräämisen suoraan talojen viereen asennettujen säiliöiden kautta. Menetelmä on tehokkain - reunan reunamallin avulla voit kerätä jopa 60% paketista [22] .
Kehittyneissä maissa myyntiautomaatit , joita kutsutaan myös myyntiautomaateiksi, ovat yleisiä. Niitä käytetään pääasiassa muovisten astioiden keräämiseen juomista. Myyntiautomaatit asennetaan niille alueille ja maihin, joissa on otettu käyttöön panttipakkausjärjestelmä - osa pakkauskustannuksista sisältyy juoman hintaan ja palautetaan ostajalle materiaalin toimituksen yhteydessä. Tyypillisesti nämä koneet tunnistavat säiliön materiaalin viivakoodin , materiaalisensorin tai videokuvan avulla, minkä jälkeen pullo siirretään säilytysosastolle, jossa se usein säilytetään puristetussa muodossa. Vastineeksi kuluttaja saa rahakkeita tai shekkejä vaihtaakseen tiettyihin tavaroihin tai palauttaakseen vakuuden [22] [23] .
Useimmissa tapauksissa materiaalin lajittelu suoritetaan käsittelylaitoksessa. Pullojen manuaalinen lajittelu ja erottelu tapahtuu muodon, kontaminaatioasteen, materiaalityypin [24] [25] , joskus - materiaalin värien mukaan [26] . Esimerkiksi Venäjällä PET lajitellaan neljään pääväriryhmään: tummat värit (musta, ruskea), sinivihreä, läpinäkyvä ja muut. Manuaalisella näytteenotolla kuljettimelta yksi työntekijä voi valita enintään 140 kilogrammaa PET-pulloja tunnissa [23] .
Yritykset voivat käyttää automaattisia tunnistus- ja lajittelujärjestelmiä, mutta lisääntyneestä tuottavuudesta ja tehokkuudesta huolimatta tällaiset järjestelmät ovat kalliita [24] . Tällaiset järjestelmät käyttävät kosketusantureita ja skannereita, jotka lukevat tietyntyyppistä polymeeriä. Euroopan unionin maissa tällaisilla koneilla lajitellaan muovia erilliskeräysastioista [23] .
Mekaaninen kierrätys on tehokkain tapa kierrättää PET-jätteitä. Saatua kierrätettyä PET:tä käytetään joko sellaisenaan tai sekoitetaan neitseelliseen materiaaliin ja kierrätetään haluttujen tuotteiden valmistamiseksi [27] [28] . Mekaaninen kierrätys ei vaadi erityisiä kalliita laitteita ja on suhteellisen helppo toteuttaa [25] .
Lajittelun jälkeen ei-muovikomponentit, kuten rievut, paperi- tai puuastioiden jäännökset, metallit ja muut esineet erotetaan alustavasti [2] . Jätemateriaalien lajittelun ja dekontaminoimisen helpottamiseksi PET-pullot voidaan esipesulla höyryllä ja kemikaaleilla polyvinyylikloridin (PVC) erottamiseksi PET:stä - viemällä ne kuumavesi- tai ilmarummun läpi, PVC:tä sisältävät pullot vaihtavat väriä ja muuttuvat hieman ruskea, mikä helpottaa huomattavasti materiaalin tunnistamista [3] . Sitten muovi murskataan riittävän kokoiseksi jatkokäsittelyä varten [2] . Hiutaleiden puhtaus on kriittinen tekijä kierrätetyn muovin arvon säilyttämiseksi [3] [26] .
Lisäksi muovi pestään kokonaan orgaanisesta ja epäorgaanisesta saasteesta käyttämällä pesuaineita ja vettä, joka voi nousta 80 asteeseen [2] . Vesihuuhtelu takaa lian ja puhdistusaineiden poiston [3] [2] . Sitten kuivattua muovia käsitellään lämpölaitteistoissa homogeenisen konsistenssin sulan saamiseksi - kierrätys [28] [25] . Tämän jälkeen jo sulanut materiaali lähetetään ekstruuderiin välirakeiden tai suoraan toissijaisten tuotteiden muodostamiseksi [25] . Prosessin toteuttamiseen käytetään murskaimia, rakeistuslaitoksia, sekundäärimassojen agglomerointilaitteita, liotus- ja puhdistusjärjestelmiä, automaatiota, käsittelylaitteita [25] [2] . Viimeisessä vaiheessa materiaali prosessoidaan valmiiksi tuotteeksi [2] [26] .
