Giorgio Mattiello - giorgio.mattiello@gmail.com
Proč není recyklace PET lahví vůbec jednoduchá

Recyklace PET lahví je problém, který dnes zajímá téměř každého. Z toho důvodu mně dovolte rozebrat, co to přesně znamená; mnoho lidí má pouze hrubou představu, oč jde a proto bych se pokusil vysvětlit, co je dobře a co ne.

Foto GM engineering: Záběry částí dvou recyklačních linek PET lahví

PŘEDTŘÍDĚNÍ

Někde se používá předtřídění suroviny po paketování, ne proto, že by to lidé měli v oblibě, ale protože roztříděné PET láhve mají při jejich prodeji vyšší cenu a lze získat rovněž nějaké HDPE láhve a za ně utržit ještě více peněz [1].

To bohužel neplatí o PVC lahvích [2], ale o těch budeme hovořit později.

Takže jednoho dne někde uvidíte spoustu těchto balíků nakupených na sobě a pokud jste zaměřený environmentálně - na ochranu životního prostředí a máte nějaké peníze, začnete uvažovat o recyklaci PET lahví. Tento den si dobře zapamatujte. Dále uvedu podrobně, proč si to myslím.

PET je technický materiál a finální výrobek musí mít precizní charakteristiku, aby jej bylo vůbec možno použít a je třeba si zapamatovat, že začínáte s hromadou lahví, posbíraných na ulici někým, kdo neví, a nikdy ani nebude chtít vědět, co je to PET, a navíc mnoho z lahví má nálepku, kde je uvedeno "voda", ale byly použity skutečně pro " vodu ?????" A myslete přitom na nejhorší. A proto začněme.

Nejlepší, nejjednodušší a nejlevnější způsob je v tomto momentě použít třídící buben. Mnoho lidí si myslí, že třídící buben je třeba k tomu, aby se odstranily střepy skla, kamení, nějaká víčka atd. Do jisté míry je tomu tak, ale hlavní důvod je ten, že třídící buben dodává velice plynulý tok materiálu, nutný jak při manuálním třídění, ale především při třídění na automatických třídících zařízeních.

Budeme hovořit především o jednoduchých třídících zařízeních, pokud jsou tyto stroje nebo zařízení v lince nutné [3].

Takže z třídícího bubnu přejdou láhve na dopravní pás, nebo soubor dopravních pásů, v závislosti na zvolené metodě třídění. Řekněme si proto o třídění trochu více, protože podle našeho názoru jsou zde rozdíly.

Existují samozřejmě způsoby, jak PVC vytřídit a dosáhnout této čistoty, ale mějme na paměti náklady. Naštěstí NIR a X-ray detektory jdou s cenou dolů, takže je otázkou, zda si to dovolit už nyní, nebo napřed vše ekonomicky vyhodnotit, posoudit a rozhodnout. Přejděte na stránku "automatic sorting" pokud toho chcete znát o třídění víc.

Zbytek lze již snadno dotřídit a ze vsázky PET lahví odstranit. Mohou to být plechovky, polystyrénový tácek nebo dokonce pár bavlněných ponožek, ale ty se nepodobají láhvi a žádný automat je neumí odstranit. Nesmějte se příliš ponožkám, protože to je to nejmenší, co se může dostat na třídící pás a ani nejdokonalejší automat to nedokáže rozlišit ponožky od PET, takže budete potřebovat někoho u pásu na konečnou kontrolu před mletím [4].

Jak je to vlastně s mletím? Pokud něco uděláme špatně před vstupem materiálu do prací linky, pak to vyvolá při praní problémy. Mlýn by proto měl mít některé základní specifické vlastnosti. Především musí být výkonný, ale ne tak, jak si myslíte, ale ještě výkonnější. Dále musí stále pracovat s ostrými noži, jinak se velikost vloček zvětšuje, objemová hmotnost vloček se naopak snižuje a to nejdůležitější, chod mlýna s tupými noži znamená "otevření" části vloček, jako by to byl vícevrstvý materiál a dochází pak k pohlcování vzduchu. Když se pak vločka dostane do vody (v sink float tanku), plave společně s PE. Kromě toho tupé ostří nožů vytváří mnoho jemného podílu, takže dobrý materiál se vyhazuje (oboje znamená jediné - vyhazují se peníze).

