Firem, které recyklují plasty, je u nás poměrně hodně. Ve společnosti Templast ve Slapech nad Vltavou se však zaměřili kromě výroby také na vývoj nových technologií. Její jednatel Michal Donné nám odpověděl na několik otázek.
Na čem pracujete?
Dovolte, abych začal poněkud ze široka. Obecně se dá říci, že kvalita druhotné suroviny závisí na vytřídění podle barev a druhů materiálu: čím horší vytřídění, tím horší recyklace.
Řekl bych, že v našich podmínkách není možné v principu dosáhnout jednodruhové čistoty vytříděného materiálu. Třídění je ekonomicky velmi náročné. Ani nejlepší automatické systémy nejsou 100% účinné a nelze jimi plně nahradit ruční třídění. Takže v našich podmínkách nelze dosáhnout kvality třídění, která by byla potřebná pro konvenční metody recyklace. Vysoký nárůst nových typů vícevrstvých, povrchově upravovaných a potištěných obalů, zhoršuje materiálovou využitelnost obalového odpadu jako druhotné suroviny. Proto bude ve směsném plastovém odpadu vždy zbývat nevytříditelný podíl vícebarevných a vícedruhových polymerních složek, potisků, laminovaných a lakovaných fólií, papírových etiket a dalšího znečištění, které znehodnocují kvalitu výsledného regranulátu. Zhoršená kvalita regranulátu pak omezuje možnosti jeho dalšího uplatnění v plastikářské výrobě, což vede ke snížení jeho tržní ceny, často pod hranici rentability jeho výroby.
Nedostatek a vysoká cena jednodruhových transparentních odpadních fólií způsobená poptávkou z Číny, přinutila společnost Templast zaměřit se na směsné plastové odpady, které jsou dostupnější. To přineslo nutnost zabývat se jak řešením technologie zpracování, tak hledáním vhodných aplikací.
Navíc u těchto materiálů musíme počítat s tepelnou degradací při každém zpracování, která se postupně stane nevratnou a neumožňuje další použití recyklátů.
To bylo impulzem pro zahájení dlouhodobé spolupráce s Ústavem makromolekulární chemie Akademie věd ČR na průmyslovém využití jejich výzkumu kompatibilizačních systémů. Výsledkem bylo vyvinutí unikátního technologického postupu umožňujícího zpracovávat vícedruhové, vzájemně nekompatibilní plasty ze směsného odpadu na termoplastický houževnatý materiál s dobrými aplikačními možnostmi.
Na jakém principu?
Jak jsem již řekl, recyklace plastů poskytuje uspokojivé výsledky jen u jednodruhových plastů. Je to dáno charakterem polymerů. Míchání vícedruhových plastů v tavenině je problematické. Termodynamické vlastnosti plastů neumožňují mísení nekompatibilních polymerů. Separační tendence mezi jednotlivými složkami vedou k hrubé fázové struktuře a nízké mezifázové adhezi. To pak způsobuje zrnitost a špatnou soudržnost výsledného materiálu. Také vlastnosti závislé na přenosu napětí mezi fázemi, jako jsou pevnost v tahu, tažnost a houževnatost, jsou u těchto materiálů nevyhovující. Jenže to jsou právě klíčové vlastnosti pro uplatnění recyklátů v nejrozšířenějších aplikacích, tj. výrobě fólií, trubek, nebo přepravních palet.
K potlačení popsaného chování polymerních směsí se používají různé kompatibilizační postupy. Výzkum v této oblasti započal již před několika desítkami let a byl původně zaměřen na vytváření nových typů plastů míšením několika různých základních polymerů. Nalezené postupy pak později našly své uplatnění též v oblasti recyklace. Principem kompatibilizace je vytvoření vhodných fyzikálních nebo chemických vazeb mezi fázovými rozhraními, stabilizujícími celkovou strukturu materiálu. Toho se dosahuje přídavkem vazebních prvků, které se vmísí do taveniny. Aditivní vazební prvky mají volné články stejného charakteru jako majoritní složky obsažené v polymerní směsi, na které se navážejí a vytvoří tak potřebné mezifázové spoje, fungující podobně jako stavebnice Lego.
Kompatibilizační aditiva jsou založena na principu kopolymerů složených z nekompatibilních polymerů obsažených v cílové směsi. Například ve směsi polypropylenu a polyethylenu, které nejsou kompatibilní, je vhodná vazební složka založena na kopolymeru ethylen-propylen.
Reaktivní kompatibilizační metody působí ve svém důsledku stejně jako aditivní, ale postup je odlišný. Do taveniny se přidá chemicky aktivní složka, která během procesu míchání iniciuje v tavenině chemickou reakci, jejímž produktem jsou teprve prvky s příslušnými vazebními články.
Námi užívané kompatibilizační postupy jsou založeny na jednodušší aditivní metodě. Výhodou řešení, založeného na výsledcích výzkumu ÚMCH AV ČR, chráněného světovým patentem, je jeho aplikace na standardních výrobních zařízeních a snadná příprava z běžně dostupných chemických surovin. Jiné kompatibilizační systémy srovnatelné účinnosti jsou dražší, vyžadují speciální chemikálie a přípravu ve specializovaném provozu.
Jaký postup realizujete při recyklaci?
