Негативное воздействие пластика, методы его утилизации и переработки

Искусственные полимерные материалы, известные как "пластмассы" или просто "пластик", обладают множеством полезных свойств. Однако одним из основных недостатков пластика является его сложность утилизации.

При внедрении пластика в массовое производство производители, возможно, не учли, что большинство полимеров распадается на протяжении столетий. За несколько десятилетий накопились миллиарды тонн пластиковых отходов, требующих немедленной переработки. В процессе естественного разложения пластик загрязняет воздух, воду и почву токсичными веществами. Если не применять более экологичные методы обращения с пластиком, то в этом веке окружающая среда может подвергнуться необратимому разрушению.

Последствия неправильной утилизации пластика весьма серьезны. Необходимо отметить, что человечество активно работает над решением проблемы утилизации пластика. Множество программ по переработке пластикового мусора и вторичного использования материала в производстве полимеров уже существуют. Однако эти программы затрагивают всего лишь 14% общего объема отходов, в то время как на свалках пластика находится более 12% общего количества отходов. Даже если бы производство пластика было полностью прекращено, что невозможно при современном уровне развития общества, потребовалось бы более 10 лет только на переработку уже накопившихся отходов. Это не учитывает время, необходимое для сбора самого пластика. Количество полимеров растет экспоненциально, и без расширения мощностей перерабатывающих предприятий проблему нельзя будет решить.

Обычное хранение на свалках и сжигание пластика также несет вред. При разложении пластика образуются мельчайшие частицы, которые попадают в воздух, загрязняя его, а также оставляют пленку на растениях, что мешает их росту. Кроме того, эти микрофрагменты попадают в пищевую цепочку, воздействуя на животных и вызывая их гибель и мутации. Эти изменения могут иметь необратимый характер, оказывая воздействие на экосистемы.

Сжигание пластика в атмосферу также приводит к выбросу токсичных веществ в виде дыма и смолы, включая более 70 видов соединений, 90% из которых токсичны. Эти вредные вещества распространяются на сотни километров от мусоросжигающих заводов. Использование пластика как топлива в котельных и домашних печах также представляет опасность для окружающей среды, так как отравление происходит медленно, но необратимо. В дыме от горящего пластика присутствуют опасные газы, включая фосген, который является ядовитым веществом, и множество канцерогенов.

Когда пластик попадает в воду, большинство его изделий не тонут. Одним из ужасающих примеров является Большое мусорное пятно в океане, которое превышает площадь средней европейской страны, охватывая 700 000 квадратных километров. Эти отходы загрязняют как поверхность океана, так и его глубины, где находится основная питательная среда для рыб и морских животных, которые затем используются в пищу человека.

Способы утилизации и переработки пластика

Ученые начали серьезно заниматься вопросами утилизации полимерных материалов в начале 70-х годов XX века. Но настоящий поиск эффективных методов утилизации начался позже, когда стало известно, что следы полиэтилена и ПВХ обнаружены в Антарктиде и высокогорных районах Тибета и Памира, которые ранее считались не затронутыми человеческой деятельностью. К началу XXI века было разработано несколько методов переработки пластика, отличающихся по эффективности, полноте переработки, воздействию на окружающую среду и стоимости. На сегодняшний день перерабатывающие предприятия все еще не могут полностью справиться с задачей утилизации, но исследования и разработки новых методов активно продолжаются, и есть надежда, что проблема будет решена в ближайшие десятилетия.

Существуют различные методы переработки пластиковых отходов в промышленных масштабах, включая:

1. Гидролиз, который включает в себя обработку пластика водно-кислотными растворами при нагревании. Этот процесс приводит к получению очищенных гранул полимеров, которые можно повторно использовать.
2. Гликолиз, аналогичный гидролизу, но с использованием гликоля. Температура переработки составляет около 250 градусов Цельсия, и результатом являются гранулы полимерного сырья высокой чистоты, но не пригодные для производства пищевой упаковки.
3. Метанолиз, который включает в себя расщепление пластика в присутствии метанола с использованием специальных реакторов, создающих высокое давление и температуру рабочей среды. Результатом являются мономерные вещества, которые можно использовать в полимерном синтезе или других отраслях промышленности. В процессе метанолиза также производятся жидкие углеводородные топлива, подобные бензину.
4. Пиролиз, который представляет собой деструкцию пластика при высокой температуре в отсутствие кислорода. Результатом являются мономерные вещества, которые можно использовать в полимерном синтезе или в других отраслях промышленности. При пиролизе также производятся жидкие углеводородные топлива, подобные бензину.
5. Обработка плазмой (газификация), включающая в себя высокотемпературное воздействие на отходы, что позволяет получить горючие газы, используемые в котлах ТЭС, а несгораемые остатки прессуются и превращаются в строительные блоки.

Следует отметить, что на сегодняшний день не существует метода полной утилизации пластика. В лучшем случае можно получить сырье для производства новых полимеров. Еще одной проблемой является сложность сбора и сортировки пластиковых отходов. Во многих западных странах пластик начинают сортировать на этапе сбора ТБО. Если такой опыт будет распространен в других странах, эффективность переработки пластика в масштабах всего мира увеличится на 25-30%, а затраты снизятся.

Процессы переработки разнообразных типов пластмасс

Особое внимание ученых привлекают широко используемые виды пластмасс, которые находят применение в огромных количествах. К ним относятся: полиэтилен, полиэтилентерефталат, поливинилхлорид, полипропилен, полистирол, полиамид и АБС.

1. Полиэтилен, включая материалы низкого и высокого давления, является основой для производства упаковочных материалов, паллет, бочек и контейнеров. Сгорание этого полимера нежелательно, так как в процессе выделяются токсичные вещества. Переработка проводится путем термомеханического метода и пиролиза. В результате термомеханической переработки получают гранулы вторичного полиэтилена, а пиролиз приводит к получению низкотоксичных продуктов, таких как бензол, толуол, водород и метан.

2. Полиэтилен высокого давления перерабатывают с использованием тех же методов, учитывая, что вторичный полиэтилен нельзя получить из полиэтилена низкого давления. В некоторых случаях оба эти материалы могут быть смешаны для повышения прочности изделий из полиэтиленовых пленок.

3. Полиэтилентерефталат, известный как PET, широко используется для производства пластиковых бутылок и упаковки. Его переработка включает механическое измельчение и воспроизводство бутылок. Сжигание PET возможно, так как при этом не выделяются диоксины в дым. Однако процесс сжигания требует дорогостоящей фильтрации летучих веществ. Еще одним популярным методом переработки PET является деполимеризация, которая позволяет получить мономеры и синтетическое топливо.

4. Поливинилхлорид (ПВХ) – один из самых распространенных видов пластмасс благодаря своей дешевизне и прочности. ПВХ используется для изготовления различных предметов быта, строительных панелей, оконных и дверных рам, изоляции проводов и кабелей, а также для производства труб. Сжигание ПВХ нежелательно, так как в процессе окисления выделяются диоксины и канцерогенный винилхлорид. Этот материал трудно поддается переработке. В основном ПВХ измельчается и используется во вторичном производстве пластмасс. В случае сильного загрязнения, основным способом утилизации остается захоронение.

5. Полипропилен, не менее популярный, чем ПВХ, используется для создания герметиков, текстильных изделий, труб, изоляции и предметов быта, таких как ведра, лопаты, бочки и крышки для бутылок. Переработка включает в себя в основном термомеханическое производство гранул для вторичного использования. Сложность утилизации заключается в том, что процесс рециклинга оказывается более дорогостоящим, чем производство первичного полипропилена.

6. Полистирол (PS, ПС) часто используется в форме пенопласта и упаковочных материалов. Утилизация полистирола затруднена из-за выброса вредных веществ при контакте с различными химическими веществами, включая бензин и сероуглерод, а также из-за его химической стойкости к щелочным и кислым растворам и чистой воде. Захоронение полистирола на свалках ТБО запрещено, так как материал практически не разлагается в природе. Доступные методы утилизации включают сжигание, измельчение для последующего использования и термодеструкцию. Наиболее эффективный, хотя и более дорогой, метод - термодеструкция, позволяющая получать экологически безопасные вещества.