PET je velmi abrasivní materiál a prach a papír nejsou na tom lépe, měli byste proto počítat s velmi rychlým opotřebením nožů. Máte proto dvě možnosti; buď zastavit linku jednou denně, nebo maximálně každé dva dny, nebo mít k disposici mlýny dva, jeden v chodu a druhý odstavený pro údržbu - ostření nožů.

Můžete namítnout, že to je nákladné a budete mít pravdu, ale co stojí každodenní odstavení linky za milion dolarů, nebo na 4 nebo 5 hodin zhruba každé dva dny? Pokud začnete počítat, pak zjistíte, že vložené peníze dostanete velmi brzy zpátky a tím rovněž náklady na prostoje, což je v seznamu nákladů nejdražší položka. Pokud jde o provozní náklady, věnujte raději velkou pozornost těmto  "skrytým" nákladům, než těm, které jsou každému velice jasné.

Jak jsou kupříkladu vysoké náklady na údržbu? To vám asi nikdo neprozradí, když nabízí linku na praní PET lahví. Raději se na to zeptejte, stejně tak na náklady na spotřebu energie k ohřevu vody, filtraci vody a podobně. Ale zpět k mletí, existuje totiž ještě jiná možnost výběru.

Je lepší mletí vsázky za sucha, nebo za mokra?

Mletí za sucha má výhodu v tom, že můžete pracovat s dmychadlem, což poněkud zvýší kapacitu stroje, etikety se následně lépe pomocí jednoduchého pneumatického třídiče odstraňují. Ten pracuje pouze se suchými vločkami a ložiska nebudou při chodu za sucha tak namáhána.

Naopak mletí za mokra je vhodnější v tom, že rotor a nože mlýna zůstanou vždy chladné, nože se určitě tak rychle neotupí, mlýn účinkuje rovněž jako předepírací stroj a odstraňuje z povrchu většinu nečistot, přeměňuje většinu papírových etiket na kaši a mletí je méně hlučné než mletí za sucha. Mokrý mlýn je vybaven na krytu  šnekovým dopravníkem, kde dojde zčásti k odvodnění a vločky z něj vychází s obsahem vody 30/40%, a to
v závislosti na podílu papíru. Pokud zvolíte mokrý systém, měli byste počítat se sušením přímo za mlýnem pro oddělení volných nečistot a papírové drtě. Pokud je sušárna dobrá, můžete dokonce uvažovat se vzdušným třídičem - cyklonem - pro odstranění plastových etiket a v takovém případě budou PET vločky obsahovat pouze něco PP a PE zbytků (tj. etiket přilepených a dosud lpících na vločkách, dále víček a hrdelních kroužků
a samozřejmě zbytky lepidla), velmi málo nečistot, a papíru, event. jiných nečistot.

Takže je to vhodné z hlediska provozu i dodavatele, protože materiál je správně umletý, na druhou stranu je to nákladnější, ale z dlouhodobějšího hlediska se mnoho ušetří pokud jde o vlastní očištění vloček, počínaje předpírkou materiálu a prodlouží se životnost nožů (nižší náklady na údržbu).

Osobně doporučuji mokré mletí, ale problém je možné diskutovat.

Foto GM engineering: Obrázky pracích částí dvou recyklačních linek

Na samém začátku prací linky je vyrovnávací silo, kde se ocitnou vločky po předepírací části linky, jedno jaké; každá prací linka, pro jakýkoliv druh materiálu velmi vyžaduje stálé množství dodávaného materiálu. To má mnoho důvodů, ten hlavní je ale ten, že doba pobytu vloček v prací lázni je předem nastavena a konstantní, za další pak bude fungovat odstředivka pro odvodnění mnohem lépe, pokud bude mít materiál po celou dobu procesu stejnou rychlost průtoku.

