Technologie frakční depolymerizace odpadních plastů, nebo použitých olejů pro výrobu topného oleje

Legenda k obr.1:

Výhody této technologie a příslušného zařízení představují nejen možnost vyrábět motorovou naftu
z různých organických látek, nýbrž také vyloučení výskytu toxických vedlejších produktů, jako je dioxin nebo metan.

Laboratorními testy bylo prokázáno, že výroba motorové nafty z plastů, použitých olejů a vyplachovacích olejů je funkční. Depolymerizace tuků, rostlinných surovin a pryže je teoreticky možná, musí se však ještě ověřit.

Jsou-li zdrojem vsázky pro frakční depolymerizaci organické látky / odpadní produkty, jako jsou rostlinné oleje, přírodní tuky, minerální oleje, plasty a jiné organické látky, nabízí se prodejci zpracovatelských zařízení na trhu široké pole. Jako odběratelé přicházejí v úvahu nejrůznější výrobní závody (výrobci plastů, čerpací stanice pohonných hmot, průmyslové závody, zpracovatelé odpadů, města atd.). Pro tyto podniky je  získání zpracovatelského zařízení zajímavé a maximálně ekonomické ze dvou důvodů. Za prvé umožní snížit náklady na likvidaci odpadů a za druhé vytvoří potenciál snížení nákladů tím, že umožní použití vyrobeného paliva k získání energie. Dosud vedená jednání s průmyslovými závody, jako je ATU, Stratmann, Stuart Palmöl, naznačují obrovské možnosti prodeje, pokud bude zajištěn vývoj těchto zařízení do stavu zralého k sériové výrobě.

Společnost Technology GmbH, 100 % dceřiná firma společnosti Capital Holding, byla založena v prosinci 2004. V červnu 2005 převedla svůj podíl na firmu Incorporated, která naopak převedla 70 mil. akcií na společnost Capital Holding.

Na základě specifického charakteru těchto zařízení, která – na rozdíl od konkurence – zajistí zákazníkům značné výhody v oblasti nákladů, plánuje Technology GmbH již ve druhém roce dosažení rovnováhy a do roku 2007 předpokládá dosažení obratu téměř  3 mil. €.

Konzervativní předpoklad vychází z toho, že v prvním roce lze očekávat hospodářský výsledek (ztrátu) ve výši -1.1 mil. €; ten by se v následujícím roce měl zlepšit na minus 650.000 € a v roce 2007 by měl vést k výnosu před zdaněním 2.44 mil. €. K realizaci těchto předpokladů musí být prokázána sériová zralost technologie. Se stavbou experimentálního zařízení se začne ve druhém pololetí roku 2005, do konce roku 2005 má být uvedeno do provozu.

 Základní koncepce a technický popis

Koncepce

Koncepce předpokládá, že se bude v decentralizovaných zařízeních vyrábět motorová nafta nebo topný olej pro lokální trhy. Zvláštní důraz bude kladen na kvalitu produkce a na emise zařízení při provozu. Kromě toho se budou zkoumat možnosti skládkování vznikajícího odpadu. Po poloprovozním odzkoušení různých výchozích látek, které se budou u zajímavých zákazníků vyskytovat v reprezentativním množství, budou zařízení bez větších problémů se zárukami vyráběna, montována a uváděna do provozu pro zákazníky.

První komerční poloprovozní zařízení má výrobní kapacitu 4000 tun/rok, která bude nabízena pro trh.

Stručný popis technologického postupu

Dlouhodobé poznatky dnes ukazují, že při vzniku ropy v geologicky dávných dobách v pramořích musely být k dispozici katalyzátory ve formě jílovitých minerálů. Tato technologie používá speciální katalytické minerály, které mají charakter iontoměničů. Místo teploty 100°C, která byla v sedimentech pramoří, pracuje tato technologie za teplot mezi 340 a 410°C a tím zkracuje dobu k vytvoření ropy.

Laboratorními zkouškami bylo ověřováno, jak silný je vliv katalyzátoru při transformaci plastů a použitých olejů na topné oleje a motorovou naftu. O kvalifikované vyhodnocení byl požádán SGS INSTITUT FRESENIUS Chemische und Biologische Laboratorien AG) v Drážďanech. K testování účinku katalyzátoru byly zpracovány vzorky plastů s přídavkem 0%, 1% a 10% katalyzátoru.

