Sklo a masově využívané kovy jako je hliník nebo železo, mají tři zásadní výhody ohledně jejich recyklace: chemickou strukturu, „stáří“ a cenu. Za prvé, i když fyzikální a chemické vlastnosti skla a kovů jsou velice rozdílné, pak z pohledu recyklace jsou si tyto materiály relativně podobné. Při zahřátí nad určitou teplotu (sklo: 1 500 °C, železo: 1 500 °C, hliník: 660 °C) se vazby jednotlivých molekul/atomů rozpadají a vzniká tavenina, která má po ztuhnutí velice podobné vlastnosti jako před roztavením a dá se plnohodnotně znovu využít.
Recyklaci skla a kovů známe už od starého Říma
Různé druhy kovů a skla jsou součástí naší civilizace po tisíciletí. Například kovy byly nedílnou součástí lidské historie od doby bronzové a železné a celé civilizace, popřípadě industriální revoluce, byly postavené na jejich využití. Díky tisíciletým zkušenostem jsou naše znalosti o vlastnostech skla a kovů včetně recyklace daleko větší než u plastů, u nichž se ve znalostech pohybujeme v řádu desítek let. Recyklace kovů a skla je známá už ze starého Říma, a to z prostého důvodu, který nás přivádí ke třetímu bodu. Cena recyklátu je několikrát nižší a energeticky méně nákladná než těžba rudy a její následné zpracování do výsledného materiálu.
Paradoxně velkou výhodou recyklace kovů a skla je jejich relativně vysoká cena za kilogram a poměrně nízká energetická náročnost za recyklaci. Výroba kovů je velice rozsáhlý a nákladný proces, který se skládá z těžby rudy, jejího transportu a zpracování na výsledný kov. Zpracování jednotlivých rud na kov je jiné, ale všechny spojuje vysoká energetická náročnost. Recyklací kovů se tyto nákladné kroky nemusí provádět, tudíž jen u železa se recyklací jedné tuny ušetří 0,8 tun uhlí (úspora 75 % energie oproti primární výrobě) a 1,67 tuny CO2. Odhadované úspory recyklací jen železa v EU se odhadují na 20 miliard eur. Úspory u hliníku jsou ještě vyšší, jelikož po recyklaci je úspora energie až 95 %.
Na slitiny zatím neexistuje recyklační technologie
Jedním z největších problémů dokonale cirkulárního využití železa, hliníku a skla jsou příměsi, které se používají na změnu chemických, mechanických anebo optických vlastností. Například jen hliníkové slitiny se dělí na 7 základních skupin, které se dále liší podle obsahu jednotlivých prvků. Jednotlivé slitiny nacházejí využití v jiných odvětvích – od výroby plechovek po výrobu letadlových trupů. Stejný problém najdeme u všech ostatních kovů, jako je železo či měď. U skla jsou zásadním problémem barviva, a proto se skleněný odpad musí dotřiďovat na různé barevné oddíly. V současné době neexistují technologie, které by byly efektivní pro separaci všech prvků ze slitin, a „náhodné” směsi slitin z recyklátů jsou obvykle samostatně nevyužitelné. Recyklát se většinou přimíchává do „čerstvého“ materiálu, kde se různé slitiny rozředí pod objem daný mezinárodními standardy ISO.
Proces je stejný, výhody nikoli
Plast je z pohledu recyklace velice rozdílný materiál. Jak jsme vysvětlili v předešlém článku, jeho chemická struktura je daleko komplexnější a čistota plastů je jedním z nejzásadnějších faktorů celého procesu, jak z pohledu druhového (PET, PE, PP), tak i od vnějších kontaminací. Nynější proces recyklace plastů je ve většině ohledech velice podobný jako u kovů či skla, bohužel již zde nenacházíme tolik výhod.
Jedno ze základních dělení plastů je na termoplasty a termosety. Termoplasty se při určité teplotě roztaví na kapalinu a po ochlazení se opět vrátí do relativně stejné podoby při dodržení správných technických procesů. Termosety jsou na druhou stranu netavitelné, jelikož jednotlivé řetězce jsou tak silně chemicky provázané. Tato chemická provázanost nedovolí jednotlivým řetězcům se od sebe odpojit, a při vysokých teplotách se tento plast začne termicky rozpadat, což má za následek silný kouř či vzplanutí. Z tohoto důvodu je úplná recyklace termosetů nemožná. Mezi známé termosety patří bakelit či materiál na výrobu pneumatik. Naštěstí množství využití termosetů je minimální, a převažují termoplasty mezi které patří polyetylen, PET či polypropylen.
