полимерлерді өндіру мен қайта өңдеудің қоршаған ортаға әсері және шешімдер

Пластика өндірудің өсуі және экологиялық ізі

Табиғат журналының өткен жылғы мәліметтері бойынша, дүние жүзі қазір жылына шамамен 430 миллион метрикалық тонна пластмасса өндіреді. Осы материалдардың көбісі полиэтилен мен полипропилен сияқты полиолефиндерден алынады және глобалды түрде өндірілетін пластиктің жартысынан астамын құрайды. Біз осы материалдарды тамақ ыдыстарынан бастап құрылыс материалдарына дейін барлық жерде кездестіретін жеңіл, бірақ өте берік болғандықтан жақсы көреміз. Бірақ мәселе мынада: пайдаланып болғаннан кейін бұл пластиктер қоршаған ортада жүз жылдай сақталып қалады. Микропластика әлі зерттелген теңіз жануарларының 88 пайызына енді. Сонымен қатар, зиянды химикаттар жер асты суларына баяу сіңіп, жануарлар әлемі мен адамдарға толық түсініп жетпейтін тәсілдермен қауіп төндіретін лақтыратын орындар туралы айтпаған дұрыс.

Полимерлердің әртүрлі түрлері мен өндіру процестері бойынша жылуға қарсы газ шығарындылары

Полимерлерді өндіру жылына шамамен 3,8 миллиард тонна CO2-ге эквивалентті шығарындылар тудырады. Осы шығарындылардың үлкен бөлігі отын ретінде пайдаланылатын пайдалы қазбалардан және күрделі крекинг процестері үшін қажетті энергиядан тұрады. Мысалы, ПЭТ синтезі өндірілген смола килограмына шаққанда шамамен 5,5 килограмм CO2 бөліп шығарады. Бұл биологиялық негізделген нұсқалармен салыстырғанда нақты 40 пайызға артық, бұл экологиялық әсерді қарастырғанда елеулі айырмашылық болып табылады. Қазіргі уақытта әртүрлі пластиктерді химиялық түрде қайта өңдеу әдістері қалдық құрылғыларында жағумен салыстырғанда шығарындыларды шамамен 34 пайызға қысқартады. Алайда, қазір кеңінен таратылуға техникалық және қаржылық тұрғыдан да нақты қиындықтар тосқауыл болып тұр. Көптеген компаниялар жасыл шешімдерге деген құштарлық пен іске асырудың құны мен технологиялық кедергілер сияқты практикалық шынайылықтар арасында қиын жағдайда қалып қояды.

Әлемдік қалдық теңсіздіктері және сызықтық экономика мәселесі

Бай елдер жасалған пластик қоқыстарының шамамен 15 пайызын тиісті түрде қайта өңдеу мүмкіндігі болмайтын аймақтарға жібереді. Содан кейін не болады? Оның көп бөлігі ашық жерде жағылып, ауаға диоксиндер мен ұсақ бөлшектер сияқты қауіпті заттарды бөліп шығарады. Дүниежүзінде біз барлық пластиктің тоғыз пайызынан аспайтын бөлігін ғана қайта өңдей аламыз. Бұл бір рет қолдануға арналып жасалған заттарда қалып қойған бағалы материалдардың жылына шамамен 120 миллиард долларлық құнын жүйелерімізден жоғалтатынымызды білдіреді. Бұл пластик қоқыстармен жұмыс істеудегі қазіргі кездегі тәсіліміздің қаншалықты нашар екендігін көрсетеді.

Шеңберлі пластикалық экономикаға өту: Құрылымдар мен ынталандырушы факторлар

Ресейдің 2030 жылға дейін автомобиль пластиктерінің 25 пайызы қайта өңделген материалдан тұруы туралы талабы ( Nature, 2024 ) осы құрылымға мысал бола алады. Блокчейн арқылы ізденетін жүйелер қазір өнеркәсіптік пластикалық ағындардың 18 пайызын бақылап, тәжірибелік бағдарламаларда қайта пайдалану көрсеткішін екі есе арттырып, жеткізу тізбектері бойынша ашықтықты жақсартуда.