Výsledky SGS INSTITUTU FRESENIUS byly velkým překvapením, protože se zjistilo, že katalyzátor nemá na transformaci vůbec žádný vliv. Všechny vzorky podléhaly změnám za stejných teplot od 340°C do 460°C. Kvalitativně ani kvantitativně se tedy nezískaly žádné odlišné okrajové podmínky.

Tyto pokusy také umožnily vyloučit dlouhodobý názor, podle něhož použití katalyzátoru může potlačit vznik grafitu. Pozitivním výsledkem z hlediska zařízení a technologie frakční depolymerizace je, že je možno upustit od použití katalyzátoru, což vede k výraznému snížení provozních nákladů zařízení. Zároveň se tím samozřejmě snižuje objem látek, které se musí odstranit. I tato skutečnost má pozitivní dopad na ekonomiku depolymerizačního zařízení. Na základě toho tedy technologický proces vychází z toho, že depolymerizační zařízení mohou být při zpracování použitých olejů, vyplachovacích olejů a plastů provozována bez katalyzátoru.

Po dosažení zpracovatelské teploty 390°C se odštěpený uhlovodíkový podíl odpařuje jako motorová nafta a po frakcionaci v destilační koloně se kondenzuje. Toto štěpení se zásadně odlišuje od obvyklých způsobů štěpení, jako je pyrolýza. Především teplota procesu je o více než 300°C nižší, tj. vzniká velmi málo uhlíku. Tento uhlík představuje černý dehtovitý zbytek, který se musí odstraňovat z povrchu reaktoru.

	Obr. 2 Schéma zařízení

Legenda k obr. 2:

Aby se tomu zabránilo, byla podána nová patentová přihláška, podle níž se povrch nádoby reaktoru čistí škrabákem (viz obr. 3). Konfigurace a materiály k tomu jsou patentově chráněny. Škrabák brání usazování uhlíku a kromě toho zaručuje lepší přenos tepla mezi prostorem hořáku a vsázkou materiálu. Trvalým vedením tepla se zajistí, že z produktu nevznikne 40%, nýbrž jen 4,5% plynu, který se využívá k vyhřívání reaktoru.

Separace využitelné frakce motorové nafty ze zbývající kapaliny umožňuje, aby byly do téhož zařízení vnášeny značně rozdílné látky. Vložené látky se v zařízení zdrží právě takovou dobu, než se rozštěpí na motorovou naftu. Doba, po kterou látka zůstane v cyklu, je různá podle vložené suroviny.

Nevýhody postupu byly překonány v laboratorním zařízení s jinou vsázkou. Prototypové zařízení pracující na tomto principu dosud neexistuje.

	Obr. 3 Stírací zařízení ke zdokonalení účinnost reaktoru (schéma)

Legenda k obr. 3

Toto zařízení je možno použít k hospodárné výrobě paliv, a to díky následujícím významných přednostem:

• k ohřevu pro dosažení krakovací reakce je použit nový samočisticí reaktor

• nepřerušované čištění nádoby reaktoru zaručuje trvale vysokou výkonnost

• reaktor a destilační jednotky jsou odděleny do 2 samostatných systémů

• tyto systémy jsou propojeny pouze přes bezpečnostní kontejner se zařízením na odstraňováním pěny a tím umožňují výrobu velmi čistého produktu.

Navíc společnost Technologie GmbH také úspěšně provozovala zařízení, kde přiváděný materiál obsahoval chlór a fluór a tyto byly vázány přísadou aditiva.

Materiál je do nádoby reaktoru vstřikován (viz obr. 2). K udržení přívodního šneku na teplotě 200°C se používá rekuperační ohřev; dojde k vypuzení vody a plast je zkapalněn. Podávací šnek vstřikuje přiváděný materiál – oleje nebo zkapalněné plasty – do nádoby reaktoru.

Reaktor samotný je zcela oddělen od destilačního zařízení. Páry nafty, které vznikají v reaktoru tavením, krakováním a stabilizací, procházejí vysokorychlostním cyklonem do velké bezpečnostní nádoby. V této nádobě dochází k oddělování aerosolů a případných unášených částic od par pomocí odlučovačů kapek. Z této bezpečnostní nádoby procházejí dále páry do destilačního zařízení, destilační kolony.

