Ing. Lubom�r Zeman: Udr�iteln� rozvoj a recyklace plast� 2. ��st

První �ás� �lánku »

4. ZPRACOVÁNÍ PLAST�

Druhou výrobní fází je proces tvá�ení p�i n�m� vzniká výrobek. Výrobní formovací postupy typicky,jako první krok, zahrnují „zm�k�ení“ polymerního materiálu, kterého se dosáhne jeho zah�átím,p�i�em� obvykle konkrétní produkt vy�aduje více tvá�ecích proces�. Ka�dý tvá�ecí proces ovlivní materiál a ten vykazuje n�jakou svoji tepelnou historii,v p�ípad� reaktivních polymerních systém� teplota zpracování ovlivní stupe� vytvrzení. U termoplast� tyto opakované tvá�ecí procesy ovlivní vlastnosti materiálu,bu� tepelnou degradací nebo ne�ádoucími vedlejšími reakcemi. K vytvo�ení tvaru dílu z polymerního termoplastického materiálu se obvykle dosahuje ochlazením,které u �áste�n� krystalických termoplast� ovliv�uje jejich vlastnosti nebo chemickým procesem - zesít�ním. Poslední,t�etí fáze zahrnuje velkou škálu dokon�ovacích operací, nap�íklad : lakování, obráb�ní, sva�ování, r�zné dekorativní postupy, montá�e,atd.   

4.1 Mechanické a tepelné vlastnosti

V poslední dob� je v�tšina technických a high – tech termoplast� navr�ena pro ur�itou oblast pou�ití konkrétních výrobk�,má tedy své specifické vlastnosti. Ji� jsem uvedl,�e je standardem do základních polymer� p�idávat p�ísady pro ovlivn�ní,respektive úpravu jejich vlastností tak,aby tyto dosáhly specifických charakteristik nebo zpracovatelských vlastností. P�ísady ovliv�ují mechanické a tepelné vlastnosti,nej�ast�ji úpravou teploty skelného p�echodu,zvýšením chemické odolnosti, teplotní výdr�e, zvýšením rázových vlastností, elasticity, atd.

Komer�n� dodávané plasty mají vlastnosti odlišné od základních plast� i kdy� mají stejnou chemii. Zpracovávané termoplasty jsou,technicky vzato,kombinací n�kolika materiál�. V d�sledku toho jsou mechanické a tepelné vlastnosti ovliv�ovány ka�dou z komponent p�imíchaných do základního polymerního materiálu. Výrobci plast� m�ní aditiva nebo pom�ry obsahu aditiv nebo jejich sm�sí,aby se,nap�íklad,p�izp�sobili novým environmentálním po�adavk�m ochrany �ivotního prost�edí,aby zlepšili jejich specifické vlastnosti nebo zjednodušili jejich zpracování,zlepšili ekonomii jejich zpracování. Je nutné si uv�domit,�e ka�dá zm�na sm�rem k zavedení nového materiálu m��e zm�nit jednu nebo více technických vlastností tvá�eného dílu. Zde si dovolím poznámku – materiálové listy konkrétních materiál�,r�zné p�ehledové tabulky,apod. obsahují bu� pr�m�rné nebo obvyklé hodnoty uvád�ných vlastností.

Teplota m��e mít na díly z termoplast� r�zné ú�inky,od tání ( p�evod z pevného stavu do taveniny ), teplotní degradaci a� po morfologické p�echody,zejména u �áste�n� krystalických polymer� ( morfologie, z �e�tiny – morfé = tvar,logia = nauka – nauka o tvaru,struktu�e ). Teplota také ovliv�uje hodnoty mechanických vlastností,zvýšení teploty zvýší pohyb polymerních �et�zc� a volný objem,v d�sledku toho mechanické vlastnosti klesají. Tyto ú�inky u materiál� popisují dv� základní teploty – teplota skelného p�echodu d�le�itá u amorfních termoplast� a teplota tání krystalického podílu u �áste�n� krystalických materiál�.  

P�i teplotách pod teplotou skelného p�echodu jsou molekuly v amorfních oblastech  ve zmrazeném stavu,kde je pohyb �et�zc� minimalizován a výst�ik je mo�no pou�ívat,je ve sklovitém stavu,je funk�ní. Nad teplotou skelného p�echodu nastává gumovitý stav, polymerní �et�zce se mohou pohybovat a posouvat,a� se zvýší jejich teplota a oni p�ejdou do viskózní taveniny. �áste�n� krystalické materiály zah�áté nad teplotu tání krystalického podílu tají a p�echázejí do viskózní taveniny. Amorfní termoplasty se netaví,proto�e na rozdíl od �áste�n� krystalických materiál� neobsahují krystalické oblasti,ale jsou pouze amorfní. Obsah krystalického podílu,spolu s dalšími vlivy, p�i ochlazování polymerní taveniny ovliv�uje tepelné,mechanické a fyzikální vlastnosti výst�ik�.