Praní však není v prací lince prvým stupněm. Vločky jsou již zčásti čisté, ale ještě obsahují příměs víček
a hrdelních kroužků, něco etiket zbylo po vzdušném třídění v cyklonu/cyklonech,  i když jsme se je už raději snažili odstranit před vlastním procesem praní. K oddělení těchto cizích materiálů slouží jejich dělení ve vodě flotačním postupem, tzv. sink-float procesem [5].

	Takže z vyrovnávacího sila vycházejí vločky při konstantní rychlosti nastavené operátorem, jdou pak do flotačního tanku (sink-float tank) kde dochází k oddělení polyolefinů. Chci zdůraznit, že v tomto tanku nedochází k žádnému praní, takže nazývat jej "prací tank" mně nezní správně.
Foto GM engineering: Obrázek sink-float tanku k oddělení polyolefinů od PET

Ale pokračujme ještě s prací linkou. Po předpírce a oddělení polyolefinů jsou vločky připraveny k definitivnímu vyprání a odstranění zbývajících nečistot, ať už jsou z čehokoliv.

Hlavním problémem je v každém případě lepidlo na etikety a jeho odstranění, takže jak je to řešeno a jaké jsou užívané technologie?

Nejstarší metoda, dosud velmi používaná, je horká voda s alkalickou příměsí, ve které se vločky podrobí po jistou dobu působení tohoto roztoku za stálého míchání a otěru, při kterém dojde k oddělení  (ne odstranění) lepidla z povrchu. Samozřejmě spolu s lepidlem se oddělí také zbytku papíru, špíny, atd. a dostanou se odpadní vody.

Je to normálně "diskotinuální proces," aby byla řízena doba působení alkalického roztok, v závislosti na jeho druhu a nastavené teplotě, po kterou bude působit která se může stejně jako doba měnit. Můžete si myslet "čím déle, tím lépe," ale to tak úplně není, protože alkálie začne proces, zvaný  "saponifikace" což je opak "esterifikace" a to znamená, že alkalický roztok začne trhat polyesterový řetězec, což má za následek dva efekty: předně vznik velmi porézního povrchu vloček, což je ideální past na nečistoty a jiný odpad a druhý účinek je degradace samotného polymeru, při níž se na otevřené radikály řetězce váže kyslík, a to má za následek změnu barvy polymeru do žluté. K ní dochází po této degradaci v momentě, jakmile je PET zahřát (např. při extruzním pochodu). Aby se tomu zamezilo, používají se dnes některé speciální chemické sloučeniny a výsledky jsou ve smyslu kvality velmi dobré. Nejsem chemik (říká Giorgio Matiello), takže to přenechávám odborníkům; vím pouze to, k čemu u PET vloček získaných z upotřebených PET lahví dochází.

My používáme zcela odlišný přístup k problému a to z mnoha důvodů. Jak jsem již uvedl předně proto, že doba působení alkalického roztoku by měla být co možná nejkratší, aby se zabránilo chemické reakci, která degraduje polymer. Za druhé je nutné najít způsob, jak ušetřit energii, protože ohřev vody parou, elektřinou, plynem, naftou a podobně je velmi nákladný. Proto používáme něco nové, využíváme samoohřev vody, dosahovaný třením vloček navzájem - díky jejich rotaci. Je to snadné pochopit, při praní dochází k jejich vzájemnému tření, drhnutí vloček a to s nejvyšší možnou energií a v přítomnosti vody (resp. alkalického roztoku). Dobu tohoto tření lze nastavit a to od méně jak minuty do nejvýše 4 až 5 minut, tedy po dobu nutnou
k tomu, aby se lepidlo a nečistoty z povrchu vloček oddělily. Proces je rychlejší, než by se zdálo, protože využívá malý trik, který lze při znalosti fyziky snadno pochopit. Dám vám malý tip, jak na to (pokud máte rádi rovněž matematiku). Vliv teploty na reakční rychlost je dána rovnicí:

