Dr. Vargha Viktória, tudományos főmunkatárs Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Műanyag és Gumiipari Tanszék

Átírás

1 HULLADÉKOK ÉS KEZELÉSÜK Újrafeldolgozás, lebontás vagy deponálás? A műanyag hulladék jövője Dr. Vargha Viktória, tudományos főmunkatárs Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Műanyag és Gumiipari Tanszék Tárgyszavak: hulladék; műanyag; műanyag hulladék; újrafeldolgozás; tárolás; polimer. A környezetmegóvás fontos és hatékony eszköze a naponta keletkező hulladék mennyiségének csökkentése, szelektív gyűjtése és újrafelhasználása. A környezetet fokozódó mértékben terhelő hulladékfajta a műanyag, noha mint statisztikai adatokból kitűnik a települési szilárd hulladék mindössze 9 10 %-át teszi ki. Az alábbi összeállítás áttekinti a műanyagok fejlődését, bemutatja megoszlásukat az egyes iparágak között, és számba veszi a műanyag hulladék lehetséges jövőjét. Ennek során felvillannak az újrafeldolgozás, a lebontás és a deponálás különféle megoldási lehetőségei, kitekintve, hogyan is állnak ezen a téren az Európai Unióhoz újonnan csatlakozott, illetve csatlakozni készülő országok. A polimerek osztályozása Megkülönböztetnek szervetlen, fémorganikus és organikus, vagy szerves polimereket (1. táblázat). A szerves (organikus) anyagokat szénatomok alkotják. 1. táblázat A polimerek osztályozása Szervetlen polimerek Fémorganikus polimerek Szerves polimerek természetes szintetikus szintetikus természetes szintetikus Kén üveg szilikongyanták fehérjék polietilén (PE) Gyémánt cement polisziloxánok cellulóz polipropilén (PP) keményítő poli(vinil-klorid) (PVC)

2 Történeti áttekintés A természetes eredetű, a módosított természetes és a szintetikus polimerek időrendi fejlődését mutatja be a 2. táblázat. A polimerek fejlődésének időrendi áttekintése 2. táblázat Év Feltaláló Polimer 1820 T. Hancock Természetes kaucsuk 1839 C. Goodyear Természetes kaucsuk vulkanizálása 1856 A. Parkes Regenerált cellulóz (szál, fólia) 1870 Hyatt testvérek Cellulóznitrát kompressziós öntése (első fröccsöntés, kámfor mint lágyító) 1907 Leo Baekeland Fenoplasztok (bakelit) az első szintetikus hőre keményedő műanyag 1911 Kunststoffe az első műanyagokról szóló folyóirat megjelenése 1924 H. Staudinger (Nobel díj 1953) A polisztirol (PS) lineáris szerkezetű makromolekuláinak felfedezése 1927 A cellulóz észterezése, poli(vinil-klorid) PVC 1928 Otto Röhm Poli(metil-metakrilát) (PMMA) 1935 W.H.Carothers Poliamid PA 6,6 (Nylon 6,6) 1936 Rein Poliakrilnitril (PAN, Orlon), Polivinilacetát (PVAc) 1937 Otto Bayer Poliuretán (PUR) 1938 P. Schlack P. Castan 1940 G.E. Rochow R.J. Plunkett J.R. Whinfield, J.T. Dickson Poliamid (PA) 6 Epoxigyanták Klórszilánok Melamin-formaldehid (MF)-gyanták Poli(tetrafluor-etilén) (PTFE) Kis sűrűségű polietilén (LDPE) Poli(etilén-tereftalát) (PET) 1952 K. Ziegler Sztereospecifikus polimerizáció, nagysűrűségű, lineáris polietilén (HDPE) 1953 G. Natta Sztereospecifikus polimerizáció, polipropilén (PP) 1984 D. Vorländer (1923) Folyadékkristályos polimerek (LCP) alkalmazása A műanyag hulladék A hulladék szükségtelenné vált termék, amely felhasználás után a szemétbe kerül. A szemétben a műanyag hulladék is megtalálható. Mivel

3 a műanyagok felhasználása rendkívül sokrétű (1. ábra), élettartamuk is különböző. villamosipar 13% egyéb 12% csomagolástechnika 46% közlekedés 4% bútoripar 6% gépipar 8% mezőgazdaság 6% háztartási cikkek 5% 1. ábra A műanyagok felhasználási területei Az 1. ábrából látható, hogy a műanyagok jelentős részét magas műszaki igényeket kielégítő termékek céljára használják, így élettartamuk is hosszabb. A különböző célra használatos műanyagok várható élettartamát a 3. táblázat foglalja össze. A műanyagok várható élettartama 3. táblázat Élettartam Megoszlás (%) Felhasználási terület Hosszú (több, mint 8 év) 65 építőipar, villamosipar, gépjárműipar Közepes (maximum 8 év) 15 mezőgazdaság Rövid (maximum 1 év) 20 csomagolás Összes hulladék Kelet-Közép-Európában Az Európai Unióhoz csatlakozó országokban keletkező évi összes hulladék mennyiségét és megoszlását foglalja össze a 4. táblázat.