Mezi strukturou plast� a jejich vlastnostmi existují specifické vztahy. Pevnostní vlastnosti – tahové, tlakové, ohybové,torzní ( zkrut ), atd. - závisí na molekulové hmotnosti ( molekulová hmotnost = pom�r mezi hmotností daného mno�ství této látky a po�tem mol� stejného mno�ství látky,lze ji vypo�ítat jako sou�et atomových hmotností všech prvk� tvo�ících molekulu ), obsahu krystalické fáze,struktu�e,p�ípadn� sí�ování. Obecn� platí,�e plasty s lineárními makromolekulami mají menší pevnost, ne� plasty s rozv�tvenými makromolekulami. Plasty s nízkou molekulovou hmotností vykazují také nízkou pevnost,bez ohledu na obsah krystalického podílu,co� je d�sledek slabých van der Waalsových sil a snadného pohybu mezi �et�zci. Plasty s vysokou molekulovou hmotností mají v�tší stupe� zapletení makromolekul a tedy i vyšší pevnost. Mechanické vlastnosti jsou u termoplast� siln� ovliv�ovány r�znými faktory,nap�íklad typem aplikace, prost�edím v n�m� je výst�ik pou�íván – zatí�ení, teplota, vlhkost, pov�trnostní podmínky, doba expozice, atd.

4.2 Environmentální hodnocení výroby plast�

Na obrázku jsou sloupcovými diagramy znázorn�ny emise skleníkových plyn� p�i výrob� obalových materiál�, pro daný ú�el, z nejpou�ívan�jších materiál�.

Emise skleníkových plyn� jsou stanoveny podle GHG Protocol ( Green House Gas Protocol je iniciativa,která si klade za cíl stanovit univerzální standardizované postupy,pomocí kterých lze jednotn� hodnotit emisní výstupy výrob,firem a organizací ; tento standard zahrnuje t�i oblasti emisí – 1. p�ímé emise z vlastních zdroj� spole�nosti,emise z vlastních zdroj� energie nebo emise z provozování vlastních vozidel, 2. emise spojené s výrobou a dodávkou energie,kterou spole�nost nakupuje od jiných dodavatel�, 3. ostatní nep�ímé emise, emise z výroby a nákupu materiál�,slu�eb a výrobk�, které spole�nost pou�ívá ).

Z diagram� vyplývá, �e z uvedených termoplast� zanechává PET nejv�tší uhlíkovou stopu. Ekvivalentní emise skleníkových plyn� p�i výrob� jednoho kilogramu PET fólie jsou a� 4,5 kg, p�i�em� 60 % emisí pochází z pou�ití zpracovatelského paliva a 28 % emisí ze spot�eby elektrické energie.

Písmeny GP ( General Purpose – obecný ú�el ) ozna�ený polyethylen vysoké hustoty HDPE ( High Density PE ) má,z uvedených plast�,nejni�ší emise skleníkových plyn�. Výroba obalových výst�ik� technologií IMD ( Injection Moulding Decoration ) vykazuje tendenci k vysokým emisím skleníkových plyn� v d�sledku vysokých spot�eb elektrické energie – 1,8 kg ekvivalentu CO₂ na kilogram plastu. Ve srovnání s emisemi skleníkových plyn� z výroby el energie a zpracovatelského paliva jsou emise spojené s dopravou relativn� nízké a odpovídají 9 % a� 18 % emisí celkového dodavatelsko - výrobního �et�zce.

5. TECHNOLOGIE RECYKLACE PLAST� Z POHLEDU HODNOCENÍ �IVOTNÍHO CYKLU

Ze studií posuzování �ivotního cyklu ( LCA – Life Cycle Assessment – je to metoda posuzování �ivotního cyklu produktu nebo slu�by z hlediska jeho p�sobení na �ivotní prost�edí. Zahrnuje procesy od t�by nerostných surovin p�es dopravu,výrobu,u�ití a� ke kone�nému zpracování jako odpadu a zohled�uje energetické a surovinové náklady a dopad na �ivotní prost�edí pro ka�dý z nich ) , environmentálního hodnocení recykla�ních technologií a mo�ností likvidace plastového odpadu lze vyhodnotit, �e mo�nosti recyklace/likvidace jsou ve svém základu �ty�i druhy – mechanická recyklace, chemická recyklace, spalování a skládkování.

R�zné studie zkoumaly dopady uvedených technologií na �ivotní prost�edí z hlediska emisí skleníkových plyn�,zne�išt�ní vody/vzduchu,dopady na lidské zdraví a vy�erpání zdroj�. Z výsledk� lze vyvodit n�kolik obecných záv�r� :

a) Zm�na klimatu – bez ohledu na kredit za elekt�inu,spalování plast� p�ináší nejvyšší mno�ství skleníkových plyn� ; emise skleníkových plyn� se p�i spalování pohybují v rozmezí 1,8 kg a� 3,0 kg ekvivalentu CO₂ na kilogram plastového odpadu. P�i zapo�tení kreditu za elekt�inu se emise skleníkových plyn� ze spalování plast� sní�í na cca 1,4 ekvivalentu CO₂  na kilogram plastového odpadu. Chemické recykla�ní technologie ( nap�íklad pyrolýza nebo zplynování ) vykazují také vyšší emise skleníkových plyn� ne� metody mechanické recyklace, a to v d�sledku p�ímých emisí a spot�eb� elektrické energie

b) Acidifikace – technologie chemické recyklace mají vysoký potenciál okyselování. Nap�íklad zply�ování jedné tuny plastového odpadu má za následek vzniku 0,49 kg emisí NO_x a 0,09 kg emisí SO_x

