Plastika napravljena od polikarbonata je tražen materijal u industrijskoj primeni zahvaljujući svojoj svestranosti i visokom kvalitetu. Međutim, reciklaža plastičnog otpada je i dalje u granicama ovih dana, pošto mehaničke metode recikliranja ne proizvode adekvatne kvalitete recikliranog materijala za sve primene.
Zajedno sa hemijskom kompanijom Covestro Deutschland AG, istraživači Fraunhofera su sada razvili metodu koja omogućava povrat supstanci koje su prvobitno korišćene za pravljenje polikarbonata.
U katalitičkoj pirolizi, kontrolisanom procesu zagrevanja u okruženju bez kiseonika, plastični otpad se razlaže na svoje komponente. Proizvođači tada mogu koristiti sirovine za proizvodnju nove plastike.
Za sve koji traže plastiku visokog kvaliteta, polikarbonat (PC) je očigledan izbor. Ovaj materijal izdržava ekstremne temperature, otporan je na vatru i otporan na grebanje, abraziju, pa čak i na razblažene kiseline. Takođe je veoma transparentan. Sva ova svojstva čine plastiku koja sadrži PC traženim i svestranim materijalom u industrijskoj primeni.
Kao rezultat toga, mnogi proizvođači traže načine da povrate vredan materijal recikliranjem plastičnog otpada. Ali konvencionalne tehnologije kao što je mehanička reciklaža proizvode neadekvatne kvalitete recikliranog materijala, koji se više ne može koristiti za proizvodnju visokokvalitetnih proizvoda.
Međutim, postoje moćne alternative. Zajedno sa hemijskom kompanijom Covestro Deutschland AG, istraživači na Fraunhofer institutu za keramičke tehnologije i sisteme IKTS razvili su metodu za hemijsku reciklažu polikarbonata putem katalitičke pirolize.
U pirolizi, supstance se zagrevaju u okruženju bez molekularnog kiseonika. Kao rezultat toga, supstance se raspadaju, tako da se komponente prvobitno korišćene za proizvodnju plastike mogu povratiti.
Jorg Kleeberg, naučnik u kancelariji Fraunhofer IKTS u Frajbergu, i njegov tim su usavršili ovu metodu kao deo projekta PC2Chem. „Naš cilj je bio da recikliramo plastiku koja sadrži polikarbonat na takav način da se visokokvalitetni molekuli mogu povratiti i vratiti u ciklus industrijske proizvodnje kao sirovine“, objašnjava Kleeberg, stručnjak za tehnologije ciklusa ugljenika.
Da bi to uradili, istraživači koriste specifičnu strukturu polikarbonata. Polikarbonati se sastoje od polimera, kombinacije molekularnih grupa zvanih monomeri koji su međusobno povezani. Kada su ovi polimeri izloženi termičkom stresu kao deo procesa pirolize, veze sa visokokvalitetnim molekulima jednostavno pucaju.
Fraunhoferov tim koristi rotirajuću peć za pirolizu. Zahvaljujući svojoj robusnoj strukturi i veličini, peć može da obrađuje čak i relativno velike količine. Plastični otpad koji Covestro isporučuje u granuliranom obliku ubacuje se u peć, koja se rotira dok zagreva materijal unutar nje. Prvi proizvod procesa je gas, koji ide u kondenzacionu jedinicu gde na kraju završava kao uljasta tečnost. Projektni partner Covestro zatim prerađuje tečnost u različite korisne molekule.
Obezbeđivanje da bi reciklaža putem rotacione peći rezultirala proizvodima sa optimalnim sastavom i prinosom, tim istraživača je postavio niz prepreka koje treba da otkloni u laboratoriji. Cepanje plastike na visokoj temperaturi je veoma složen, osetljiv proces.
To je značilo da je veliki izazov za Fraunhofer IKTS tim bio postavljanje tačnih parametara za proces pirolize: temperature, zagrevanja i vremena zadržavanja, hlađenja, uslova pritiska i dodavanja pomoćnih i dopunskih supstanci.
Da stvar bude gora, plastika sadrži aditive kao što su boje, izbeljivači, usporivači plamena, supstance koje utiču na čvrstoću ili elastičnost, pa čak i stabilizatore svetlosti. Svi ovi aditivi komplikuju tretman u rotacionoj peći.
„Ako se proizvodi reakcije izazvane pirolizom u rotacionoj peći ohlade presporo, hemijski procesi se ne zaustavljaju, pa molekuli koji su rascepljeni formiraju nove veze. Jedini način da se dobije željeni visok prinos ciljnih proizvoda je da bismo ispravno postavili sve parametre međusobno, tako da smo izvršili opsežna testiranja, optimizujući proces korak po korak“, objašnjava Jorg Kleeberg.
Stručnjaci u Fraunhofer IKTS su u stanju da iskoriste svoje dugogodišnje iskustvo u oblastima visokotemperaturne konverzije i procesnog inženjeringa za ovo. Projekat PC2Chem dobro napreduje. Recikliranje omogućava da se povrati do 60% originalnih komponenti. Sistem je izašao iz početne faze laboratorijskog testiranja i sada se testira na nivou pilot postrojenja.
Nova tehnologija reciklaže ima opipljive prednosti za industrijsku primenu. Ulje od pirolize ekstrahovano u procesu sadrži hemikalije važne za hemijsku industriju, kao što su stiren i fenol. Trenutno se fosilne sirovine iz rafinerija još uvek moraju koristiti za ove hemikalije.
Covestro takođe veruje u prednosti ove metode: „Postupkom katalitičke pirolize možemo da povratimo sirovine za proizvodnju polikarbonata iz različitih oblika otpada koji sadrži PC. Na taj način smanjujemo emisije ugljen-dioksida, štedimo energiju i smanjujemo troškove “, objašnjava dr Stefani Eiden, globalni menadžer projekta pirolize.
Prof. Martin Grabner, šef odeljenja za energetiku i procesno inženjerstvo u Fraunhofer IKTS na lokaciji u Frajbergu, objašnjava: „Cilj nije da piroliza zameni konvencionalne metode reciklaže. Umesto toga, ona je savršen dodatak kada je reč o povratu visoko- kvalitetna plastika iz ostataka plastike Metoda pirolize je veliki korak ka kružnoj ekonomiji u industrijskim sektorima koji prerađuju plastiku.
Tim iz Fraunhofer IKTS-a već ima oko na sledećem koraku. „Takođe možemo da prilagodimo metodu pirolize drugoj plastici i mešanim supstancama. Industrijski kupci mogu da nam se obrate sa svojim problemima recikliranja, a mi ćemo razviti prilagođeno rešenje“, kaže Jorg Kleeberg.
