1. Wstęp
Recykling opakowań ma na celu wtórne wykorzystanie materiałów wykorzystanych pierwotnie do produkcji tych opakowań. Wtórne wykorzystanie może przejawić się w kolejnym wykorzystaniu danego opakowania (opakowania wielokrotnego użycia – OWU), w procesie produkcyjnym kolejnych opakowań z materiału uzyskanego ze zużytego opakowania (recykling materiałowy – RM) lub w procesie pozyskiwania materiałów surowcowych wykorzystywanych w produkcji danego materiału (recykling surowcowy – RS). Pod pojęciem „recykling opakowań” można również ująć odzyskiwanie nie materiału opakowania, ale energii zmagazynowanej w tym materiale w procesie odzysku energii (POE), który często jest potocznie nazywany recyklingiem energetycznym.
RM w przypadku tworzywa PET oznacza przetapianie i przekształcanie zużytego tworzywa sztucznego w regranulat (RPET) lub płatki i uważany jest często za najlepszą metodę recyklingu PET. W rzeczywistości jedynie 22% odpadowych pokonsumenckich tworzyw sztucznych kwalifikuje się do RM [1], czyli takie, które są dostępne w postaci czystych i wyselekcjonowanych odpadów, jak np. bezbarwne butelki PET po napojach czy folie.
RS to z kolei przetwarzanie materiałów i wyrobów odpadowych do postaci surowców, z których te materiały zostały wytworzone. W przypadku PET RS następuje w procesie depolimeryzacji, czyli reakcji rozbijającej łańcuch polimerowy na poszczególne monomery. Depolimeryzacji nie można mylić z degradacją. Surowce mogą być ponownie wykorzystane do wytworzenia pełnowartościowych tworzyw, a odpady powstałe w wyniku tej metody mogą stanowić domieszkę do paliw i smarów. Podstawową zaletą RS jest możliwość przeróbki tworzyw bez uprzedniej ich segregacji.
POE polega na spalaniu odpadowych opakowań w spalarniach odpadów komunalnych i pozyskiwaniu z tych śmieci energii cieplnej. Uzyskana energia cieplna zostaje wykorzystana w sposób pośredni do uzyskania np. energii elektrycznej.
W ostatnich 20 latach bardzo rozwinął się recykling butelek PET, ponieważ stanowią one najszybciej rozwijający się segment opakowaniowy. Ich roczny przyrost do 2010 wynosił ponad 5%, podczas gdy w odniesieniu do butelek szklanych było to średnio 1,6%, a opakowań metalowych 3%. Obecnie 80% wód mineralnych jest rozlewanych do butelek z PET [2,3].
Przez ostanie 20 lat w procesie RM opakowań PET dążyło się do zamknięcia tego procesu. Chodzi o to, aby z odpadowego opakowania, np. butelki na napoje spożywcze, uzyskać wtórne opakowanie tego samego typu, czyli butelkę na napoje spożywcze. W przypadku tworzywa PET problemem był sam proces przetwórstwa odpadowego PET (dochodziło m.in. do dużej degradacji makrocząsteczek PET, w wyniku czego obniżały się znacznie właściwości mechaniczne butelek otrzymanych z tak odzyskanego tworzywa PET), ale również to, że w wielu przypadkach butelki PET na napoje spożywcze były wykorzystywane przez konsumentów jako opakowania na różne materiały oleinowe, chemiczne, np. środki ochrony roślin (szkodliwe związki chemiczne mogły być zaabsorbowane przez tworzywo PET, ponieważ PET jest silnie porowaty) [4]. Bardzo dobry opis superczystego procesu recyklingu tworzywa PET (umożliwiającego zamknięcie cyklu butelki PET na napoje spożywcze) wraz z metodami recyklingu został przedstawiony w [4].
To samo dotyczy zamkniętego cyklu butelek szklanych czy puszek aluminiowych, choć w tym przypadku nie wiąże się to z tak dużymi problemami jak w przypadku butelek PET.