Vločky by za prvé neměly mít na konci prací linky prakticky žádné chemické kontaminanty a za druhé by měly alkálie a jiné použité chemikálie (smáčedla) zůstat v uzavřeném cyklu systému filtrace, který je normální součástí systému praní. Abychom toho dosáhli, instalujeme velmi účinnou odstředivku, která poskytuje vločky o zbytkové vlhkosti menší než 0.7%. Protože se používá prací "roztok" o koncentraci zhruba 1%, je po odstředění zbytek obsahu alkálií 7/1000*1/00, což odpovídá 70 ppm; což jako první krok není špatné.

Doporučujeme ale instalovat do systému druhý sink-float tank, protože v tomto stádiu jsou po prací lince na vločkách přichyceny plastové etikety, ale nyní jsou již volné a smíseny s PET vločkami. Takže další separace ve vodě je nutná, abychom se jich zcela zbavili. Tank je velmi vhodný rovněž pro propláchnutí vloček, protože
z předchozího stádia zůstaly ještě nějaká zbytky a nechceme je smísit s čistými vločkami. Tank je opatřen kontinuálním extrakčním šnekem, vynášejícím vločky do proplachovací odstředivky, kde se odstraní poslední stopy chemikálií, dosud lpících na povrchu. Samozřejmě použití demineralizované vody by v tomto stádiu bylo velmi účinné. Koncová mechanická sušička vysuší vločky pod pouhých 0.7% vlhkosti a vše jde do skladového sila. Konec systému úpravy vloček. Není tomu tak zcela.

Snadno lze pochopit, že praní ve špinavé vodě nemá smysl. Ale předtím než začneme mluvit o filtračních systémech, pouvažujme trochu o nečistotách (obvyklých nečistotách v pevné formě), přicházejících do úpravny s odpadními lahvemi. Prach, písek, papír a ještě něco dalšího, vždy jde o pevné nečistoty; zbytek bude tvořen zbylým tekutým obsahem nádob, o němž nikdo nikdy neví, co to bude. Stejně tak, jako my (vzpomeňte na to později).

Nezmiňuji se o tom, že sami přidáváme nějaké chemikálie, abychom tu směs doplnili. Buďme vážní, protože právě z toho může vzejít většina problémů. Měli bychom vzít v úvahu další věc, která platí v mnoha zemích,
a v nejbližší době tomu tak bude v celém světě.

Odpad je zařazován do kategorií podle svého složení, takže chcete-li ušetřit nějaké peníze, tento odpad, totiž většina pevného znečištění lahví, by se neměla smísit v žádném případě s alkáliemi, jinak nastanou vážné problémy. Takže bychom měli mít samostatný filtrační systém, určený pro prvou část systému povrchového znečištění, tj. papíru a všech ostatních "dobrých" odpadů.

Aby byla naše činnost v pořádku, měli byste mít raději k odvodnění těchto pevných odpadů briketovací stroj (samozřejmě, pokud platíte za skládkování odpadů podle váhy). Měli byste porozumět tomu, proč je potřebná sekce předepírky a měli jste trpělivost to dočíst až sem, je zde pro to ještě další a dokonce mnohem důležitější důvod.

Filtrace pevných částeček se obvykle provádí pomocí mechanických filtrů, na trhu je jich mnoho. Takže v tomto případě platí, že čím více utratíte, tím lépe a to z následujících důvodů. Pomocí jednoduchého a levnějšího filtru se sítem o velikosti ok 100 mikronů se dostane určité množství nečistot/papírové drtě opět zpět do drtiče a dovedete si představit, že nečistoty a papír nepřispívají k udržení ostrých nožů , takže chcete-li lepší systém, zvolte jemnější síto 50 mikronů nebo méně. Pak se bude vracet do systému menší množství nečistot a nože drtiče vydrží déle ostré, čerpadla lépe poběží, systém odvodnění se nikdy neucpe, což je jen několik důvodů.