c) Zne�išt�ní ovzduší – spalování p�ispívá ke zne�išt�ní ovzduší,emise organických slou�enin do ovzduší jsou desetkrát vyšší ne� emise do ovzduší p�i pyrolýze – 1,42 g emisí organických slou�enin na kilogram zpracovávaného plastu. Mechanická recyklace má nejni�ší emise do ovzduší ze všech mo�ností likvidace plast� ; d) Vy�erpání zdroj� – odhaduje se, �e výroba 1 kg plastu vy�aduje 2 kg surové ropy,která se ztrácí v p�ípadech,kdy jsou plasty skládkovány. Spalování plast� má také vysokou spot�ebu zdroj�,proto�e plasty jsou spalovány za ú�elem výroby elektrické energie. Z pohledu �erpání p�írodních zdroj� je nejvýhodn�jší mechanická recyklace. Po zapo�tení výdaj� za zamezení  skládkování nebo spalování je mno�ství spot�eby zdroj� mechanické recyklace ( surová ropa/plyn ) dokonce záporné. Spalování zp�sobuje zne�išt�ní ovzduší,emise CO₂ a acidifikaci likvidace plastového odpadu. I kdy� skládky obvykle mají nízké zne�išt�ní ovzduší,mohou zp�sobovat zne�išt�ní p�dy a podzemních vod. Dostupný prostor pro skládky je omezený,skládky nejsou udr�itelnou mo�ností likvidace plastového odpadu.

Mechanická recyklace má ve srovnání s chemickou recyklací ni�ší spot�ebu energie a ni�ší emise uhlíku,ale je zde i omezení – pouze �ást plastového odpadu m��e být mechanicky recyklována. U termoplast�, které nelze mechanicky recyklovat ( nap�íklad fólie ), jsou chemické metody nejekologi�t�jším p�ístupem.    

6. SKLÁDKY, LIKVIDACE A  T�ÍD�NÍ SPOT�EBITELSKÝCH ODPADNÍCH PLAST� 

6.1 Skládkování a spalování

6.1.1 Tuhý komunální odpad – TKO ( Municipal Solid Waste – MSW )

Tuhý komunální odpad je definován jako souhrn materiál� vy�azených z domácností, podnik�,firem,spole�ností,institucí,apod. Je to tedy druh odpadu sestávající z v�cí ka�dodenní pot�eby, které ve�ejnost vyhazuje. V Evropské unii,respektive v Evropském katalogu odpad� je pou�ita sémantická ( významová ) definice „ sm�sný komunální odpad “ a má kód 20 03 01. P�esto�e odpad m��e pocházet z �ady zdroj�, které nemají nic spole�ného s obcí,tradi�ní role obcí p�i sb�ru a nakládání s t�mito druhy odpadu vytvo�ila zvláštní etymologii ( etymologie = nauka o zákonitostech vývoje slov a zm�nách jejich významu )„ komunální “ ( pat�ící do kompetence obcí ).

Slo�ení tuhého komunálního odpadu se jak místn�,tak i v �ase m�ní. V obcích, které mají dob�e vyvinutý systém recyklace odpadu, se tok odpadu skládá hlavn� z ne�ešitelných odpad�, jako jsou plastové fólie a nerecyklovatelné obalové materiály. Ve vysp�lých oblastech bez významné recykla�ní �innosti to zahrnuje p�edevším odpady z potravin, odpady z trhu, odpady ze dvora, plastové nádoby a obalové materiály výrobk� a další r�zné pevné odpady z obytných, komer�ních, institucionálních a pr�myslových zdroj�.

V�tšina definic tuhého komunálního odpadu nezahrnuje pr�myslové odpady, zem�d�lské odpady, léka�ský odpad, radioaktivní odpad nebo �istírenské kaly. Svoz odpadu provádí obec v rámci daného území. Pojem zbytkový odpad se vztahuje na odpady ponechané v domácnostech obsahující materiály, které nebyly separovány ( vzájemn� odd�leny ) nebo odeslány ke zpracování.

Odpad lze klasifikovat n�kolika zp�soby, následující seznam p�edstavuje typickou klasifikaci:

- biologicky rozlo�itelný odpad: potraviná�ský a kuchy�ský odpad, zelený odpad, papír (v�tšinu lze recyklovat )

- recyklovatelné materiály: papír, lepenka, sklo, lahve, sklenice, plechové plechovky, hliníkové plechovky, hliníková fólie, kovy, n�které plasty, textil, od�vy, pneumatiky, baterie ,atd.

- inertní ( neaktivní,nereaktivní ) odpad: stavební a demoli�ní odpad, kamení, su�

- elektrický a elektronický odpad ( Sm�rnice OEEZ 2012/19/EU , OEEZ = Odpadní Elektrická a Elektronická Za�ízení , Sm�rnice se týká zp�tného odb�ru elektrických a elektronických za�ízení - EEZ ) – elektrospot�ebi�e, �árovky, pra�ky, televizory, po�íta�e, obrazovky, mobilní telefony, budíky, hodinky atd.,sm�rnice definuje šest kategorií elektrického a elektronického odpadu

- kompozitní odpady: odpadní oble�ení, kartony od potravin a nápoj� Tetra Pack, odpadní

plasty, jako jsou hra�ky a plastový zahradní nábytek

- nebezpe�ný odpad: v�etn� v�tšiny barev, chemikálií, pneumatik, baterií, �árovek, elektrických spot�ebi��, zá�ivek, aerosolových sprej� a hnojiv

- toxický odpad: v�etn� pesticid�, herbicid� a fungicid�

- biomedicínský odpad: prošlé farmaceutické léky atd.