4 4. táblázat Az EU-hoz csatlakozó országok 2002-ben keletkezett összes hulladéka fajtánként (E t/év) Összes hulladék Bulgária A hulladék fajtája E t/év Év Ipari és kereskedelmi hulladék Építési hulladék Mezőgazdasági hulladék Szilárd települési hulladék Bányaipari hulladék Energiaés vízgazdálkodási hulladék Egyéb Litvánia Ciprus Málta Csehország Észtország Magyarország Lettország Lengyelország Románia Szlovákia Szlovénia Összesen becsült adatok 2 Ahol nem állt rendelkezésre adat a hulladék fajtájára, az összes hulladék mennyiségében sem szerepel. Forrás: AJI-EUROPE, PHARE Projektek, Európai Bizottság, OECD Kompendium

5 Települési szilárd hulladék Kelet-Közép-Európában Az EU-hoz csatlakozó országok 2002-ben keletkezett települési szilárd hulladékának teljes mennyiségét, és megoszlását mutatja az 5. táblázat. A 2. ábra ugyanezen országokban az egy főre jutó települési szilárd hulladék mennyiségének megoszlását mutatja országonként. Ország 5. táblázat Az EU-hoz csatlakozó országok települési szilárd hulladéka, és megoszlása 2002-ben (ezer tonna/év, becsült adatok) Települési szilárd hulladék (minden anyag) (E t/év) Háztartási hulladék Ebből Ipari hulladék Bulgária Csehország Észtország Magyarország Lettország Litvánia Lengyelország Románia Szlovákia Szlovénia Ciprus Málta Összesen Forrás: AJI-EUROPE, Hulladékgazdálkodás az EU-hoz csatlakozó országokban (PHARE Projekt), Európai Bizottság, OECD Kompendium A vegyes települési szilárd hulladék összetételét az EU-hoz csatlakozó országokban a 6. táblázat mutatja. A 6. táblázat adataiból látható, hogy a vegyes települési szilárd hulladékban a műanyag hulladék mennyisége 5 11%. Világszerte az öszszes hulladékban a műanyagok hányada 7 9 %(m/m), amely laza tömörítés esetén kb. 25 %(V/V)-nek %-nak felel meg. A világon évente keletkező kb. 2,9 milliárd tonna hulladékból a műanyag kb. 200 millió tonnát tesz ki.

6 Málta Ciprus Szlovénia Szlovákia Románia Lengyelország Litvánia Lettország Magyarország Észtország Csehország Bulgária kg/év/fő Forrás: AJI-EUROPE, Települési szilárd hulladék gazdálkodás az EU-hoz csatlakozó országokban (PHARE Projekt), Európai Bizottság, OECD Kompendium 2. ábra Az egy főre jutó települési szilárd hulladék megoszlása az EU-hoz csatlakozó országokban (kg/év/fő) (2002) 6. táblázat A vegyes települési szilárd hulladék összetétele az EU-hoz csatlakozó országokban 2002-ben Ország Papír, % Textil, % Műanyag, % Üveg, % Bulgária Csehország Észtország n.a. n.a. 8 1 n.a. Magyarország Lettország Litvánia Lengyelország Románia Szlovákia Szlovénia Ciprus n.a. n.a n.a. n.a. Málta n.a. n.a. n.a. n.a. Átlag 18 n.a. 8 8

7 6. táblázat folytatása Ország Fém, % Szerves anyagok, % Egyéb hulladék, % Műanyag a települési szilárd hulladékban (1000 tonna) Bulgária Csehország Észtország n.a. n.a. n.a. n.a. Magyarország Lettország Litvánia Lengyelország Románia Szlovákia Szlovénia Ciprus n.a n.a. n.a. n.a. Málta n.a. n.a. n.a. n.a. Átlag Becsült adatok Forrás: AJI-EUROPE, OECD Kompendium Környezetvédelmi adatok 2002, PHARE Tanulmányok, Nemzeti statisztikai hivatalok A műanyag hulladék sorsa A Föld lakóinak száma rohamosan növekszik, az igények egyre nagyobbak. A népesség petrolkémiai nyersanyagokkal való ellátása egyre nehezebb. Ezt már két olajválság is bizonyította. Hosszú távon az árak növekedésére lehet számítani. Ezért egyáltalán nem mindegy, hogyan gazdálkodunk a keletkező műanyag hulladékkal. A műanyag hulladék kezelésének lehetőségei az alábbiak: 1. Deponálás 2. Újrafeldolgozás 3. Energia előállítása 4. Nyersanyagok előállítása 1. Deponálás A deponálás csak rövid távú megoldás. Különösen a sűrűn lakott területeken egyre nehezebb lesz újabb szemétlerakó helyek létesítése. A