Таза пластиктің қолданылуын интеллектуалды химиялық инженерлік шешімдер арқылы азайту

Дамытылған катализаторлық деполимерлендіру қосындалған қалдықтарды 92% тазалықтағы таза мономерлерге дейін ыдыратады және ПЭТ пен поликарбонат үшін тұйық циклды өндірісті қамтамасыз етеді. Ферменттік қайта өңдеу платформалары көп қабатты пленкаларды 80% энергия үнемдеумен өңдейді және жылына икемді ыдырау қалдықтарының 13 миллион тоннасын басқаруға мүмкіндік береді.

Механикалық және химиялық қайта өңдеу: технологиялар, шектеулер және масштабталуы

Механикалық және химиялық процестер бойынша қазіргі заманғы глобалдық қайта өңдеу көрсеткіштері

Дүниежүзінде барлық пластик қалдықтың шамамен тоғыз пайызы механикалық түрде қайта өңделеді, ал химиялық қайта өңдеу — Plastics Europe-тің 2023 жылғы есебіне сәйкес — аралас полимер ағымдарының тек бірден екі пайызын ғана құрайды. Механикалық қайта өңдеу PET шелектер мен HDPE ыдыстар үшін жақсы жұмыс істейтінінің себебі — бізде оған арналған құрылғылар бұрыннан бар. Бірақ көп қабатты орамалар немесе лас немесе зақымданған заттар сияқты заттарға келгенде, механикалық әдістер тиімді бола алмайды. Екінші жағынан, пиролиз немесе ферменттік процестер сияқты жаңа химиялық қайта өңдеу әдістері алға жылжуда. Қазіргі уақытта осы әдістер жылына жарты миллионнан астам метрикалық тонна материал өңдейді, бұл 2020 жылмен салыстырғанда үш есе көп. Дегенмен, осындай өсудің болуына қарамастан, бұл жетілдірілген жүйелер дүниежүзінде жылына шығарылатын барлық пластик қалдықтың жарты пайызынан да кемін құрайды.

Механикалық қайта өңдеудегі қиындықтар: деңгейін төмендету және өңдеу ақаулары

Пластиқты механикалық түрде қайта өңлеген сайын полимерлік тізбектердің ұзындығы 15-30 пайызға дейін зақымданады. Бұл қайта өңделген материалдың жиі тек тамақ ыдыстары емес, шотландиялық немесе құрылыс материалдары сияқты заттар үшін ғана жарамды болып қалуы дегенді білдіреді. CEFLEX тобының зерттеуіне сәйкес, икемді орамалардың жуық 4-тің бірі қайта өңделгеннен кейін мәселелер көрсетеді — мысалы, трещинаның пайда болуы немесе түстердің солуы. Жабыстырғыш қалдықтары немесе дұрыс емес түрдегі пластиктер партияға араласқан кезде, бүкіл жүйенің жұмыс істеу тиімділігі төмендейді. Нақтырақ айтқанда, PET-ті қайта өңдеу кезінде ластаушы заттар өңдеу тиімділігін шамамен 20 пайызға дейін төмендетуі мүмкін, бұл тиімді бизнес жүргізуді практикада қиындатады.

Химиялық Қайта Өңдеу Жолдары мен Өнеркәсіптік Масштабтауға Кедергілер

Алдыңғы пиролиз жүйелері полиолефин шикізатының 85–92% дейінін қалпына келтіре алады, бірақ көптеген зауыттар қалдықтардың тұрақсыздығына байланысты 50% қуаттылықтан төмен жұмыс істейді. Төмендегі кестеде негізгі қайта өңдеу әдістері салыстырылған:

Метрика	Механикалық қайта өңдеу	Химиялық қайта өңдеу
Энергия тұтыну	8-12 МДж/кг	18-25 МДж/кг
Шығын сапасы	B-C сортты материалдар	Таза сапа
Ластануға төзімділік	≤3%	≤15%
Капиталдық шығын	$40 млн (орталықтың орташа көлемі)	$220 млн (пиролиз)

72% химиялық қайта өңдеу жобалары шикізат бойынша анықсыздықтар мен реттеу саласындағы бос орындарға байланысты пилоттық кезеңде тоқтап қалуымен байланысты масштабтау қиындықтары сақталуда.