Pro nakládání s pevnými odpady slou�í zejména popelnice na separovaný sb�r papíru, hliníku, skla, PET lahví a spalitelného odpadu. Pr�mysl pevného komunálního odpadu má �ty�i slo�ky: recyklaci, kompostování, likvidaci a energetické vyu�ití odpadu spalováním. Neexistuje jediný p�ístup, který by bylo mo�né aplikovat na nakládání se všemi toky odpadu, a proto nap�íklad Program OSN pro �ivotní prost�edí a Agentura pro ochranu �ivotního prost�edí, federální vládní agentura USA, vyvinula strategii hierarchického ( hierarchie = vládnout , posloupnost, systém organizování nebo klasifikace na základ� p�edem ur�ených kritérií ) �azení pro tuhý komunální odpad. Hierarchie nakládání s odpady se skládá ze �ty� úrovní se�azených od nejpreferovan�jších po nejmén� preferované metody na základ� jejich šetrnosti k �ivotnímu prost�edí: Sní�ení zdroj�, respektive p�edcházení vzniku odpad� a jejich op�tovné pou�ití; recyklace nebo kompostování; obnovení energie, energetické vyu�ití; zpracování a likvidace.     

Plasty v sou�asné dob� tvo�í 12 % veškerého TKO vyrobeného na celém sv�t�. V USA se pouze 9 % plast� získává recyklací, 16 % je spáleno a 76 % skládkováno. EU recykluje 33 % plast�, p�i�em� 43 % je spáleno a 25 % skládkováno. Odhady kumulativního globálního ( celosv�tového ) osudu plast� nazna�ují, �e 79 % vyrobených plast� bylo ulo�eno na skládku nebo ponecháno v otev�eném prost�edí, zatímco 12 % bylo spáleno a 9 % vyu�ito k recyklaci. Z uvedených �ísel je z�ejmé, �e v�tšinu odpadu dnes, celosv�tov�,ukládáme na skládkách, co� je nejni�ší priorita ve výše uvedené hierarchii.

6.1.2 Skládky a výsypky

Skládky a výsypky jsou nej�ast�jší a nejvíce pou�ívanou metodou likvidace TKO, p�edevším proto, �e je to metoda nejlevn�jší a nejmén� t�kopádná. Skládky a výsypky mají spole�ný atribut ( podstatný znak ), a to, �e se jedná o skladovací za�ízení v blízkosti povrchu zem�, kde se ukládá odpad.

Výsypka je však netechnické za�ízení s omezenou nebo �ádnou kontrolou kontaminovaných kapalin nebo plyn� generovaných odpadem. Odpad je na výsypkách  „skládán“, ale ji� není �ízen. Naproti tomu skládky jsou in�enýrské systémy, kde jsou kapaliny a plyny pe�liv� �ízeny tak, aby dopad na �ivotní prost�edí z�stal v rámci p�ijatých norem. Výsypky jsou b�n�jší v zemích s ni�šími p�íjmy, které postrádají infrastrukturu a p�edpisy pro nakládání s TKO, p�i�em� p�echod otev�ených skládek na um�le vytvo�ené skládky se pro n�které rozvojové zem� stává prioritou.

Moderní in�enýrská skládka se skládá z in�enýrského kontejnmentu ( kontejnment = skladovací za�ízení, ve kterém je látka ulo�ena a které je navr�eno k udr�ení této látky tak, aby bylo zamezeno jejímu úniku ) umíst�ného obvykle v zemní prohlubni. Základ tvo�í víceslo�ková vlo�ka p�ekrytá systémem sb�ru výluhu. Odpad je ukládán ve vrstvách o tlouš�ce p�ibli�n� 3 m a� 4 m, které jsou zhut�ovány t�kou technikou. V odpadu je instalován systém sb�ru skládkového plynu ( LFG , Landfill Gas ) pro zpracování nebo výrobu obnovitelné energie. B�hem pln�ní skládky se na odpad umístí provizorní kryt  (p�da nebo syntetický materiál ) , aby se sní�ilo pronikání srá�ek, omezily emise a pachy a omezily vektory. Jakmile je dosa�eno projektované výšky, je na skládku umíst�n kone�ný kryt, aby se omezilo,minimalizovalo pronikání srá�ek, usnadnilo se shroma��ování plynu a zajistilo se odd�lení od okolního prost�edí tak dlouho, dokud odpad p�edstavuje hrozbu. Stejn� jako u vlo�ky obsahuje finální kryt vícevrstvou hydraulickou bariéru p�ekrytou drená�ní vrstvou. Povrch je z d�vodu ochrany a estetiky pokryt vegeta�ními krycími zeminami.

Výluh vzniká, kdy� se voda prosakující skládkou dostane do kontaktu s odpadem. Výluh obsahuje r�zné anorganické a organické kontaminanty, a proto se p�ed vypušt�ním upravuje. Výluhy jsou �erpány ze systému sb�ru výluh� a obecn� jsou p�epravovány do ve�ejné �istírny odpadních vod, kde jsou �išt�ny spolu s jinými odpadními vodami.  V n�kterých p�ípadech se výluhy upravují na míst� nebo se recirkulují v odpadu, aby se stimuloval rozklad odpadu, aby se podpo�ila rychlejší stabilizace odpadu a v�tší produkce plynu pro obnovitelné zdroje energie.