8 környezetünk megóvására irányuló igények növekedésével a szemétlerakás költségei is növekednek. Ugyanakkor a műanyagok fontos szerepet töltenek be a szemétlerakó helyek létesítése során. Az egyéb hulladék szétfolyásának, talajba jutásának megakadályozására a talajt először műanyag fóliával fedik le. Az egyre fogyó nyersanyagkészletek és az újabb szemétlerakók létesítésére vonatkozó korlátok arra késztetnek, hogy a műanyag hulladékkal okosabban gazdálkodjunk. Erre kínálkoznak a további lehetőségek. 2. A műanyag hulladék újrafeldolgozása Legcélszerűbb megoldás a műanyag hulladék hasznosítására az újrafeldolgozás. Ennek kétféle módját különböztetik meg, a primer és a szekunder újrafeldolgozást (3. ábra). Primer újrafeldolgozásról van szó, ha a műanyagok feldolgozása során keletkezett hulladékot, pl. sorját, azonnal visszaforgatják a termelésbe. Ebben az esetben hulladék nem kerül a környezetbe. műanyag termék műanyag hulladék a feldolgozás során műanyag hulladék a szemétben primer hulladék újrafeldolgozása válogatás tisztítás szekunder hulladék újrafeldolgozása 3. ábra A műanyag hulladék újrafeldolgozása Szekunder újrafeldolgozás esetén a műanyag hulladékot a szemétből kinyerik, és megfelelő kezelés után újra feldolgozzák. Ebben az esetben az alábbi szempontokat kell figyelembe venni; a műanyag hulladék összegyűjtése, válogatása és tisztítása ne kerüljön több pénzbe és energiába, mint az új műanyag termék előállítása. Az eljárás ne szenynyezze jobban a környezetet, és az újrafeldolgozott hulladékból készült termékekre legyen megfelelő piac. Amennyiben ezen szempontok valamelyike nem teljesül, a szekunder újrafeldolgozásnak nincs értelme.

9 Néhány példa a műanyag hulladék szekunder újrafeldolgozásának megvalósítására Németországban Rödentalban (Coburg járás) működik egy berendezés, amely aprítás után a háztartási hulladékból hidrociklon segítségével sűrűségkülönbség alapján válogatja ki a különböző műanyagokat. (A hidrociklon görög eredetű szó, a hydor jelentése víz, a kyklos jelentése kör.) A háztartási műanyagok kb. 65%-át poliolefinek teszik ki, polietilén, polipropilén és dién alapú polimerek. A berendezés teljesítménye 950 kg/óra, naponta 7 8 tonna poliolefin granulátumot nyernek ki a hulladékból. Egy másik példa a műanyagok szekunder újrafeldolgozására az italos rekeszeké. Az elhasznált rekeszeket összegyűjtik és azokból új rekeszeket készítenek. 7. táblázat Az EU-hoz csatlakozó országokban újrafeldolgozott műanyag hulladék Ország Lakosság (millió) kg/fő 1000 tonna/év Az összes %-a Bulgária Csehország 10, Észtország 1, ,5 Magyarország 10, Lettország 2, Litvánia 3, Lengyelország 38, Románia 22, Szlovákia 5, Szlovénia 2, Ciprus 0, Málta 0, ,5 Összesen 128,9 átlag Forrás: AJI-EUROPE, CIPAD (Council of International Plastics Association Directors), Petrolkémiai ipar adatai, Kereskedelmi adatok, Nemzeti Műanyagipari Szövetségek

10 Harmadik példaként említésre méltó szintén egy német cég megoldása a műanyagok szekunder újrafeldolgozására. A hulladékot nem tisztítják, csak aprítják. Az idegen anyagok, homok, papír, fa-, fémtörmelék, a töltőanyag szerepét betöltve a műanyaggal együtt kerülnek feldolgozásra speciális extrúderben. Az eljárással vastag falú termékeket állítanak elő, padokat, játszótéri elemeket stb., amelyeket korábban betonból, fémből vagy fából készítettek. Az extrúder kb. 300 kg hulladékot dolgoz fel óránként. A kelet-közép-európai országokban úrafeldolgozott műanyag hulladék mennyiségét mutatja a 7. táblázat. A régióban újrafeldolgozott műanyaghulladék összes mennyisége 4260 ezer tonna. A Kelet-Közép-Európában újrafeldolgozott műanyagok fajtánkénti megoszlását mutatja be a 4. ábra. EPS 140 3% PET 300 7% egyéb 1) % PVC % PS 390 9% PP % HDPE % LDPE % 1) műszaki műanyagok, hőrekeményedő műanyagok EPS habosított polisztirol LDPE kis sűrűségű (elágazó szerkezetű) polietilén PET poli(etilen-tereftalát) HDPE nagy sűrűségű (lineáris) polietilén PP polipropilén PS polisztirol PVC poli(vinil-klorid) Forrás: AJI-EUROPE, AMI 4. ábra Az EU-hoz csatlakozó országokban 2002-ben újrafeldolgozott műanyagok fajtánkénti megoszlása Összesen: tonna