Obecnie recykling butelek PET na napoje spożywcze w Polsce i większości krajów na świecie nie jest zamknięty. Co więcej, w Polsce nie istnieje nawet instalacja umożliwiająca zamknięcie recyklingu butelek PET na napoje spożywcze akredytowana przez Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA). W Polsce Komisja Europejska nie dała akredytacji żadnej firmie do wytwarzania z recyklatu PET pojemników na żywność [5]. Taką akredytację wydaje się na mocy Rozporządzenia Komisji (WE) Nr 282/2008 z dnia 27 marca 2008 roku. Ponieważ jest to rozporządzenie, obowiązuje ono bezpośrednio we wszystkich krajach UE. Stosowanie RPET do produkcji pojemników na żywność jest już od dawna praktykowane w USA i wielu krajach Europy Zachodniej (w szczególności w Niemczech) [4,5].
2. Opakowania wielokrotnego użycia
Butelki szklane można zawracać do 25 razy (25 cykli użycia), ale butelka PET nie ustępuje butelce szklanej. Stwierdzono, że butelki PET mogą być zawracane do 25-30 razy bez większych zmian wytrzymałości tworzywa [6].
Używanie szklanych OWU wiąże się z analogicznymi problemami jak butelek PET (transport pustych opakowań, a więc zmagazynowanego w nich powietrza, zużycie wody i detergentów w czasie mycia opakowań, emisja spalin w czasie transportu, zajęcie cennej przestrzeni magazynowej przez OWU, koszty logistyczne i związane z tym zatrudnienie) [7]. Dodatkowo eksperci uważają, że podczas każdego cyklu (obrotu) opakowań szklanych wytrzymałość (mechaniczna i termiczna) ulega zmniejszeniu od 1,4 do 1,8% [8], co w połączeniu z cienkimi ściankami współczesnych butelek szklanych zwiększa ryzyko ich uszkodzenia w wyniku małych wstrząsów w czasie transportu i korzystania. W przypadku butelek PET ewentualne rysy nie wpływają na zmniejszenie wytrzymałości mechanicznej, ale pogarszają wygląd butelki i to w sposób bardzo istotny [9].
Warto zwrócić uwagę, że w sprzedaży można spotkać butelki szklane z defektami. Przykład takich butelek został przedstawiony na rys. 1. Defektem było ziarniste wtrącenie w materiale denka butelki, które spowodowało popękanie ścianki denka.
Udowodniono natomiast, że osłabione ścianki szklanych OWU zwiększają ryzyko wyszczerbienia się otworu butelki zamykanej kapslem w czasie otwierania [10]. Wszelkiego rodzaju wady powierzchni opakowań szklanych oraz działające obciążenia osłabiają ich wytrzymałość. W celu poprawy własności wytrzymałościowych i użytkowych opakowań szklanych najczęściej stosuje się dwuetapowe uszlachetnianie wyrobów poprzez modyfikację ich powierzchni [11].
Dodatkowy problem z PET OWU jest taki, że w czasie mycia wykorzystuje się gorącą wodę, przy czym zbyt duża temperatura przyczynia się do termicznego rozpadu materiału PET. Jednocześnie woda o zbyt niskiej temperaturze nie jest w stanie usunąć wszystkich zanieczyszczeń, a stosowanie silnych detergentów skutkuje tym, że osadzają się one w porach tworzywa stając się substancją niebezpieczną dla zdrowia człowieka [12].
Na rynku nie występują puszki aluminiowe wielokrotnego użytku.
3. Odzysk energii
POE polega na spalaniu odpadów w spalarniach śmieci. Główną zaletą takiego rozwiązania jest to, że nie trzeba tworzyć wysypisk śmieci lub miejsc do segregacji odpadów. Śmieci spala się w piecach w temperaturze ok. 1000°C [13] i uzyskaną energię cieplną (wartość opałowa PET wynosi ok. 30 MJ/kg [13]) w nowoczesnych spalarniach wykorzystuje się do wytwarzania energii elektrycznej. Samo spalanie śmieci niesie ze sobą ryzyko emitowania do atmosfery trujących oparów, np. chloru ze spalania PVC. Jednakże spalanie PET nie niesie ze sobą tego ryzyka, ponieważ jego makrocząsteczki są zbudowane wyłącznie z tlenu, wodoru i węgla, a ewentualne związki organiczne wydzielające się w czasie termicznego rozkładu PET zostają termicznie rozłożone do nieszkodliwych związków, np. formaldehyd w temperaturze około 400°C rozkłada się do tlenku węgla i wodoru [14].