Skládky fungují za anaerobních podmínek, kdy mikrobiální komunita rozkládá rozlo�itelnou organickou frakci a vytvá�í plyn slo�ený z p�ibli�n� stejných díl� metanu ( CH₄ ) a oxidu uhli�itého ( CO₂ ). Skládky TKO p�ispívají p�ibli�n� 3 % do celosv�tových emisí skleníkových plyn�. LFG také obsahuje �adu kontaminant�. V d�sledku toho musí být LFG p�ed uvoln�ním ošet�eny. Nejb�n�jší je tepelné zpracování, a to bu� prost�ednictvím vzplanutí, nebo prost�ednictvím spalování za ú�elem vytvo�ení obnovitelné energie ( nap�íklad p�evod LFG na elekt�inu ). Skládky se v posledních letech staly také významným zdrojem obnovitelného zemního plynu ( RNG , Renewable Natural Gas ), který se vyrábí úpravou a stla�ováním LFG vyt�eného ze skládky.

6.1.3 Spalování s vyu�itím energie

Waste-to-Energy ( WtE ) je proces p�em�ny TKO na energii ve form� elekt�iny, tepla nebo alternativních paliv.  Odpad na energii (Waste-to-Energy – WtE) nebo energie z odpadu ( Energy-from-Waste – EfW ) je proces výroby elektrické nebo tepelné energie z primárního zpracování odpadu nebo ze zpracování odpadu na zdroj paliva. WtE je forma vyu�ití energie. V�tšina proces� WtE vyrábí elekt�inu a nebo teplo p�ímo spalováním nebo produkuje spalitelné palivo, jako je methan,methanol, ethanol nebo syntetická paliva.

V rámci ob�hového hospodá�ství mají technologie WtE zásadní roli p�i poskytování alternativní mo�nosti likvidace TKO, který nelze znovu pou�ít ani recyklovat. Technické, ekonomické a environmentální aspekty b�ného WtE ( p�em�ny odpadu na energii ) jsou r�zn� hodnoceny. K vyhodnocení environmentálních dopad� r�zných technologií pou�ívaných v WtE ( nap�íklad typ za�ízení, rekuperace energie, typ energetického výstupu, �išt�ní spalin, nakládání s odpady ) se nej�ast�ji pou�ívá metoda LCA  ( metoda posuzování �ivotního cyklu , Life – Cycle Assessment ) 

Spalování je zdaleka nejb�n�jší technologií pro WtE, která p�edstavuje více ne� 88 % celosv�tového trhu WtE s odhadovanou hodnotou 50 miliard USD do roku 2027. Zbytek do 100 % je zpopel�ován. Zpopel�ování je spalování TKO p�i teplotách kolem 750 °C a� 1100 °C, p�i�em� teplo se pou�ívá k výrob� páry pro výrobu elekt�iny a nebo k vytáp�ní. Za�ízení vyráb�jící páru pro vytáp�ní a výrobu elekt�iny mohou mít ú�innost �ádov� a� 80 %; za�ízení vyráb�jící pouze elekt�inu mají ú�innost �ádov� pouze okolo 20 %. V�tšina spalování TKO se provádí jako hromadné spalování ( hromadný TKO spálený v jediné komo�e ) nebo jako palivo získané z odpadu ( RDF, Refuse Derived Fuel ), kde se spaluje t�íd�ný a drcený TKO. RDF palivo je b�n� pou�ívané v pr�myslu výroby cementu a m��e zajistit a� 80 % tepelných po�adavk� v cementárnách.

Tém�� 15 % veškerého TKO se celosv�tov� spaluje. Míra spalování se výrazn� liší, p�i�em� spalování je b�n�jší ve vysp�lých zemích a v místech ( ostrovní státy ) s omezenou p�dou, mén� b�né je ve vysp�lých zemích bez omezení p�dy a mén� �asté.

Navzdory ur�itým,výše popsaným,výhodám jsou spalovny mnohdy obtí�n� realizovatelné.  Emise ze spaloven TKO mohou obsahovat dioxiny a furany, co� jsou toxické perzistentní ( trvalé, odolné,dlouhodob� setrvávající v prost�edí ) organické zne�iš�ující látky a lidské karcinogeny ( napomáhající rakovinovému bujení bun�k ). Tyto zne�iš�ující látky �asto vyvolávají velká znepokojení pro okolní komunity, i kdy� spaliny spl�ují zákonná emisní kritéria o �istém ovzduší. Spalování TKO také vytvá�í popel, se kterým je t�eba se také vypo�ádat, nej�ast�ji se ukládá na skládky. Popel ze spaloven mívá, na jednotku hmotnosti, vyšší obsahy kontaminant�  ne� b�ný TKO, co� m��e mít za následek výluh s vyššími koncentracemi, který vy�aduje více následného zpracování. V n�kterých p�ípadech m��e být popel reaktivní, co� vede k vytvá�ení tepla, které je na skládkách problematické.