Mekaanisen kierrätyksen haittoina pidetään prosessin suurta energiaintensiteettiä, jauhatuskoon hallinnan vaikeutta ja materiaalien rajoitettua uudelleenkäyttöä [28] . Lisäksi tarve lajitella, erotella ja puhdistaa muovituotteita hidastaa kierrätysprosessia merkittävästi. Perusteellista puhdistusta on teknisesti vaikea suorittaa, varsinkin jos muovijätettä on kertynyt kaatopaikoille pitkään [25] . Toinen ongelma on PVC:n mahdollinen esiintyminen pullojen koostumuksessa, koska huolellisellakin lajittelulla on aina mahdollisuus, että lisäepäpuhtauksia pääsee sekundäärimateriaaliin [29] [26] .
Lisäksi muovia ei voi kierrättää loputtomiin. Polymeerikuidut vanhenevat joka kerta, jolloin tuloksena olevan tuotteen laatu heikkenee vähitellen. Tämän seurauksena muovi, joka on kierrätetty useita kertoja tämän kierron aikana, on vielä hävitettävä [30] .
PET-materiaalit, jotka eivät sovellu kierrätykseen (kontaminaation tai useiden käyttöjaksojen vuoksi), voidaan hävittää polttolaitoksissa , mukaan lukien energiajätteen hävittämiseen suunnitellut yritykset . PET:tä pidetään yhtenä turvallisimmista muovipolttoaineista, koska palamisen aikana ei vapaudu dioksiineja [23] [30] .
Lämpöhajoamisen aikana polymeerimateriaali hajoaa pienimolekyylisiksi yhdisteiksi, kuten dimetyylitereftalaatiksi ja etyleeniglykoliksi , mikä johtaa energian vapautumiseen. Tätä varten käytetään yleensä pyrolyysin ja katalyyttisen termolyysin prosesseja [23] . Terminen depolymeroinnin tuloksena saadaan sekä synteettisten polttoaineiden luomiseen sopiva hiilivetyjen seos että uusia muovimateriaaleja [31] . Depolymerointiprosessin aikana monomuovit, kuten PET-pullot, hajoavat takaisin monomeereiksi, jotka voidaan kierrättää uusiksi PET-materiaaleiksi [32] .
KemiallinenTässä prosessissa PET-materiaali depolymeroituu , kun se altistuu kemikaaleille, kuten metanolille , etyleeniglykolille , hapoille tai emäksille . Tämä lupaava käsittelymenetelmä on kehitteillä, ja se on vasta alkamassa käyttöön useissa maissa. Kemialliset menetelmät ovat usein energiaintensiivisempiä ja monimutkaisempia kuin mekaaninen kierrätys [33] , mutta ne mahdollistavat huonolaatuisemman PET-jätteen käsittelyn [23] .
On olemassa kokeellisia menetelmiä epätavallisten materiaalien saamiseksi PET-raaka-aineista.
SäteilySäteilymenetelmää käytettäessä makromolekyylien kemialliset sidokset katkeavat neutronien , gammasäteilyn tai beetahiukkasten avulla . Valo- ja termisen oksidatiivisen hajoamisen seurauksena muodostuu alhaisen molekyylipainon tuotteita, joita voidaan myöhemmin käyttää biosyklisissä prosesseissa. Säteilymenetelmä PET:n käsittelyyn on suurelta osin kokeellinen, sitä ei käytetä Venäjällä [23] .
Muuntaminen vaihtoehtoisiin hiilen muotoihinVenäjän tiedeakatemian korkeapainefysiikan instituutissa on kehitetty menetelmä, joka mahdollistaa PET:n kierrätyksen, jolloin siitä saadaan timantteja tai grafiittimaista hiiltä. Se koostuu muovin kuumentamisesta paineen alaisena käyttämällä puristinta ja erityistä kammiota, joka pystyy luomaan painetta jopa 9 GPa:iin (≈888 atm) ja lämpötilaan jopa 1900 K (1627 °C). Joten paineessa 8 GPa ja lämpötilassa 1300 K saadaan jopa 10 mikronin kokoisia timantteja , joita voidaan käyttää lämmönkestävien hionta- tai yksikiteisten mikrotyökalujen valmistukseen. Jos synteesiparametrit pienennetään esimerkiksi arvoon 2 GPa ja lämpötilaan 1000 K, niin kokeen tuloksena saadaan grafiittia , 2-3 GPa:ssa ja lämpötilassa 700 K saadaan grafiittimaista hiiltä. [30] .