POE wymaga jednak bardzo dużego nakładu kapitału inwestycyjnego związanego z budową i uruchomieniem spalarni śmieci. Co więcej, należy odpowiednio wysuszyć śmieci przed wsadzeniem do pieca, ponieważ zgromadzona wilgoć może znacznie obniżyć temperaturę w piecu utrudniając całkowite spalenie śmieci.
Aluminium i szkła nie poddaje się POE.
4. Recykling materiałowy (mechaniczny)
Zgodnie z danymi podanymi przez [15] oszczędności energetyczne związane z RM PET mogą wynieść aż 50%, natomiast r
ecykling szkła może przynieść oszczędności energii do 25%.
Główną zaletą opakowań szklanych i aluminiowych w procesie RM jest to, że w ich przypadku można go przeprowadzać bardzo dużą ilość razy, a w przypadku tworzywa PET zaledwie do 3 cykli recyklingu [9]. Po tej liczbie PET jest już zbyt mocno zdegradowany, aby wykorzystać go do produkcji butelek – z takiego RPET lub płatków wytwarza się tylko włókna (72% całego recyklingu PET [16]) na ubrania lub inne rzeczy wytwarzane w procesie wtrysku, w tym butelki do przechowywania środków niespożywczych – 10% [16].
Stanowi to dużą przeszkodę w recyklingu tworzywa PET, jednak według autora artykułu [4] PET ma duże walory podnoszące jego wartość w procesie RM, m.in.:
n Butelki PET występują na rynku w ogromnych ilościach, a systemy zbierania odpadowych PET w kilku krajach są bardzo rozwinięte (np. Niemcy). Umożliwia to zbieranie tego surowca z całego świata (przodują w tym Chiny) i produkowanie nowych butelek w zamkniętym systemie recyklingu w kraju, w którym dopuszczono PET z recyklingu do kontaktu z żywnością.
n Butelki PET można łatwo odizolować od innych odpadów (automatycznie lub ręcznie) oraz można względnie łatwo odizolować od butelek PET ich etykiety czy nakrętki.
n Tworzywo PET może być poddane recyklingowi bez użycia takich dodatków jak antyoksydanty, plastyfikatory.
n Butelki PET nie są (z reguły) pomalowane (jak np. puszki aluminiowe), przez co zagrożenie przedostania się do recyklatu PET komponentów na bazie oleju mineralnego jest bardzo niskie.
n Tworzywo PET jest polimerem obojętnym na różnego rodzaju substancje spożywcze, przez co występuje niska absorpcja magazynowanych substancji spożywczych do ścianek butelek PET (dla tworzywa PET w pierwszym obiegu, czyli przed recyklingiem).
Szkło i aluminium można poddawać wielokrotnie cyklowi recyklingowemu [17,18], ale przy założeniu bardzo wysokiej jakości sortowania odpadów szklanych i aluminiowych. Warstwy organiczne używane do pokrywania wewnętrznych ścianek puszek aluminiowych w czasie przetopu złomu aluminium wydzielają związki osłabiające właściwości aluminium [19], należy więc usuwać te warstwy przed procesem przetopu, co jest często problematyczne. Szkło bezbarwne tylko w niewielkim stopniu toleruje dodatki szkła kolorowego w stłuczce szklanej dodawanej w czasie produkcji szkła [20]. Stłuczka ogólnie dzieli się na dwa rodzaje, tzn. stłuczkę własną oraz stłuczkę obcą. Stłuczkę własną można przetwarzać teoretycznie nieograniczoną ilość razy bez zmiany jej własności, jednak stłuczka obca wprowadza zanieczyszczenia (zakrętki, kapsle, części organiczne, papier, tworzywa sztuczne, kamienie itp.) [21], które mają niekorzystny wpływ na jakość uzyskanego szkła zwiększając jego wady (rys. 1) lub zmieniając skład chemiczny, co skutkuje pogorszeniem właściwości optycznych i mechanicznych całej porcji wytapianego szkła [21].