Қайта өңдеу ағымдарындағы ластау және сапаның төмендеуі

Тамақ қалдықтары әртүрлі пластик түрлерімен араласқанда, олар қайта өңделген ПЭТ-тің балқу ылғалдылығын 20-ден 35 пайызға дейін төмендетуі мүмкін. Бұл қазіргі уақытта маталар жасау үшін толығымен пайдаланылмайтын күйге жеткізеді. PVC-ның ластануы туралы да айтпаған дұрыс. Ghent University (2023) зерттеуіне сәйкес, HDPE ағымдарында 1% болса да PVC болуы өңделген кезде ыдырау шығынын 400 пайызға арттырады. Алайда, кейбір жаңа әдістер перспективалы. Гиперспектрлі сорттау технологиясы мен реактивті үйлестірушілердің комбинациясы бұрын толығымен қайта өңделмейтін көпкомпонентті қалдықтарды қалпына келтіре алады. Проблема мынада: бұл жетілдірілген әдістер әлі кең таралмаған, Еуропадағы қайта өңдеу зауыттарының тек шамамен 12%-ы оны енгізді.

Полимерлерді қайта өңдеудегі материалтану ғылымы мен жүйелік шектеулер

Полимерлердің көптүрлілігі мен шайыр үйлесімділігінің қиындықтары

Бүгінгі күні нарықта 10 000-нан астам түрлі коммерциялық полимерлер бар. Олардың әрқайсысы молекулалық деңгейде әртүрлі жасалған және жиі әртүрлі қоспаларды қамтиды, сондықтан оларды қайта өңдеу үшін өзіндік ерекше тәсіл қажет. Әртүрлі пластиктерді қайта өңдеу құрылғыларында араластырған кезде үлкен проблемалар туындайды. Нәтижесінде алынған қайта өңделген материал қажетінше әлсіз болып шығады, кейде 2024 жылғы Mdpi зерттеуі бойынша беріктігінің шамамен 40% жоғалтады. Мысал ретінде PET пластигін PVC-пен араластыруды алайық. Оларды қайта өңдеген кезде тұз қышқылы бөлінеді, бұл тек машиналардың бүлінуіне ғана емес, сонымен қатар төменгі сапалы өнімдердің шығуына әкеледі. Химиялық қайта өңдеу осындай күрделі қоспалармен күресуге көмектесуі мүмкін, бірақ қазіргі кездегі көбінесе сұрыптау жүйелері осы әдістің барлық жағдайларда дұрыс жұмыс істеуі үшін шайланың дәл жеткіліксіз дәрежеде бөлуіне мүмкіндік бермейді.

Материалдың бұзылуы және Полимерлерді Қайта Пайдаланудың Шектеулері

Полимерлерді қайта өңдеген кезде уақыт өте келе молекулалық салмағын жоғалтады және өңдеу циклы сайын олардың кристалдық құрылымы өзгеріп отырады. Зерттеулер 2023 жылғы Polymer Degradation (Полимерлердің бұзылуы) табыстарына сәйкес, ПЭТ пластмассасы механикалық қайта өңдеудің тек үш циклынан кейін өзінің созылу беріктігінің 12-18 пайызын жоғалтатынын көрсетеді. Көп қабатты орамаларда мәселе одан да нашарлау болады, онда нейлон мен полиэтилен сияқты әртүрлі пластмассалар бір-біріне желімделген. Бұл материалдар қайта өңдеу процестері кезінде дұрыс ажырамайды, сондықтан олардан екінші рет жасалған өнімдер күтілетінінен әлдеқайда тез бұзылады.

