Ten artykuł czytasz w ramach bezpłatnego limitu

Ludzie od wieków korzystali z polimerów, które występują w naturze: celulozy, kauczuku naturalnego (lateksu) czy skrobi. I choć nie mieli pojęcia o budowie tych materiałów, próbowali je modyfikować, w ten sposób wynaleziono np. papier czy gumę.

Zobacz wideo

W 1870 roku nastąpił przełom – udało się wytworzyć celuloid, tworzywo zbliżone do współczesnego plastiku. Naukowcy zaczęli modyfikować ten materiał, często metodą prób i błędów dodawano do niego różne substancje. W 1907 roku belgijski chemik Leo Baekeland wytworzył bakelit. Było to pierwsze syntetyczne tworzywo sztuczne, które można było wytwarzać przemysłowo. Wkrótce w fabrykach ruszyła produkcja bakelitowych izolatorów, suszarek do włosów, aparatów telefonicznych, płyt gramofonowych, elementów do samochodów.

Polimery, czyli „wielkie cząstki organiczne" jako jeden z pierwszych opisał w 1917 roku niemiecki naukowiec Hermann Staudinger. Uzyskana i usystematyzowana wiedza dotycząca nowych, sztucznych tworzyw pozwoliła na ich gwałtowny rozwój. Odkrywano coraz to nowe poliery syntetyczne. Wielką popularność zyskał np. poliamid występujący pod handlową nazwą nylon. Wytwarzano z niego kurtki, bieliznę, stroje kąpielowe, płaszcze, koszule, spodnie, sukienki – pokochały go szczególnie kobiety, które zaczęły nosić pończochy. Po wojnie, gdy gospodarka światowa zaczęła się gwałtownie rozpędzać, nic już nie mogło zatrzymać produkcji różnych produktów z nowych materiałów, potocznie nazywanych plastikiem.

Z drugiej strony zalew produktów z polimerów wymaga pilnego zajęcia się powstającymi po ich zużyciu odpadami.

Ekonomia recyklingu

Krajowa Izba Gospodarcza w 2017 roku przygotowała raport o wykorzystaniu plastiku w Polsce. Nasz kraj zużywa każdego roku około 3,5 mln ton tworzyw sztucznych i ta liczba wciąż rośnie. Jeszcze w 2017 roku produkowaliśmy około miliona ton różnego rodzaju opakowań plastikowych, a w 2022 roku może to być już 1,2-1,3 mln ton. Jeśli dodamy do tego jednorazowe wyroby z tworzyw sztucznych, ilość plastikowych odpadów może sięgnąć nawet 2-2,5 mln ton rocznie.

Według danych Eurostatu tylko niecałe 40 proc. opakowań z tworzyw sztucznych jest poddawana w Polsce recyklingowi (średnia w Unii Europejskiej wynosi 42 proc.). Do niedawna od 30 do 50 proc. plastikowych odpadów trafiała na składowiska, teraz spora część jest przekształcana w tzw. paliwa alternatywne albo jest spalana.  

Unia Europejska ogranicza stosowanie plastiku w niektórych produktach, np. sztućcach, talerzach, słomkach, mieszadełkach. Stawia także wymagania wobec produkcji niektórych wyrobów z polimerów i kompozytów na ich bazie, a dla odpadów z takich produktów wymaga zastosowania drugiego cyklu, zgodnie z zasadami gospodarki obiegu zamkniętego.

Cały proces zaczyna się więc od planowania materiału i produktu w taki sposób, aby spełniał potrzeby zarówno w czasie eksploatacji, jak i po niej. - Założenia są takie, żeby produkować jak najmniej wyrobów z polimerów, których nie da się poddać recyklingowi. Celem jest więc jak największy odzysk z odpadów, szczególnie polimerowych surowców nadających się do ponownego wykorzystania. Wszyscy się nad tym zastanawiają, dostrzegają potrzebę, ale gdy zapytać o szczegółowe rozwiązania, większość rozkłada ręce – mówi dr Piotr Sakiewicz z Wydziału Mechanicznego Technologicznego Politechniki Śląskiej. Co najmniej od siedmiu lat z dr. hab. Krzysztofem Piotrowskim z Wydziału Chemicznego Politechniki Śląskiej zajmują się uzasadnionymi ekonomicznie technologiami recyklingu.

- Dostrzegliśmy w tym zagadnieniu duży potencjał, bo coraz częściej przychodzili do nas przedsiębiorcy, którzy zajmują się przetwarzaniem i zagospodarowaniem odpadów oraz  odzyskiwaniem z nich materiałów. Często opowiadali o swoich kłopotach i prosili pomoc – dodaje dr Sakiewicz.