Teď si řekněme o tom nejdůležitějším, o nejobtížnější části systému, která nesouvisí přímo s prací linkou a to je systém filtrace pro horký alkalický roztok. Existuje mnoho systémů a dobře fungují; všechny mají ale jedno společné: jsou velmi nákladné. Jak se vám to líbí? Opět jednou "nákladné" myslíme hlavně z hlediska provozních nákladů. Osmóza, membrány všech druhů, vakuové systémy s infuzoriovou hlinkou, mohou představovat vysoké procento celkových provozních nákladů, z mnoha různých důvodů, ale všechny jsou velmi nákladné.

A pokud už systém provozujete a právě teď se smějete, protože jste našli způsob, jak problém obejít, raději zase přemýšlejte, protože váš parní generátor o více jak 600.000 kcal nepracuje zdarma.  Je to tak? Po pravdě nemám dosud snadné řešení problému, ale laboratorní pokusy ukazují dobré výsledky a průmyslové zařízení bude brzy připraveno. Investiční náklady budou srovnatelné s jinými systémy a s provozními náklady budeme blízko nule. Chápu, že mnozí z vás se vždy dívají nejdříve na konec cenové nabídky, kde je uvedena celková cena, ale to není správný způsob, jak ušetřit. Zkontrolujte všechny údaje o spotřebě energie, včetně skrytých
a vynásobte rozdíl náklady na energii, které platí ve vaší zemi, pak to vynásobte 7000 hodinami/rok a uvidíte, kolik to dělá a jestli si za tento rozdíl nemůžete koupit značkový nový SL Mercedes. Možná to bude víc jako jeden.

Takže u recyklace plastů je spotřeba energie, spolu s údržbou, odstávkami, ztrátami materiálu (v jemných podílech), manipulací s odpady a jejich likvidací základní problém. Včas si každý z nich prozkoumejte. Budeme proto hovořit o spotřebě energie.

Energie je spotřeba elektřiny, plynu, páry, nafty nebo čehokoliv co potřebujete k vytvoření pohybu a/nebo tepla, potřebného k správnému vyprání vloček. To by mělo zahrnovat jak prací linku a filtrační systém (systémy) vody a alkalického roztoku.

Prací linka musí být kompletní ve všech aspektech, ale zkuste vyloučit zbytečné kroky požírající energii, vysoké náklady na údržbu strojů, které téměř nic nevykonávají (viděl jsem jich kolem sebe řadu). Protože každý kousek zařízení má jistou cenu, spotřebovává energii, vyžaduje údržbu a hlavně se může porouchat, jako každý stroj na tomto světě.

A když k tomu dojde, máte zatracené potíže. Naneštěstí je každý systém komplexem určitého počtu strojů, jednoho za druhým, každý z nich by se měl starat o materiál, přicházející z předchozího stroje a měl by jej dodávat správným způsobem a ve správném množství stroji následujícímu, 24 hodin denně. To jednoduše značí, že pokud se zastaví hloupé 0,18 kW mazací čerpadlo, vaše krásná prací linka za více jak jeden milion dolarů stojí a nic s tím nenaděláte. A stejně tak nikdo jiný.

Abychom tuto dlouhou story zkrátili, měli byste při vašich výpočtech započítat i výdaje na prostoje, a uvidíte, že se zisk snižuje, ale to nakonec víte. Zvláště, když mluvíme o PET recyklaci, je údržba vzhledem k opotřebení každodenním problémem a s tím naděláte velmi málo,  jen o tom pouvažujte.

Recyklační linka pro plasty znamená manipulaci se špinavým odpadním materiálem [6], za mokra, při značně hlučném provozu a tak dále. Nic velkého, pokud ale víte, co děláte.