Қайта өңделген пластмассалар үшін нарықтық сұраныс пен ұсыныс арасындағы айырмашылық

Дүниежүзінде шамамен 62% адам шынымен қайта өңделген материалдардан жасалған заттарды сатып алуға ұмтылса да, 2023 жылғы шеңберлі экономика туралы есеп беруде көрсетілгендей, пластик қалдықтардың тек 9% ғана шеңберлі жүйелерге қайтып жатыр. Тамақ өнімдеріне арналған тауарлар жағдайында нақты проблема бар — қайта өңделген пластиктің көбі қауіпсіздік сынақтарынан өте алмайды, сондықтан көптеген компаниялар жаңа пластика қолдануды жалғастырады. Бұл неге болып жатыр? Біріншіден, қайта өңдеу жинағы әртүрлі аймақтарда біркелкі емес, сонымен қатар пайдаланылған пластиктерді өнеркәсіп талаптарын қанағаттандыратындай дәрежеде тазарту кезінде ауыр техникалық кедергілер бар.

Ақылды химиялық инженерлік шешімдер арқылы тұйық циклді қайта өңдеуді іске асыру

Таза пластиктердің мүмкіндіктері мен қайта өңделген пластиктердің арасындағы айырмашылық еріткіш негізіндегі тазарту әдістері мен арнайы үйлесімділік беретін қоспалар арқасында күннен күнге азаяды. Полимерлердің үйлесімділігіне арналған 2024 жылғы соңғы зерттеу нақты сиқырлы нәтиже көрсетті. Зерттеушілер полипропиленге арнайы ферменттік өңдеу қолданған кезде, материал бес рет толық қайта пайдаланылғаннан кейін бастапқы беріктігінің шамамен 94 пайызын қалпына келтірді. Мұндай химиялық инженерлік жаңалықтар материалдар әртүрлі өнімдерде көп рет пайдаланылса да, өзінің жоғары сапасын сақтай отырып, тұйық циклді қайта өңдеу жүйелерін дамытуға мүмкіндік беруде.

Жинау мен сұрыптау бойынша глобалдық инфрақұрылымдар мен технологиялық айырмашылықтар

Аймақтық қайта өңдеу инфрақұрылымына қатынас теңсіздігі

Қайта өңдеу инфрақұрылымының көпшілігі әлем бойынша автоматтандырылған сұрыптау орталықтарын басқаратын бай елдерде шоғырланады. 2025 жылға арналған Қалдықсыз Экономика бағасы бойынша, дамыған аймақтар мұндай құрылғылардың шамамен 83 пайызын басқарады, ал дамушы аймақтарда тек шамамен 17 пайызы ғана өңделеді. Материалдарды қалпына келтірудің жоғары тиімділіктегі құрылғыларын (MRF) салу алғашқы кезеңде он екіден он сегіз миллион долларға дейінгі инвестицияны қажет етеді. Негізгі инфрақұрылым қажеттіліктермен күресіп жатқан кедей елдер үшін мұндай шығындар қаржылық тұрғыдан мағынасыз болып табылады. Сонымен қатар, ауылдық халық одан да үлкен қиындықтарға тап болады, өйткені көптеген орталықтандырылған өңдеу зауыттары адамдар мемлекеттік қалдық жинау пунктінен шақырымда тұратын алыс ауылдарды қамти алмайды.

Автоматтандырылған сұрыптау мен ластануды анықтаудағы шектеулер

Дамыған MRF'тер тазалау немесе аралас полимерлер салдарынан келетін қалдықтардың 15-20%-ын қабылдамайды. Инфрақызыл сұрыптау PET және HDPE үшін 89-92% дәлдікке ие, бірақ полистирол мен көпқабатты пластиктер үшін 70%-дан төмен түседі. Аралас ластану қайта өңделген шайырдың тазалығын 30-40% азайтады және оны тамақ өнеркәсібіндегі ыдыстар сияқты жоғары құнды өнімдер емес, парк скамьялары сияқты төменгі құнды өнімдерге шектейді.