Bogactwo materiałów to problem

Jednym z głównych problemów w recyklingu opakowań jest to, że przy ich produkcji stosuje się zbyt wiele rodzajów materiałów, szczególnie tworzyw sztucznych. Gdy taki odpad przyjeżdża do sortowni, często występują problemy z prawidłowym wydzieleniem jednorodnego strumienia materiału. - Weźmy jako przykład zwykłą butelkę z wodą mineralną – mówi dr Sakiewicz. – Może być wykonana z kilku rodzajów materiałów. Sama butelka to PET, ale znajdziemy w niej także papier na etykiecie, nakrętkę z polietylenu czy gumową uszczelkę. Nie zapominajmy o folii termokurczliwej, w której zamyka butelki w wielopaki. W butelkach szklanych możemy mieć zakrętkę metalową. Z metalem nie ma kłopotu, bo od tysięcy lat poddawany jest recyklingowi.

Ale co z materiałami bardziej złożonymi, jak polimery? Dla większości z nas to zwykły „plastik", „tworzywo sztuczne", a w tych pojęciach można zmieścić cały wielki świat różnorodnych materiałów, jak np. politereftalan etylenu (popularny PET), polietylen (PE), polipropylen (PP), polistyren (PS), polichlorek winylu (PVC) oraz wiele odmian i kombinacji polimerów o różnej budowie i właściwościach. W kuble na śmieci te materiały są zwykle pomieszane – obok kubków po jogurcie, butelki po sokach mamy także pojemniki po margarynie, plastikowe tacki i torebki.

Dr Sakiewicz: - Musimy pamiętać, że jeśli w procesach recyklingu zmieszamy kilka rodzajów plastiku, na dodatek o różnych barwach, z pewnością nie uzyskamy materiału, który da się ponownie wykorzystać. Każdy z tych materiałów ma bowiem inne własności przetwórcze, inny skład chemiczny, inne modyfikatory i wypełniacze, np. włókna szklane, plastyfikatory, stabilizatory UV. Dwie reklamówki z „plastiku" mogą mieć bardzo różny skład. A materiał przeznaczony do recyklingu musi być jak najbardziej jednorodny.

Walka o odpady z fabryk

Drugi wielki problemem to zanieczyszczenie substancjami, zarówno tymi, które są zapakowane w plastikowe pojemniki, jak i takimi, z którymi opakowanie ma kontakt już po jego zużyciu. Razem z opakowaniami do kubłów na śmieci trafiają resztki po margarynie, śmietanie soku czy jogurcie. – Tymczasem materiał, zanim zostanie przerobiony na granulat, z którego można produkować nowe rzeczy, musi zostać oczyszczony z takich zabrudzeń – mówi dr Sakiewicz.

To dlatego dla firm, które zajmują się recyklingiem, cenniejsze są plastikowe odpady z fabryk niż z koszy na śmieci. Na przykład z fabryki produkującej reklamówki dostają tony ścinków, które są jednorodne i niezabrudzone. Można je niemal z marszu wrzucić do młyna, pociąć na drobne kawałki, wypłukać i przerobić na granulat, z którego można znów produkować różne rzeczy.

Do naukowców z Politechniki Śląskiej zgłasza się coraz więcej firm, które szukają sposobów, by sprostać wymaganiom Europejskiego Zielonego Ładu. – Jakiś czas temu przedstawiciele firmy Danplast z Jaworzna postawili nas przed problemem, jak uzyskać czysty materiał, gdy polistyrenowe odpady są zabrudzone, często zaschnięte i nie da się ich domyć. Przy wykorzystaniu „zintegrowanej technologii dekontaminacji (usuwania – przy. red.) materiałów odpadowych" oraz specjalnie opracowanego roztworu można skutecznie rozdzielać polistyren od resztek organicznych i uzyskiwać czysty materiał – mówi dr Sakiewicz.

Czarny worek, który brzydko pachnie

To ważne, by materiał przeznaczony do recyklingu był czysty i jednorodny, bo produkty wytwarzane z zanieczyszczonego granulatu są niejednorodne i np. mało wytrzymałe. – Pewnie zauważyliście w sklepie czarne worki, które wydzielają nieprzyjemny zapach? – pyta dr Sakiewicz. – Zapewne są wykonane z niejednorodnego, zanieczyszczonego materiału. Świadczy o tym także kolor, bo co można zrobić z zabrudzonego granulatu? - Zabarwić na czarno i zrobić worek na śmieci, który już ponownie raczej nie będzie wykorzystany – odpowiada Sakiewicz.

Okazuje się, że w przypadku recyklingu plastiku, oprócz rodzaju tworzywa, także kolor ma wielkie znaczenie. Im czystszy materiał, tym jest cenniejszy. Z transparentnego lub białego granulatu można robić mnóstwo rzeczy: meble ogrodowe, opakowania, kubki, butelki, ramy okienne itp. Gdy granulat jest lekko zanieczyszczony można go zabarwić na żółto, zielono, niebiesko i ponownie wykorzystać. Ważne, że wyjściowy materiał można barwić jedynie na kolor ciemniejszy. Transparentne tworzywo sztuczne najłatwiej zabarwić i przetworzyć. Im jaśniejszy kolor regranulatu, tym czystszy i bardziej jednorodny był materiał, z którego go wykonano.