7. ZA�ÍZENÍ NA VYU�ITÍ MATERIÁL� – MRF - MATERIAL RECYCLING FACILITY

Za�ízení na vyu�ití materiál� ( MRF ), známé také pod názvy za�ízení na regeneraci materiál� nebo za�ízení na recyklaci materiál�, je za�ízení na nakládání s pevným odpadem, které zpracovává recyklovatelné materiály za ú�elem prodeje výrobc�m jaksuroviny pro nové výrobky. MRF se obecn� klasifikují jako „�isté“ nebo „špinavé“ podle toho, zda za�ízení zpracovává materiály, které jsou smísené s jiným komunálním odpadem. MRF hrají d�le�itou roli p�i sni�ování toku odpad� a p�i poptávkách po surovinách. �istá MRF p�ijímají sm�sné recyklovatelné materiály, které byly odd�leny od tuhého komunálního odpadu, obvykle jednotlivými ob�any nebo firmami p�ed svozem odpadk�.  �istá za�ízení mohou být jednoproudá ( tj. všechny recyklovatelné materiály jsou smíchány dohromady ), nebo jsou dvouproudá neboli zdrojov� odd�lená, co� znamená, �e p�ijímají jeden proud sm�sného papíru a jeden proud dalších materiál�, jako je sklo, barevné kovy a plasty. Recyklovatelné materiály jsou t�íd�ny a následn� p�ipravovány k prodeji. Nerecyklovatelné nebo kontaminované materiály se odd�lují, obvykle tvo�í mén� ne� 10 % celkového proudu odpadu p�ijatého do �istého za�ízení. Špinavá MRF p�ijímají pevný komunální odpad a odd�lují recyklovatelné materiály pomocí ru�ního a mechanického t�íd�ní. Recyklovatelné materiály jsou poté zpracovány pro trh a nerecyklovatelné materiály jsou odeslány na skládku nebo do jiného za�ízení na odstra�ování odpad�. Mno�ství recyklovatelných materiál� získaných ve špinavých MRF se m��e zna�n� lišit, ale obvykle nep�esahuje 30 %. Proto�e špinavé za�ízení nespoléhá na to, �e obyvatelé nebo podniky správn� identifikují recyklovatelné materiály, a tedy zpracovávají 100 % toku odpad�, kvalita recyklovatelných materiál� získaných z takovýchto za�ízení je sní�ena kontaminací vlhkými odpadky, rozbitým sklem, apod. 

MRF pou�ívají �adu dopravník�, které p�enášejí recyklovatelné materiály p�es t�ídicí síta nebo jiné mechanismy, které materiály rozd�lují. Recyklace jedním proudem se stává b�n�jší, a proto je stále více za�ízení navr�eno tak, aby p�ijímala a t�ídila r�zné druhy recyklovatelných materiál�. Automatizované systémy mohou sou�asn� t�ídit �adu materiál�, nap�íklad, papír, lepenku, hliník, plasty a sklo, pomocí nástroj�, jako jsou magnety a ultrafialové optické skenery. Mechanizovaný proces je dopln�n pracovníky, kte�í t�ídí polo�ky ru�n�.

Po vyt�íd�ní se materiály roztaví, rozdrtí nebo rozvlákní, a tak se p�ipraví k recyklaci. Sklo se �asto rozm�l�uje a taví pro pou�ití do nových sklen�ných p�edm�t�, a�koli n�která za�ízení nabízejí regeneraci lahví, p�i ní� se lahve sterilizují pro op�tovné pou�ití. Drcení se pou�ívá k p�íprav� plast�, kov� a papíru ke zpracování a rozvlák�ování p�em��uje papírové výrobky na kaši, ze které lze znovu vyrobit papír. P�i sb�ru a recyklaci se výrobek zbavuje cenných slo�ek, nap�íklad se odstra�uje olovo z autobaterií. Tyto zpracované materiály jsou odesílány do za�ízení, která se specializují na vyu�ití recyklovaných výrobk� pro další výrobu.

Krom� t�chto tradi�ních metod n�které sofistikované (sofistikovaný = promyšlený, propracovaný,vyu�ívající slo�itých metod ) systémy zapojují do procesu vodu, která recyklovatelné materiály omývá a zárove� drtí a rozpouští biologicky rozlo�itelné organické látky. Za�ízení pro mechanicko - biologické zpracování kombinují t�ídicí za�ízení s ur�itou formou biologického zpracování, jako je kompostování nebo anaerobní rozkla ( p�i anaerobním rozkladu dochází k rozkladu organických látek populací mikrob� za nep�ítomnosti  kyslíku, za vzniku metanu a oxidu uhli�itého – bioplynu – a pevného zbytku,který lze kompostovat,p�i rozkladu se prakticky neuvol�uje �ádné teplo ). Zpracováním biologicky rozlo�itelného odpadu tato technologie sni�uje emise oxidu uhli�itého a m��e vyráb�t palivo z odpadu pro pou�ití v cementá�ských pecích nebo elektrárnách, které spl�ují p�ísné normy pro spalování odpadu.

Jak jsem ji� v krátkosti uvedl, recyklace s jedním a s dv�ma proudy ( single a dual stream frame work ) mají své výhody a nevýhody. Jednoproudový sb�r odpad�   p�ináší výhody v�tších zpracovávaných objem� a tedy ni�ších náklad�, ovšem p�i zvýšení obtí�ností s t�íd�ním a zvýšenými náklady na zpracování v MRF, navíc p�i zvýšené mí�e kontaminace. Nap�íklad p�i p�em�n� z duálního na jednoproudový sb�r odpad� MRF z Brookhavenu ( New York, USA ) zaznamenali 25 % nár�st objemu vstupních odpad� do recykla�ních tok�, co� sní�ilo mno�ství ukládaného odpadu z 50 000 tun na 35 000 tun. Jedním z dalších p�ínos� p�echodu z dvouproudových na jednoproudové recykla�ní systémy je sní�ení emise skleníkových plyn�. Ukázalo se, �e p�ínosy z p�em�ny t�í st�edn� velkých MRF ze dvouproudových na jednoproudové systémy, byly ve sní�ení emisí o 711 kg ekvivalentu CO₂ na tunu odpadu.