Na počátku je běžná recyklační linka, založená na mechanické předúpravě zahrnující třídění, drcení, praní a sušení vstupních plastových odpadů. K replastifikaci dochází v elektricky vyhřívaném jednošnekovém extruderu s vakuovým odplyněním a mechanickou filtrací nečistot v tavenině. Při recyklaci obecně platí, že čím větší účinnost míchání, tím lepší homogenita taveniny a jemnější fázová struktura, a tedy lepší produkt. V našem případě postačuje jednošnekový extruder, jehož šnek byl zakázkově upraven pro zvýšení mísicí účinnosti. Přesné dávkování aditiv je zajištěno pomocí vážicího a míchacího zařízení. Konec extruderu je pak osazen standardní granulační hlavou, vodním chlazením a odstředivým vysušením výsledných granulí.
Jak vychází celý proces z hlediska ekonomického?
O recyklaci a materiálovém využití se hodně mluví, ale je třeba splnit mnoho předpokladů, aby mohla být recyklace ekonomicky schůdná. Samotným smyslem recyklace je využití energetického potenciálu ukrytého v plastovém odpadu, jakož i jinak nevratného výdeje neobnovitelných fosilních zdrojů, použitých k jejich výrobě. Proces recyklace je však také spojen se značnými energetickými výdaji na dopravu, drcení, sušení a replastifikaci. Zásadní je tedy velikost rozdílu mezi celkovými energetickými bilancemi výrobků z panenských polymerů, proti výrobkům z recyklátu.
Podstatný dopad na rentabilitu odvětví recyklace má tržní cena ropy a od ní odvozené ceny panenských polymerů (zejména polyetylenu). Pokud je jejich cena nižší než 1 eur/kg, přestává být pro zpracovatele plastů zajímavé nahrazovat panenské polymery druhotnou surovinou, čímž dochází k dramatickému poklesu poptávky a samozřejmě i ceny recyklátu. Dalším, téměř existenčním problémem je obrovská poptávka Číny po druhotných surovinách, včetně fóliového plastového odpadu. Jeho cena je na českém trhu čínskými obchodníky a jejich prostředníky tažena i přes 10 Kč/kg u tříděných transparentních fólií.
Umožnění tohoto zámořského transferu cenné druhotné suroviny ze strany státu znamená ignorování principů zakotvených v komunitární i domácí legislativě, spočívajících v prioritě likvidace a využití odpadu v místě jeho vzniku. Nejsou zohledněny ani negativní externality spojené s produkcí skleníkových plynů a dalších emisí při automobilové a námořní přepravě tohoto odpadu, jakož i ekologický a sociální dumping čínských výrobců těžících ze zneužívání levné pracovní síly a nedodržování ekologických, hygienických, zdravotně sociálních a dalších norem, které zdražují výrobu v Evropě. Pokud se k tomu přičte faktická absence podpory recyklačního sektoru, je přežívání recyklačních firem v České republice téměř ekonomickým zázrakem.
Ale dosti stesků. Na druhou stranu, využití kompatibilizačních postupů je možné jen za předpokladu, kdy je velký rozdíl mezi cenou směsného a tříděného plastového odpadu. Ve směsném plastovém odpadu je totiž výrazně vyšší podíl nezpracovatelných složek, které je nutno dodatečným ručním tříděním odstranit, čímž rostou provozní náklady a klesá produktivita. Do konečné ceny se pak významně promítá též náklad na výrobu samotného kompatibilizačního prostředku, který dosahuje podle receptury několika korun na kg. Není tedy ekonomicky smysluplné vyrobit z levnější, ale kvalitativně horší suroviny za pomoci nákladnějšího kompatibilizačního postupu materiál, jehož konečná cena je na stejné úrovni s jednodruhovým recyklátem, který bude vždy, zejména z důvodu barevných vlastností, zpracovateli preferován.
V žádném případě tedy nejde o samospásné řešení, ale je nutné velice uvážlivě hledat konečnou aplikaci kompatibilizováného regranulátu, ve které se podaří zhodnotit jeho vynikající mechanické vlastnosti. Pro většinu zpracovatelů je však rozhodující cena.
Nalezli jste již vhodné aplikace pro kompatibilizované plasty?
Námi kompatibilizovaný regranulát má - a to je překvapivé - vlastnosti na úrovni primárních plastů. Zejména mechanické vlastnosti, konkrétně houževnatost a pevnost v tahu, odpovídají tabulkovým hodnotám standardně nabízených komoditních plastů. Tento regranulát lze proto z výhodou využít pro výrobu mechanicky namáhaných výrobků, jako přepravních palet nebo různých typů kontejnerů. K výrobě takové palety je možno použít menší množství materiálu, což znamená snížení její hmotnosti i ceny, a to při lepších mechanických vlastnostech. Dochází tak ke zlepšení všech hlavních hledisek sledovaných uživateli palet.
Další vhodnou aplikací jsou trubky, kde lze z výhodou recyklát použít zejména pro vnější ochrannou vrstvu trubek. Dobrým uplatněním jsou též plošně extrudované stavebně izolační fólie a geosyntetické prvky využívané ke zpevňování podloží. Zajímavých aplikací je tedy celá řada, ale jsme stále na začátku. Dosud jsme hodně investovali a provedli celou řadu zkoušek. Nyní je nejvyšší čas přenést uvedenou unikátní technologii do praxe.
Jarmila Šťastná