Recyklace termoplastů probíhá relativně podobným procesem jako u kovů či skla, kdy se plast zahřeje na určitou teplotu, při které se jednotlivé řetězce odpoutají a vznikne tavenina. Jelikož je při recyklaci plastů důležité, aby homogenita recyklátu byla co nejvyšší, celý proces probíhá v zařízení zvaném extruder, který se skládá z jednoho nebo více rotačních šroubů se speciálními závity. Tyto závity pomocí tření dosáhnou v plastu teplot nutných pro roztavení, zároveň plast míchají k dosažení nutné homogenity a rovnoměrnosti teplot. Na konci extruderu se plast chladí a vytvářejí se pelety, které jsou připravené k dalšímu zpracování. Tento recyklační proces se nazývá termomechanický, jelikož se na roztavení používá mechanická síla. Problémem termomechanické recyklace je štěpení jednotlivých řetězců, nutná separace plastů podle aditiv a nízká poptávka po recyklovaném plastu.
Omezené recyklační schopnosti plastů
Jedna z nejdůležitějších vlastností, která určuje kvalitu plastu, je délka jednotlivých řetězců. Při zahřívání plastů je velice časté, že se jednotlivé dlouhé řetězce začnou rozpadat na menší, což má velký dopad na kvalitu recyklátu. Tyto řetězce se rozpadají z důvodů vysokých teplot a tlaku, kdy se může stát, že některá chemická vazba povolí a vzniknou dva menší řetězce. Tento druh degradace se může stát problematickým, pokud je plast recyklován více než třikrát. V dnešní době se plast statisticky zrecykluje maximálně jednou. Druhá možnost štěpení je za pomoci chemické reakce, která je urychlená z důvodu vyšších teplot a nečistot, které se do něj dostanou. Pokud se nečistoty, jako je celulóza, dostanou do roztaveného plastu, pak působí jako katalyzátor, který je schopen několikanásobně urychlit rozklad řetězců. Z těchto důvodů je důležité, aby recyklát vstupoval do extrudéru v co největší čistotě, což může být zajištěno pomocí čistících linek nebo mytím před vyhozením do žlutých popelnic.
Podobně jako u kovů či skla, i plasty mají různé přidané složky, které upravují buď vlastnosti daného plastu, nebo snižují jeho cenu. Tyto složky jsou jen těžko detekovatelné pomocí konvenčních separačních technologií a nelze je plně oddělit za cenu, která by byla konkurenceschopná. Z těchto důvodů se ve skutečnosti nyní recyklují převážně jen dva druhy plastů, a to plastové odpady a zmetky z výroby nebo plasty s jasným složením, jako jsou PET lahve či obaly od šamponů a jiných hygienických potřeb. Plastové odpady a zmetky z výroby mají tu výhodu, že jsou již na samém začátku zpracování plastu. Jejich materiálová kompozice je přesně známá a náklady pro opakované zpracování jsou téměř minimální, jelikož se dají okamžitě roztavit a vrátit do výroby.
Druhou velkou částí recyklovaného odpadu jsou PET lahve a některé hygienické obaly. Tyto obaly jsou převážně recyklovány ze dvou důvodů. Naprostá většina třídících linek v České republice je manuální, tyto obaly jsou nejsnáze rozeznatelné lidským okem na jedoucím páse a jejich materiálová kompozice je konstantní. Konstantní materiálová kompozice, jak již zbylo zmíněno, je velice žádaná od zpracovatelů plastů, kteří potřebují zaručit kvalitu výsledného výrobku.
Jak z toho ven? Odpovědí může být chemická recyklace
Jednoduše řečeno, o zrecyklovaný plast v dnešní době není velký zájem. Většina výrobců upřednostní panenský plast, který pochází přímo z ropy, kde jeho vlastnosti (barva, struktura, životnost, kvalita apod.) jsou předem jasně definované. Tento plast je také ve většině případů jen o málo dražší než recyklovaný plast, a v některých případech i levnější. Jelikož je cena primárního plastu závislá na ropě, která má v posledních dnech nejnižší ceny v historii (H1 2020). Cena recyklovaného plastu je závislá na celé škále proměnných a je relativně konstantní, proto, pokud se nezvýší kvalita recyklovaného plastu nebo cena toho primárního, bude velice obtížné dosáhnout toho, aby se plast zařadil mezi vysoce recyklované suroviny. Jednou z technologií, která by v dohledné době mohla situaci změnit, je chemická recyklace. Ta je ale zatím stále ve vývoji.
Autor: Albert Schandl, Lukáš Václavík
2 komentáře
“Úspory u hliníku jsou ještě nižší” – Nemá tam být vyšší?? Jinak konečně velmi fundovaný článek, stejně jako ten o bioplastech. Trochu škoda, že na trefné poznámky k recyklaci kovů narazím ve článků o recyklaci plastů, že by to bylo dobrý třeba na samostatný článek o recyklaci kovů. U toho hliníku, u plechovek, ale i jiných je taky dost problém s nebezpečnými spalinami laků či zaolejovaných dílů.
Dobrý den, děkujeme za pozitivní odezvu na článek i za upozornění na chybu – už jsme opravili. Stejně tak za podnět na rozpracování tématu recyklace kovů. Přejeme klidný vstup do nového roku! Za redakci Markéta Mikšovská