Výhody p�echodu z duálního na jednoproudové systémy obvykle nep�inášejí zvýšení ekonomické stránky proces� ( jedna ze studií uvádí,�e jednoproudová recyklace p�ináší o 48,7 % vyšší náklady na zpracování a o 9,6 % ni�ší hodnoty recyklovatelného prodejného toku ve srovnání s víceproudovými recykla�ními systémy, p�i�em� náklady na sb�r jsou sní�eny pouze o 3 % ),ale jsou pozitivní z environmentálního pohledu,v�etn� mo�nosti ur�ité standardizace a specifikace do recyklace MRF vstupujícího odpadu. Zde je t�eba poznamenat, �e plastové sá�ky a fólie jsou pova�ovány za kontaminaci kv�li mo�nosti vzniku problém� p�i t�íd�ní a m�ly by být odstran�ny na za�átku procesu.

7.1 P�ehled za�ízení pro MFR

Cílem vývoje za�ízení pou�ívaných v MFR je zvyšování ú�innosti t�íd�ní, maximalizace výt�nosti obchodovatelných materiál�,v�etn� �ešení zvyšující se slo�itosti za�ízení a rozmanitosti p�íchozích odpadních tok�. Spojovacími �lánky pro zpracovatelská za�ízení jsou dopravní pásy p�epravující materiál mezi r�znými za�ízeními, t�ídicími stanicemi a skladovacími prostory, v�etn� vkládacích dopravník�, které p�ijímají materiál z vykláp�cí podlahy a� po dopravníky nesoucí kone�né balíky materiálu pro p�epravu k zákazník�m.

Obvykle se pou�ívají dva typy dopravník�: pry�ové a �et�zové pásové dopravníky. Pry�ové pásové dopravníky se obvykle d�lí do dvou kategorií: posuvná l��ka, kde se pás pohybuje plochým nebo tvarovaným �labem, které jsou vhodné pro t�íd�ní s více rozprost�eným materiálem, a napínací dopravníky, které mají pás p�es napínací vále�ky kolmo k pohybu materiálu.

�et�zové pásové dopravníky se pou�ívají p�i p�emís�ování materiál� p�es v�tší úhly – z kopce nebo do kopce, jako je podávání do jiného za�ízení nebo p�epravu t�kých náklad�, proto�e systémy �et�zového pohonu jsou robustn�jší ne� pry�ové dopravníky. Nejvyšší rychlost �et�zových dopravník� je podstatn� ni�ší ne� u dopravník� s pry�ovými pásy.

Po vstupu do prost�edí MRF prochází odpadní tok n�kolika separa�ními za�ízeními a provozy. Nejjednodušší metodou t�íd�ní ( separace ) je ru�ní t�íd�ní,co� je pracný proces a zdroj potenciálních zdravotních a pracovních rizik, v�etn� fyzikálních, chemických a biologických problém�, s relativn� vysokým obsahem kontaminant� – ne�ádoucích p�ím�sí v rozt�íd�ném materiálu.

Zp�soby t�íd�ní lze rozd�lit na dva hlavní druhy - negativní, kdy jsou z toku odpadu odstran�ny ne�ádoucí materiály, a na pozitivní t�íd�ní, které hledá recyklovatelné materiály a p�emístí je do správného sb�rného koše. Pro t�íd�ní zahrnující více velikostních frakcí materiálu,tj. jedná se o odpad v ur�itém  rozsahu velikosti jeho �ástic, se pou�ívají r�zné typy sít - vibra�ní, kotou�ová, bubnová, šneková,balistická síta ( balistický sí�ový t�ídi� slou�í pro vyseparování tvrdých plast� – proti padajícímu odpadu fouká vzduch a padající �ástice jsou v závislosti na jejich m�rné hmotnosti vychylovány z hlavního proudu a tím t�íd�ny ).

Další mo�ností v MRF je separace s vyu�itím vzduchu,která obdobn� jako balistická síta  vyu�ívají r�zné hustoty materiál� v tocích sm�sného odpadu. T�ká frakce slo�ená z kovu, skla a kamen� padá na dno za�ízení, zatímco leh�í frakce papíru, plastu a suchých organických látek je unášena proudem vzduchu v cyklónu. Za�ízení v kategorii t�íd�ní vzduchem zahrnuje cik - cak t�ídi�e, vzduchový buben,rota�ní vzduch - cyklon, odsáva�ku vzduchu nebo odsávací kryt, vzduch s k�í�ovým proudem,apod.

Dalším ze za�ízení,která se obvykle pou�ívají pro t�íd�ní materiálu, je optický t�ídi�. Za�ízení tohoto typu nahrazují manuální práci a p�inášejí vysokou ú�innosti t�íd�ní,ale  jejich instalace vy�aduje zna�né kapitálové náklady, co� brání malým a místn� provozovaným MRF v jejich pou�ívání a vytla�uje je z trhu s vyt�íd�nými materiálovými balíky s nízkou kontaminací ne�ádoucím odpadem ( viz ru�ní t�íd�ní ).

Optické t�ídi�e k identifikaci r�zných materiál� v toku odpad� na dopravníkovém pásu vyu�ívají barevn� citlivé kamery, spektrometrické senzory v blízké infra�ervené oblasti ( NIR spectrometry , Near Infrared Spectrometr ) a ultrafialové ( UV , UltraViolet ) spektroskopické senzory, p�ípadn� jejich kombinace. Jakmile je identifikován materiál, který má být pozitivn� vyt�íd�n, aktivují se vzduchové trysky a proud vzduchu �ástici odpadního toku p�emístí na jiný skluz,dopravních,zásobník,apod. NIR optické t�ídi�e se nej�ast�ji pou�ívají pro separaci plast�,jedná se o nedestruktivní techniku s vysokorychlostním m��ením, hloubkou pr�niku a odstupem signálu od šumu. 