Аралас қалдықтар үшін ақылды бөлу технологияларындағы жаңалықтар

Жаңа технологиялар гиперспектрлік бейнелеу мен машиналық оқу алгоритмдерін біріктіру арқылы өңдеу жолақтарынан өтіп жатқан әртүрлі материалдарды анықтауға мүмкіндік береді. Жасанды интеллектпен жұмыс істейтін кейбір сынақ жүйелері аралас полиолефинді пластиктерді сұрыптау дәлдігін шамамен 65 пайыздан 94 пайызға жуық деңгейге дейін көтеруге қол жеткізді. Осы уақытта, бұл ақылды машиналар дәстүрлі әдістермен салыстырғанда энергия тұтынуды шамамен 22 пайызға қысқартады. Бұл жаңалықтың ең қызықты жағы — бұрын дұрыс өңдеу мүмкін болмаған заттарды recycling жасау мүмкіндігі ашылды. Біз түсті пластиктер мен полигоналарға тасталып келген күрделі каучук қоспалары туралы сөйлеп отырмыз. Егер қазіргі тенденциялар сақталып қалса, сарапшылар 2020-жылдардың ортасына қарай мұндай жетістіктер жыл сайын шамамен 14 миллион метрикалық тонна қалдықты полигоналардан алшақ ұстауы мүмкін.

Тұрақты полимерлік жүйелерге арналған экономикалық және саяси бағыттар

Қайта өңделген және жаңа пластиктің құнының бәсекеге қабілеттілігі

Қайта өңделген пластиктің құны жалпы пластиктен шамамен 35-50 пайызға қымбат болуы оның түрлерін сұрыптау мен тазалау үшін көп энергия қажет етеді. Неліктен? Мемлекеттер мұнай компанияларына субсидиялар арқылы үлкен жеңілдіктер беріп отырады, бұл жаңа пластиктің бағасын өте төмен ұстайды. Алайда, қайта өңдеу үдерістері заң шығарушы органдардан осындай деңгейде қаржылық көмекті алмайды. Дегенмен, қазір біраз перспективалы даму байқалуда. Еуропадағы зертханалар пластикті арнайы еріткіштермен тазалау немесе катализаторлар арқылы ескі материалдарды ыдырату сияқты әдістерді сынақтан өткізуде. Кіші масштабта сынап көргенде, бұл әдістер шығындарды шамамен 18 пайызға дейін қысқартатын сияқты, бірақ көптеген өндірушілер үшін масштабтау әлі де қиындық туғызады.

Экономикалық кедергілер: Субсидиялар, масштаб және өңдеу тиімділігі

Әр жыл сайын үкіметтер 2020 жылы Alpizar мен әріптестерінің зерттеуі бойынша, пайдалы қазбалардан жасалған пластмассаға шамамен 350 миллиард доллар, ал тек шамамен 12 миллиард доллар қайта өңдеу бағдарламаларына кетеді. Қаржыландырудың осындай үлкен айырмашылығы аралас пластик қалдықтардың барлық түрлерін өңдей алатын жаңа қайта өңдеу зауыттарына компаниялардың инвестиция салуын өте қиындатады. Дегенмен, қалдықтарды дұрыс басқару үшін жақсырақ қаржылық стимулдар жасауға тырысатын пластиктік кредит жүйелері сияқты біраз перспективалы шешімдер пайда болуда. Алайда, жасыл жалғандау туралы тағы бір сериядан құтылу үшін біз осы жүйелердің толық өмірлік циклі бойынша әсерін өлшеу үшін анық стандарттарға ие болуымыз керек.