Veškeré tyto modifikace, provedené na stávajícím systému, vedou k vytvoření samočisticího systému, u něhož je dosahována kapacita 500 l/hodinu a vzniká produkt, který přesně splňuje normy.

Až 95 % produktu vstupuje do destilačního zařízení formou par a přichází dále do produktové nádrže jako topný olej nebo nafta. Ze zbývajícího materiálu se stává topný plyn (využívaný pro rekuperační ohřev), nebo je uvolňován formou pevných látek.

Trh a rentabilita

Přiváděné materiály

V zásadě lze ve frakčním depolymerizačním zařízení zpracovávat jakýkoli organický materiál. Následující tři skupiny jsou zejména zajímavé jako přidávané materiály:

• Minerální oleje

• Plasty

• Výplachový olej

	Graf 1 Odbyt pro plastové odpady podle původu (v 1 000 tunách)

Legenda ke grafu 1:

V rámci průzkumů trhu byl připraven přehled jednotlivých výnosů a stávajících strategií likvidace odpadů s ohledem na každou tuto skupinu.

Kategorie minerálních olejů sestává převážně z odpadních olejů, organických rozpouštědel a olejů z odlučovačů olejů nebo olejového kalu. Odpadový olej se obvykle akumuluje u benzínových čerpadel a v opravnách automobilů, ale organických rozpouštědel využívá celá řada průmyslových oborů, jako jsou lapače olejů. Olejový kal představuje zpravidla residuum, který se ukládá formou jemného pigmentu během přepravy nebo skladování olejů. Předpokládá se, že v současnosti dochází k akumulaci více než
4 milionů tun olejů ročně a tento olejový kal musí být zpracováván jako nebezpečný odpad.

Kategorie plastů zahrnuje materiály jako jsou polyetylén, polypropylen, polystyren a jiné. Tyto materiály jsou sbírány jako tříděné podle druhu i netříděné. V současnosti musí provozovna produkující 15,5 milionů tun plastů ročně likvidovat dalších 4 až 5 milionů tun. Až doposud se tyto plasty likvidovaly buďto spalováním ve spalovnách nebo jejich používáním při výrobě cementu. Plasty nasbírané (v Německu) v rámci veřejného programu recyklace jsou značně náročné na dopravu na větší vzdálenosti, protože ve srovnání se svým objemem váží velmi málo. V tomto případě budou provozovny dané kapacity ideální pro potřeby místních společností zabývajících se likvidací odpadů, protože materiály mohou být využívány v blízkosti zdroje, aniž by se vyžadovalo jejich předběžné zpracování nebo úpravy.

	Graf 2: Trh pro plastové odpady podle původu (v tis. tun)

Legenda ke grafu 2:

Zleva: výrobci, zpracovatelé, stavebnictví, automobilový průmysl, elektrotechnický průmysl, obaly, jiné

Zvlášť výhodné je vypuštění třídění plastů s obsahem chloru a fluoru, protože ty se dají při procesu zpracování separovat jako soli. Při spalování plastů se tyto prvky rekombinují a dostávají se  tak do životního prostředí ve formě dioxinů, ohrožujících zdraví.

Pevné látky nakonec představuje kostní moučka a rostlinný (zelený) odpad a dále piliny z nábytkářského průmyslu. Potenciálními zákazníky jsou pily a výrobci dřevotřískových desek. Zde je ovšem teprve třeba provést pokusy k prokázání realizovatelnosti.

Prezentace postupu v různých průmyslových podnicích, jako např. v ATU, Stratmann Recycling, Stuart atd., jasně naznačila, že jakmile bude prokázána zralost technologie k sériové realizaci, bude po zařízeních poptávka.

 Marketingová strategie

Jak již bylo zmíněno, jsou pro různé vsázkové materiály možné jednotky o kapacitě 4000 tun/rok. Tato zařízení budou lokálně produkovat topný olej nebo motorovou naftu; tyto produkty pak budou použity k výrobě elektrické energie pro vlastní spotřebu, nebo k dodávce do sítě, příp. k pohonu vlastních vozidel
s dieselovými motory, nebo pro ústřední vytápění. Při řadě jednání s potenciálními uživateli byla nejživěji diskutována otázka funkční spolehlivosti zařízení: "Získá se z použitých surovin spolehlivě topný olej, příp. motorová nafta?". Velmi podstatnou roli hrají samozřejmě i ekonomické úvahy.