Dalším pokrokem v technologii t�íd�ní je pou�ití hyperspektrálního zobrazování ( HSI , HyperSpectral Imaging ), který kombinuje zobrazování z digitální kamery se spektrometrickou analýzou.

Pro t�íd�ní �elezných materiál� se pou�ívají magnetické separátory. U magnetické separace,respektive pro její ú�innost je nutno vhodn� nastavit n�kolik parametr�,jako je

vzdálenost mezi dopravníkem nesoucím proud odpadu a magnetem, magnetická síla, rychlosti pohybu dopravníkového pásu,atd.

U ne�elezných materiál�, jako je hliník a m��, se pou�ívají separátory na bázi ví�ivých proud�. T�íd�ní je zalo�eno na principu ví�ivých proud� , které vznikají tehdy, kdy� jsou vodivé p�edm�ty v blízkosti magnetického pole,vytvo�eného nap�íklad pomocí rotujících magnet�, s dalším magnetickým polem opa�ného sm�ru. Podle Lenzova zákona tak vzniká síla, která tyto objekty vypudí z p�sobení magnetického pole, na jinou separa�ní dráhu. Tento zp�sob t�íd�ní dává nejlepší výsledky u hliníkového odpadu,který díky své nízké hustot� a dobré vodivosti p�i separaci vy�adují malou sílu. Obecn� u separací pomocí ví�ivých proud� platí,�e lépe se separují ne�elezné materiály ( hliník,olovo,m��,zinek,cín,atd. ) s vyšším pom�rem vodivost / hustota.

Na konci procesu t�íd�ní je ka�dý vyseparovaný tok materiálu zhutn�n pro zmenšení jeho objemu. Touto cestou se minimalizují po�adavky na skladovací prostor a zvyšuje se u�ite�né zatí�ení pro p�epravu recyklovatelného materiálu a zbytk�, co� vede i ke sní�ení náklad�,v�etn� náklad� na dopravu. Ke zhutn�ní,sní�ení objemové hmotnosti  vyt�íd�ných materiál�, se pou�ívají r�zné typy lis�.

Asociace recyklátor� plast� ( APR , Association of Plastic Recyclers , mezinárodní nezisková organizace se sídlem v USA zam��ená výhradn� na zlepšení recyklace plast� ) definovala n�které specifikace pro standardizaci plastových slisovaných balík� a usnadn�ní jejich prodeje mezi MRF a zpracovateli recyklovaných plast�, maklé�i nebo spole�nostmi, které je mohou pou�ít ve svém procesu. U slisovaných pevných balík� plastových drtí - p�írodních a barevných HDPE, PP , PVC , LDPE , PS a plast� 7 ( ostatní plasty podle  recykla�ních symbol� – International Universal Recyclynk Code ), má být hustota  balíku mezi 240 kg.m^-3 a� 320 kg.m^-3 ), zatímco pro balík z drtí z PET lahví má mít  cílovou hustotu mezi 240 kg.m^-3 a� 288 kg m^-3 ). Balíky mají být ovázány nerezovými  dráty  o tlouš�ce 2,6 mm a� 3,2 mm.

Hlavními produkty MRF jsou balíky t�íd�ného materiálu. Cílem je produkovat prodejný recyklovaný materiál s co nejmenším mno�stvím nerecyklovatelných zbytk�. P�i optimálním �ešení mohou být tyto nerecyklovatelné zbytky pou�ity jako palivo pro energetickou p�em�nu odpadu, p�i anaerobní digesci ( anaerobní digesce = kontrolovaná mikrobiální p�em�na organických látek bez p�ístupu vzduchu za vzniku bioplynu a digestátu,biologicky rozlo�itelného odpadu ) nebo v nejhorším p�ípad� mohou být  likvidovány na skládce. Pro plastové balíky definuje ob�ník APR specifikace odpad� podle ISRI ( Institute of Scrap Recycling Industries ), standardy pro n�které z nejb�n�jších typ� balík� z MRF ( nej�ast�jší recyklované plasty ), pokud jde o slo�ení, kontaminanty a zakázané polo�ky.

V Evrop�,v USA a Kanad� je celá �ada firem MRF o r�zné denní pr�chodnosti zpracovávaného odpadu. V mén� ekonomicky rozvinutých zemích,typicky ,nap�íklad, v Latinské Americe je recyklovatelný materiál obvykle z TKO odstra�ován lidskými sb�ra�i odpadu,kte�í sbírají,vozí,t�ídí a prodávají recyklovatelné komodity z TKO. V rozvojových zemích tento neformální recykla�ní sektor získává nejv�tší podíly recyklovatelného odpadu a v n�kterých zemích je to jediná více mén� organizovaná forma recyklace a v mnoha p�ípadech i jediný zdroj p�íjm�. Jako p�íklad je mo�no uvést následující �ísla vycházející z údaj� zve�ejn�ných Mexikem : oficiální minimální mzda stanovená federálnívládou byla v lednu 2022 8,25 dolaru na den. Pr�m�rná cena recyklovatelného PET byla 0,36 dolaru za jeden kilogram. Sb�ra� musí,aby se dostal na hodnotu minimální mzdy denn� sesbírat p�ibli�n� 23 kg PET lahví.

První �ás� �lánku »