Құнын және энергияны төмендету үшін интеллектуалды химиялық инженерлік шешімдер

Микротолқындық және ферменттік әдістерді қолдану дәстүрлі әдістермен салыстырғанда энергияны пайдалануды 40-60% азайтады. 2023 жылғы тәжірибелік жоба партиялық жүйелерге қарағанда 30% төмен операциялық шығындармен мономердің 92% өнімін сақтайтын үздіксіз ағынды химиялық қайта өңдеу реакторларын көрсетті. Бұл жетістіктер қайта өңдеу кезінде тұрақсыз шикізат сапасы мен термиялық ыдырау деген екі негізгі кедергілерге тікелей шешім ұсынады.

Әлемдік деңгейдегі бөлшектену саясаты және үйлестірілген реттеулерге деген қажеттілік

Пластик үшін тек 34 елде кеңейтілген өндіруші жауапкершілігі (EPR) заңдары бар, бұл көптеген елдерде компаниялар үшін сәйкестік күрделілігін туғызады. Элен МакАртур қорының шеңберлік экономика метрикалары үйлестірілген есеп беру үшін негіз болып табылады, бірақ олардың бекітілген қолданылу механизмдері жоқ. ОЭСР мүше елдерінде пластиктің 18% қайта өңделсе, дамушы экономикаларда бұл көрсеткіш 4% құрайды — аймақтар арасындағы айырмашылық бәсекелес емес.

Шеңберлік экономиканың дамуына ықпал ететін Кеңейтілген Өндіруші Жауапкершілігі (EPR)

Еуропа Одағының елдерінде Қосымша Өндіруші Міндеттемелері (EPR) саясаты жоғары дәрежеде қайта өңделетін материалдарды талап ету арқасында жәшіктерді қайта өңдеу көрсеткіштерін 2018 жылы шамамен 42 пайыздан қазіргі уақытта 51 пайызға дейін көтерді. Кейбір жаңа тәсілдерге компаниялар пластиктерін қайта өңдеу сапасын жақсартқан сайын шоттарынан ақша үнемдейтін экологиялық модуляцияланған алымдар жатады. Мысалы, компаниялар полимерлерді қайта өңдеу мүмкіндігін 10 пайызға арттырған кезде алымдар бойынша 15 пайыз жеңілдік алуы мүмкін. Басқа жағынан, әртүрлі зерттеу топтары өндіріс пен тұтыну процестерінің әртүрлі сатыларында материалдар үшін ID-карточкалар ретінде қызмет ететін цифрлық өнім парақшаларын жасауға тырысуда. Бұл парақшалар табиғи ресурстардан бастап дайын өнімдерге дейінгі барлық нәрсені бақылауға көмектеседі және бүкіл өндірістік процесс бойынша ресурстардың айналымын тиімдірек етумен қатар, барлық қатысушыларға есеп беруді жеңілдетеді.

ЖИІ ҚОЙЫЛАТЫН СҰРАҚТАР

Полимер өндірудің экологиялық әсері қандай?

Пластик қалдықтары, микропластика ластануы және парниктік газдардың шығарылуы се­бебінен полимер өндіру кезінде маңызды экологиялық із қалады. Бұл процестер сулы орта мен құрлық экожүйелеріне ұзақ уақыт әсер етеді.

Химиялық түрде қайта өңдеуде қандай қиыншылықтар бар?

Химиялық қайта өңдеу қалдықтың үйлесімсіздігі мен қондырғыларға жоғары капитал салымдары сияқты техникалық және қаржылық кедергілерге тап болады, бұл оның масштабын кеңейту мен таратылуын шектейді.

Қайта өңделген пластикке сұраныс пен ұсыныс арасында неге айырма бар?

Қайта өңделген пластик ұсынысы қалдық жинаудың үйлесімсіздігі, ластану мәселелері мен аралас пластиктерді тиімді өңдеу бойынша технологиялық кемшіліктер салдарынан шектеулі.

Кеңейтілген өндірушінің жауапкершілігі (EPR) шеңберлік экономиканы қалай қолдайды?

ЕО-дағы EPR саясаты қайта өңделген материалдарды пайдалану талаптарын енгізу арқылы қайта өңдеу көрсеткіштерін арттырады және полимерлерді қайта өңдеуге ыңғайлы етуге стимул береді.