Największą wadą butelek PET jest paradoksalnie ich niski koszt wytwarzania i związana z tym masowość produkcji. Produkcja butelek PET jednorazowego użytku jest najbardziej opłacalna spośród wszystkich opakowań. Spowodowało to, że producenci bardzo długo nie byli zainteresowani odzyskiwaniem PET. Koszty zbierania odpadów, magazynowania ich i powtórnego wytwarzania są wyższe aniżeli koszty wytworzenia nowej butelki z tworzywa uzyskanego w całości z ropy naftowej. Poza tym w czasie RM właściwości uzyskanego tworzywa są gorsze od właściwości tworzywa uzyskanego z ropy naftowej (właściwości wytrzymałościowe butelek wytworzonych z RPET są niższe niż butelek wyprodukowanych z pierwotnego PET [9]). Zgodnie z [22], w czasie RM PET do postaci RPET wykorzystywanego jako surowiec do produkcji pojemników, zanieczyszczenia osłabiające właściwości RPET są spowodowane:
n czarnymi wtrąceniami – pozostałości etykiet,
n nieodizolowaniem butelek PLA – w wyniku zanieczyszczenia RPET tworzywem PLA następuje o wiele większa krystalizacja w procesie wtrysku,
n z tworzywem PET często mylone jest PETG,
n materiałami wielowarstwowymi PS/OPS/HIPS,
n klejami stosowanymi do łączenia etykiet z butelką,
n barwnikiem stosowanym do barwienia butelek PET.
Aby zminimalizować dostawanie się zanieczyszczeń do RPET, należy produkować butelki PET z odpowiednio widocznymi oznaczeniami oraz z odpowiednio dobranych materiałów. W tabeli 1 zostały wymienione korzystne i niekorzystne, pod względem recyklingu, materiały stosowane przy produkcji butelek PET.
5. Recykling chemiczny (surowcowy)
RM PET ma tę wadę, że jest możliwy tylko dla jednokolorowych butelek. Dlatego RM poddaje się prawie wyłącznie butelki przezroczyste. RS nie ma takiego ograniczenia i można poddawać przeróbce zarówno przezroczyste, jak i kolorowe butelki PET. RS jest jednak jeszcze nieopłacalny pod względem nakładu pracy w stosunku do zysku (wymaga użycia różnych chemikaliów i znacznej ilości energii w porównaniu z recyklingiem materiałowym). Z RS w procesie depolimeryzacji można uzyskać produkty, z których można na nowo wytworzyć tworzywo PET o identycznych właściwościach jak pierwotne [2], czego nie można osiągnąć za pomocą RM. Znaczenie przemysłowe mają następujące procesy depolimeryzacji PET: glikoliza, metanoliza i hydroliza [13]. RS PET oparty na hydrolizie jest obecnie intensywnie rozwijany w celu poprawy ekonomiki procesu (zależy ona od skali produkcji, czystości i końcowego przeznaczenia produktów) [13], np. sposób oparty na różnych chemicznych katalizatorach [24].
Aluminium i szkła nie poddaje się procesowi RS.
6. Wnioski
POE i RS są możliwe tylko w przypadku butelek PET. OWU tracą na znaczeniu ze względu na kosztowny transport i magazynowanie pustych butelek. RM jest najkorzystniejszy i najlepiej rozwinięty w przypadku puszek aluminiowych. RM butelek szklanych i PET jest porównywalny pod względem zmniejszenia ilości zanieczyszczeń emitowanych do atmosfery, a pod względem oszczędności finansowych i energetycznych z lekką przewagą dla butelek PET [15]. W szczególności RM szkła i aluminium jest korzystny, co wynika z tego, że w aspekcie energetycznym, w czasie wytopu aluminium i szkła, puszki aluminiowe i stłuczka szklana drastycznie zmniejszają zapotrzebowanie na energię w czasie wytopu odpowiednio aluminium i szkła, co zostało szczegółowo opisane w [25].