W Danplaście chwalą technologię opracowaną w Politechnice Śląskiej. – Jest innowacyjna w skali kraju, właśnie kończymy ustawiać instalację, planujemy uruchomić ją 15 września. Zamierzamy odzyskiwać materiał z opakowań produktów mleczarskich, które teraz zwykle trafiają do spalarni śmieci. My ten produkt zamierzamy zawrócić na rynek – mówi Bartosz Czagan, przedstawiciel firmy.

Pomaga sztuczna inteligencja

Naukowcy nie mogą zdradzać szczegółów technologii, które opracowują dla przedsiębiorców. Większość z nich objęta jest ochroną własności intelektualnej. – Możemy jednak powiedzieć, że często usprawniamy istniejące rozwiązania. To zwykle wystarcza, żeby rozwiązać problem – mówi dr Sakiewicz.

W wielu sortowniach odpadów przy segregacji materiałów pracują sortery optyczne. Maszynami sterują komputery, które mają wbudowaną bazę materiałów – dzięki temu potrafią je rozpoznać i błyskawicznie posortować. Problem w tym, że to najczęściej maszyny zachodnie, nauczone pracy z tamtejszymi opakowaniami po produktach. W Polsce często mamy opakowania niespotykane gdzie indziej, więc maszyna w sortowni nie rozpoznaje produktu i się myli. A gdy materiał jest zanieczyszczony, albo mokry, spektrometr źle odczytuje widmo i nieprawidłowo sortuje.

- Pierwsze, co zrobiliśmy, to zaczęliśmy uczyć komputery rozpoznawania rodzimych produktów i materiałów, z jakich są zrobione – mówi prof. Krzysztof Piotrowski. - To gigantyczne bazy danych widm, ale w ich uzupełnianiu i analizie pomaga nam sztuczna inteligencja. Komputery wbudowane w sortery optopneumatyczne nie zawsze radziły sobie np. z butelkami PET pokrytymi etykietami PVC. Podobnie jak z wydzieleniem ze strumienia butelek PET o podwyższonych właściwościach barierowych, np. niektórych butelek po mleku czy piwie. Wydaje się, że są one jednorodne i jednokolorowe, a one są pokryte od wewnątrz warstwą, która chroni piwo lub mleko przed promieniami UV.

To jeszcze nie wszystko, bo gdy komputer nauczy się już te nasze rodzime materiały dobrze rozdzielać, pojawia się problem przy ich rozdrabnianiu.

Wydawałoby się, że posortowane odpady najpierw są myte, suszone, a dopiero potem rozdrabniane. Jest na odwrót – najpierw trafiają do młyna, są rozdrabniane, a na końcu są myte.

Rozdrobnione materiały zwykle zawierają kurz, różnego rodzaju substancje chemiczne, jak tłuszcze, chemikalia. A podczas transportu jeszcze się to wszystko ze sobą miesza. – Przedsiębiorcy często nie mogli sobie poradzić z procesem cięcia, bo brud wtapiał się w plastikowe skrawki. Udało nam się usprawnić ten proces – mówi dr Sakiewicz.

Naukowcy z Politechniki Śląskiej zajmują się uzasadnionymi ekonomicznie technologiami recyklingu. Na zdjęciu od lewej: dr. hab. Krzysztof Piotrowski, mgr inż Joanna Mścichecka, dr Piotr Sakiewicz i mgr inż. Mateusz Lis.Naukowcy z Politechniki Śląskiej zajmują się uzasadnionymi ekonomicznie technologiami recyklingu. Na zdjęciu od lewej: dr. hab. Krzysztof Piotrowski, mgr inż Joanna Mścichecka, dr Piotr Sakiewicz i mgr inż. Mateusz Lis. Dariusz Kortko

Naukowcy z Politechniki Śląskiej za swoje prace na rzecz recyklingu zdobywają wyróżnienia, np. platynową nagrodę na międzynarodowych targach INTARG 2022. A ponieważ ich technologie potrzebne są biznesowi i wpływają na poprawę jakości środowiska, chętnie wspiera ich Unia Europejska i rząd np. w ramach Projektu „Inkubator Innowacyjności 4.0", finansowanego z Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój 2014-2021.

CZYTAJ WIĘCEJ
Czytaj ten tekst i setki innych dzięki prenumeracie
Wybierz prenumeratę, by czytać to, co Cię ciekawi 
Wyborcza.pl to zawsze sprawdzone informacje, szczere wywiady, zaskakujące reportaże i porady ekspertów w sprawach, którymi żyjemy na co dzień. Do tego magazyny o książkach, historii i teksty z mediów europejskich.