Deutsche Gesellschaft für Kunststoff-Recycling (DKR) a projekt chemické recyklace

Záměr: Cílem DKR je recyklovat všechny použité plastové obaly ze sběrového systému Dual System Deutschland s maximální eko-efektivitou. Pro použité PET láhve jsou k dispozici velmi kvalitní způsoby mechanické recyklace, například pro výrobu vloček určených k výrobě vláken, nebo pro recyklaci bottle-to-bottle. Avšak pro tento účel jsou vhodné pouze transparentní lahvové materiály.

Cíl: V rámci výzkumného projektu DKR má být provedeno zkoumání aplikací chemických procesů pro směsné PET obaly (barevné, včetně opakních PET lahví, nádobí, různé blistry), které v současnosti nelze mechanicky recyklovat na vlákna nebo láhve. Současně s tím chce DKR zjistit, jestli chemické procesy mohou být alternativou k mechanické recyklaci transparentních PET obalů. Tyto procesy přeměňují dlouhé molekulární řetězce PET na kratší moduly. Finální výrobky chemické recyklace lze v průmyslu plastů použít jako výchozí materiály pro výrobky nové.

Dvě cesty vedoucí k cíli

K realizaci tohoto cíle se DKR snaží o dvě řešení:

1. Využít existující výrobní kapacity. DKR vyzkouší výrobní kapacity, které v Evropě již existují pro chemickou recyklaci PET obalů z Dual Systemu. Možnými partnery jsou společnosti Regra, DuPont SA a COIM.
2. Adaptace a současně vývoj existujících procesů. DKR a její kooperující partneři provedou studie, v jakém rozsahu mohou být známé chemické procesy využity pro splnění požadavků recyklace PET v rámci Dual Systemu.

Porovnání procesů

V podstatě existují tři procesy pro chemickou recyklaci PET pomocí tzv. solvolýzy. Jsou to hydrolýza, metanolýza
a glykolýza.

Solvolýza je reversní reakcí tvorby (výroby PET), při které vznikají výchozí monomery (kyselina tereftalová TPA, dimethyl- tereftalát DMT a ethylénglykol EG) nebo meziprodukty (bis-(2-hydroxyethyl)tereftalát BHET nebo polyesterové polyoly/ oligomery). U těchto procesů jsou jako rozpouštědla vhodné různé alkoholy (methanol), glykoly a voda.

Přehled reakčních rovnic

DKR zkoumala výhody a nevýhody těchto tří procesů. Uvádíme vyhodnocení jednotlivých procesů:

Hydrolýza

Reakce:

Finální výrobky:
Kyselina tereftalová (TPA), ethylénglykol (EG) 

Charakteristika procesu:
Vysoké výrobní náklady a náklady na likvidaci odpadů

Při tomto procesu se používá voda k rozložení PET na kyselinu tereftalovou a ethylénglykol za přítomnosti kyselin nebo zásad jako katalyzátorů. Pro výsledné produkty hydrolýzy existuje trh. Proces je již aplikován jako poloprovozní zařízení. Avšak rozklad polyesterů, jako je PET, je vodou pomalý a krystalizační procesy jsou těžkopádné. Zkrácení doby hydrolýzy vyžaduje drastické reakční podmínky, jako je vysoký tlak a vysoká teplota.

Z toho důvodu vyžadují inženýrská řešení vysoké náklady. Kromě toho je spotřeba energie, potřebná pro průběh procesů hydrolýzy poměrně vysoká. Jako odpadní produkty reakce vznikají velká množství soli a jejich likvidace
je nákladná.

Stav vývoje:

Poloprovozní zařízení

Metanolýza

Reakce:

Finální výrobky:
Dimethyltereftalát (DMT), ethylénglykol (EG) 

Charakteristika procesu:
Vysoké výrobní náklady

Při tomto procesu je PET přeměněn na dimethyltereftalát (DMT) a ethylénglykol (EG) pomocí methanolu. Metanolýza je technicky pokročilejší než hydrolýza. Pro výrobu DMT jsou však potřeba komplikované postupy krystalizace a destilace při vysokém tlaku. Tomu odpovídají vysoké investiční a provozní náklady. Existující závody pro průmyslový způsob recyklace pomocí metanolýzy byly z toho důvodu opět uzavřeny.

Stav vývoje:
Průmyslový závod  

Glykolýza

Reakce:

Finální výrobky:
Bis-(2-hydroxyethyl)tereftalát (BHET) nebo polyesterové polyoly

Charakteristika procesu:
Poměrně nízké technické výdaje, nízké náklady

Při tomto pochodu je PET rozpuštěn glykolem (MEG) nebo vyššími molekulárními glykoly a přeměněn na bis-(2-hydroxyethyl)tereftalát nebo polyesterové polyoly (APP). Polyesterové polyoly jsou důležitými výchozími materiály pro nejrůznější chemické reakce. Pro glykolýzu nejsou třeba tlaková zařízení. S ohledem na nízké technické výdaje jsou investiční a provozní náklady poměrně nízké. Výhodou glykolu proti metanolu je vyšší bod varu a schopnost rozpouštět PET mnohem snadněji. Další výhodou je relativně vysoký energetický obsah finálních výrobků takže potřebují méně energie pro zpracování na následné výrobky.

Stav vývoje:
Průmyslový závod

Výsledek

Ze zkoumaných procesů solvolýzy PET vychází proces glykolýzy jako nejvhodnější v přímém srovnání ekonomických, technických a ekologických podmínek, jak ukazuje následující obrázek:

Polyesterové polyoly, vznikající během glykolýzy jsou používány především pro výrobu pěnových izolačních materiálů (tuhý PUR a PIR pěna). Mohou však být použity pro výrobu ohebných pěn, lepidel, povlaků a licích pryskyřic. Pro tyto výrobky již existuje trh.

Další kroky

V rámci kooperačního pokusu by měl být projekt rozvíjen s těmito cíli: 

• Další vývoj procesů glykolýzy až do stádia průmyslové výroby polyesterických polyolů z PET obalů označených zeleným bodem. 
• Práce výzkumu a vývoje (R&D) na optimalizaci procesů glykolýzy a vývoj zlepšených typů polyolů jakož i nových sloučenin a systémů pro výrobky PUR a PIR.
• Otevření trhů pro polyesterické polyoly z recyklace PET nabídkou přesvědčivé kvality a ekonomických výrobních nákladů.

Možní kooperační partneři