Hajoaminen Ideonella sakaiensis -bakteerin toimestaVuonna 2016 tuli tunnetuksi, että japanilaiset tutkijat löysivät Ideonella sakaiensis 201-F6 -bakteerin, joka voi hajottaa PET-materiaalin tereftaalihapoksi ja etyleeniglykoliksi. Organismit eivät vain tuhoa materiaalia, vaan myös käyttävät sitä energiana. Kokeiden mukaan bakteerit pystyvät käsittelemään ohuen (jopa 0,2 mm) kalvon kuudessa viikossa 30 °C:n lämpötilassa [34] [35] . Näin ollen materiaalin sisältämää hiiltä syövät bakteerit voivat hajottaa maaperään jääneet PET-hiukkaset . Prosessissa bakteerit tuottavat kahta entsyymiä , joita tarvitaan sen hajottamiseen . Nämä entsyymit voidaan eristää bakteereista ja käyttää muovin kierrätykseen. Samaan aikaan hajoamisreaktio etenee hyvin hitaasti – PET:n käsittelyyn teollisessa mittakaavassa tarvitaan bakteerin geneettistä muunnelmaa [30] .
Elintarvikelaatuisen PET-muovin laaja käyttö on tehnyt siitä jatkuvan turvallisuustutkimuksen kohteen. Vuodesta 2010 vuoteen 2012 Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkevirasto teki oman tutkimuksensa muovipakkauksista, eikä haitallisia aineita vapautunut, varsinkaan kun pakkaus oli kerran käytetty. Ainoa riski on bakteerikontaminaatio säiliön toistuvasta käytöstä. Muissa tutkimuksissa ei ole havaittu mutageenisia tai hormonaalisia vaikutuksia [36] . Samalla on olemassa riski, että erilaisia pienimolekyylisiä kemiallisia yhdisteitä, jotka jäävät polymeeriin synteesin jälkeen, voivat tietyissä olosuhteissa siirtyä siitä tuotteeseen [37] . Joten testauksessa havaittiin, että joistakin muovipulloista vapautuu nesteeseen toistuvan käytön aikana antimonia , joka jää PET: hen materiaalin synteesissä käytetystä antimonitrioksidi (Sb 2 O 3 ) -katalyytistä. Aineen pitoisuus ei kuitenkaan ylitä henkilölle määritettyä normia eikä aiheuta vaaraa terveydelle [37] [38] [39] . Kemikaalien vapautumisprosessi muovipulloissa voi tapahtua myös pitkäaikaisessa lämmityksessä (esimerkiksi pullosta, joka on ollut autossa viikkoja auringossa) [40] .
PET:n jälkituotannon markkinat riippuvat suurelta osin jätteenkeruun ja -käsittelyn optimoinnista ja vastaavasti syntyvien raaka-aineiden laadusta [41] . Hyvälaatuista kierrätettyä PET:tä voidaan käyttää lähes kaikilla teollisuudenaloilla, myös elintarviketeollisuudessa [42] .
Yksi kierrätetyn muovijätteen suosituimmista käyttötavoista on kierrätetyn polyesterin valmistus [43] [41] . Euroopan maissa noin 70 % kierrätetystä PET:stä kierrätetään polyesterikuiduiksi , joita käytetään vaatteiden lämmittämiseen, makuupussien ja pehmolelujen täyttämiseen. Polyesterin etuna muihin materiaaleihin verrattuna on, että materiaali kuivuu nopeasti eikä muuta kokoa tai muotoa pestäessä [44] . Kierrätysmateriaaleja ovat nailon , organza ja tafti . Samaan aikaan jotkut valmistajat valmistavat vaatteita kokonaan kierrätetystä PET-materiaalista. Joten yhdelle T-paidalle tarvitset noin 7 pulloa, puserolle - 40 ja hiihtotakin täyteaineelle noin 14 pulloa [45] [46] [47] . Kierrätettyä PET-materiaalia käytetään pesuaineiden ja kotitalouskemikaalien säiliöiden valmistukseen. Huonolaatuinen materiaali voi olla hyödyllinen raaka-aineiden valmistuksessa liimojen ja emalien valmistuksessa [41] . Monet yritykset investoivat yhä enemmän PET-säiliöiden kierrätykseen valmistaakseen uusia pulloja. Näin ollen Coca-Cola-yhtiö aikoo käyttää 50 prosenttia kierrätetystä PET:stä vuoteen 2030 mennessä [3] . Muita käyttötarkoituksia ovat lakaisukoneiden harjaharjasten, pakkausteippien, kalvojen, kattotiilien ja jalkakäytävätiilien valmistus [1] [29] .
| Jätteiden kierrätys | ||
|---|---|---|
| Kierrätettävät tuotteet |
| |
| Tuotteet |
| |
| Laitteet |
| |
| Käsitteet |
| |
| Katso myös |
| |
| ||
| Paketti | |
|---|---|
| Peruskäsitteet _ |
|
| Erikoispakkaus _ |
|
| Kontit |
|
| Materiaalit ja komponentit |
|
| Prosessit |
|
| Mekanismit |
|
| Ympäristö, myöhempi käyttö |
|
| Luokka: Pakkaus | |