Wszystkie opakowania są problematyczne pod względem RM, choć najbardziej w przypadku butelek PET. Jednak pomimo tych trudności branża przemysłu zajmująca się recyklingiem odpadowych opakowań bardzo dobrze się rozwija ze względu na korzyści, jakie płyną z tego procesu. Co więcej, po wprowadzeniu nowej ustawy dotyczącej wywozu śmieci przewiduje się nagły wzrost recyklingu opakowań w Polsce.
Literatura
[1] Recykling surowcowy i korzyści dla środowiska; plastech. pl, 2011
[2] Pinto B., Reali D..: Screening of estrogen-like activity of mineral water stored in PET bottles; Int. J. Hyg. Environ. Health 212, 2009
[3] PET najpopularniejszym materiałem opakowaniowym; plastech. pl, 2010
[4] Welle F.: Twenty years of PET bottle to bottle recycling – An overview; Resources, Conservation and Recycling, 55, 2011
[5] Józefowicz M.: PET z recyklingu w butelkach do napojów r-PET; Krajowa Izba Gospodarcza, Przemysł Rozlewniczy, artykuł napisany po roku 2008
[6] Notatka w magazynie „Przemysł Fermentacyjny i Owocowo- Warzywny”, 5/1996
[7] Rozmowa z Tomaszem Chruszczowem: Na początku drogi; Odpady i środowisko, 8/2001
[8] Jankowski S.: Postęp techniczny w zakresie produkcji opakowań szklanych; Opakowanie, 11/2001
[9] Dane własne firmy TES Sp. z o.o.
[10] Lorek O.: Rexam Szkło Gostyń SA; Jakościowe wymagania i kontrola opakowań szklanych w Rexam, Opakowanie 9/2004
[11] Drajewicz M.: Uszlachetnianie powierzchni szkła nanocząstkami związków glinu; AGH, 2008
[12] Wróbel L.: Napoje – opakowania zwrotne czy jednorazowe, Problemy ekologiczne; Opakowanie 5/1992
[13] Kociołek-Balawejder E.: PET, czyli poli(tereftalan etylenu) – produkcja, zastosowanie, recykling; wiedzainfo.pl; artykuł napisany po roku 2005
[14] Centralny Instytut Ochrony Pracy – Państwowy Instytut Badawczy; Formaldehyd nr CAS: 50-00-0, artykuł napisany po roku 1999
[15] Ministerstwo Środowiska, Transportu, Energii i Komunikacji Szwajcarii; PET recycling; 11/2009
[16] Shen L., Worrell E., Patel M. K.: Resources, Conservation and Recycling; Resources, Conservation and Recycling 55, 2010
[17] Długa historia Alu-puszki, czyli aluminiowej puszki na napoje; program edukacyjny dla szkół fundacji na rzecz odzysku aluminiowych puszek po napojach Recal w roku szkolnym 2011/2012
[18] Program edukacyjny dla przedszkoli fundacji na rzecz odzysku aluminiowych puszek po napojach Recal; Warszawa 2009, wyd. 4
[19] Litwińczyk-Kwaśnicka M.: Aluminium. Metody otrzymywania oraz odzysku z materiałów odpadowych; Gospodarka Surowcami Mineralnymi, 24, 2008
[20] Janowski M.: Stłuczka szklana jako surowiec do produkcji szkła opakowaniowego; Opakowanie, 1996
[21] Faber J.: Techniczne metody przeróbki stłuczki i technologiczne aspekty jej stosowania w produkcji; Opakowanie, 11/1999
[22] Różne rodzaje zanieczyszczenia tworzywa RPET; plastech.pl, 2011
[23] Żakowska H.: Etykiety z PVC – zasadnicze utrudnienie w recyklingu opakowań z PET; Packaging Polska, 2006
[24] Z butelkowego PET znów może powstać PET na butelki; plastech.pl, 2011
[25] Wawrzyniak P., Karaszewski W.: Ocena zużycia energii i emisji do środowiska szkodliwych związków chemicznych w procesie wytwarzania opakowań do spożywczych napojów gazowanych i niegazowanych; Opakowanie, 04/2013