	Graf 3: Vývoj cen motorové nafty v Německu (bez daně) Svislá osa: cena; vodorovná osa: období

Prodávat tato zařízení již nyní nemá velký smysl, dokud není prokázána zralost pro sériové provozování
s různými surovinami. Proto se předpokládá, že ihned po uvedení tohoto zařízení do provozu bude odzkoušena jejich funkce s různými surovinami a budou pozváni reprezentativní zákazníci z příslušných odvětví, aby jim byla funkční způsobilost zařízení předvedena na místě.

Při předběžných jednáních naznačilo konkrétní zájem o koupi takového zařízení šest podniků.

Rizika

Jedno riziko představují základní znalosti emisí. Dosud není známo, ke kterým emisím které použité suroviny povedou a jak je bude možno zvládnout. Je možné, že k odstranění zápachu nebo prachu bude třeba zařadit specifické filtrační stupně. Musí se postupovat ve shodě se schvalovacím úřadem (Státní úřad pro ochranu životního prostředí v Cáchách – Staatliches Umweltamt Aaachen) a vypracovat kritické analýzy možných emisí.

Přídavné filtrační stupně realizovatelnost nezpochybňují.

Dalším dosud neznámým problémem je skládkování zbytkových látek, které budou při procesu vznikat.
I zde jejich povaha v podstatné míře závisí na použitém materiálu a je třeba provést jejich výzkum
z hlediska odtoku výluhů. Dosud je zcela nejisté, které kategorie látek bude možno deponovat. Pokud se podaří provést granulaci se spolehlivým uzavřením povrchu, jak již bylo v laboratoři testováno, nebyly by s chováním na skládkách problémy.

Velmi obtížně lze kalkulovat přínosy za použité suroviny, které je možno dnes použít, např. DSD. V současné době se počítá s dobropisem ve výši cca  220 €/t směsného odpadu. Najdou-li se však nové možnosti, které povedou k levnější likvidaci, budou se ceny rychle snižovat.

Největší a dosud nezvládnuté riziko představuje konstantní kvalita produktu, kterou bude možno prokázat až po rozsáhlých sériích testů. Na speciálních pracovištích je sice možno prokázat údaje odpovídající příslušným normám DIN, je však možné, že k dosažení stabilní kvality motorové nafty bude nutno technologii několikrát upravit.

Jestliže se to nepodaří, bude nutno se spokojit s podstatně nižšími požadavky kladenými na topný olej a produkt bude možno použít pro provoz stacionárních elektrických agregátů nebo pro zařízení. Výnos by pak byl poloviční, ekonomický však stále ještě možný. Kromě toho dosud není upravena daňová klasifikace vzniklého produktu jako topného oleje příp. motorové nafty. Pokud by se produkt měl využívat jako topný olej, bylo by daňové zatížení 3 centy na litr, což by mělo jen malý vliv na ekonomiku. Při zařazení jako motorová nafta by zatížení činilo cca 45 centů na litr. U nového zařízení se dá očekávat osvobození od daně.

Protože experimentální zařízení představuje technologickou novinku, bylo by aplikováno ustanovení zákona o zdanění minerálních olejů, podle něhož se inovace daňově nezatěžují, tj. ekonomika zejména zkušebních zařízení by byla zajištěna, ale i první zařízení určená ke zpracování jen jedné suroviny by zpočátku nebyla zdaňována.

Na portále PETrecycling.cz byly již jako moje překlady k této metodě uveřejněny příspěvky na rozcestníku v podmenu (levý sloupec):

• 18.05.2007 Ze směsných plastových obalů frakční depolymerací nafta

Na toto téma doporučuji zájemcům například další dva odkazy:

• CWT Changing World Technologies, Inc.
• Holandská spoločnosť bude vyrábať naftu z plastového odpadu aj na Slovensku Autor: TASR, (08. 02.2006)
• Holandská spoločnosť bude vyrábať naftu z plastového odpadu aj na Slovensku (převzato 10.02.2006)