11 3. Energia előállítása műanyag hulladékból A nyersolajból előállított benzinfrakciók kb. 4%-át fordítják műanyagok előállítására. 17,8 tonna nyersolajból 3,74 tonna nyersbenzint állítanak elő desztillációval. Mivel mind az etilént, mind a motorbenzint nyersbenzinből állítják elő, nyersolajhiány esetében a műanyagok előállítása konkurenciát jelent a motorhajtó anyagokkal szemben. Ebből a megfontolásból kiindulva célszerűnek látszik a műanyag hulladék hasznosítása energia előállítására. Ily módon a nyersolaj kétszer hasznosul, először a műanyagok előállítására, másodszor a műanyag hulladékból energia előállítására. Ha összehasonlítjuk a különböző anyagok égéshőjét, világossá válik, hogy a műanyag hulladék jelentős energiaforrást képvisel (8. táblázat). Különböző anyagok égéshője 8. táblázat Anyag Égéshő(kJ/kg) Anyag Égéshő(kJ/kg) Polisztirol Barnaszén brikett Polietilén Bőr Polipropilén Poli(vinil-klorid) Fűtőolaj Papír Zsírok Fa Földgáz Háztartási hulladék Kőszén A hulladékégetőkben a hulladékkal együtt elégetett mintegy 200 ezer tonna műanyag hulladék annyi energiát ad, mint 165 ezer tonna fűtőolaj. A műanyagok elégetése a háztartási hulladékkal együtt nem okoz nehézséget, az energia előállítására való újrahasznosítás tehát megvalósítható. Ha a háztartási hulladék fűtőértéke növekszik, ez a hulladékártalmatlanítás mellett a primer energiahordozókkal való takarékosságot is jelenti. Ezenkívül egy másik probléma is megoldható, nevezetesen a szennyvíztisztító berendezésekben keletkező iszap elégetése. Az égetéssel járó probléma az égéstermékek tisztítása, a PVC égetésével együttjáró sósavgáz és a dioxinok megkötése óta valamennyi hulladékégetőt fel kell szerelni az égéstermékek tisztítására szolgáló un. gázmosó berendezéssel.

12 9. táblázat Az EU-hoz csatlakozó országok energiahasznosítása a települési szilárd hulladék elégetésével 2002-ben (1000 tonna/év) Ország Összes települési szilárd hulladék Az összes települési szilárd hulladék energia előállítására fordított része Elégetett, energia előállítására nem használt települési szilárd hulladék 1000 tonna 1000 tonna % 1000 tonna Bulgária Csehország Észtország n.a. 0 0 Magyarország Lettország Litvánia Lengyelország Románia Szlovákia Szlovénia Ciprus n.a. 0 0 Málta n.a. 0 0 Összesen Forrás: AJI-EUROPE, PHARE Tanulmányok, OECD Kompendium, Hulladékhasznosítással foglalkozó szervezetek A 9. táblázat és az 5. ábra bemutatja, hogy a kelet-közép-európai országok a települési szilárd hulladék hány százalékát hasznosítják energia előállítására. 4. Nyersanyag előállítása A helyes életciklus a műanyag hulladék teljes lebontása, majd a keletkezett gáznemű termék, ill. nyersolaj hasznosítása. A lebontás termékeiből újra előállíthatók szintézis alapanyagok, amelyekből műanyagok is gyárthatók.

13 Málta Ciprus Szlovénia Szlovákia Románia Lengyelország Litvánia Lettország Magyarország Észtország Csehország Bulgária % 5. ábra A települési szilárd hulladék energia előállítására fordított része az EU-hoz csatlakozó országokban 2002-ben A lebontás a műanyag hulladék fajtájától függően történhet szolvolízissel (pl. hidrolízis) vagy pirolízissel. A poliamidok, poliészterek, poliuretánok lebontására legtöbb esetben a hidrolízist alkalmazzák, amely nagy nyomáson vízgőzzel történik. Így tüntethetők el a használt nylonharisnyák, PET palackok, poliuretánhabból készült autóülések, fejtámlák és számos feleslegessé vált hulladék. A poliuretánalapú műanyagok 90 %-át hab formájában használják. Egy tonna hab kb. 35 m 3 térfogatú. A világ éves PUR-hab termelése több, mint 1 millió tonna, ez több, mint 35 millió m 3. Ez a mennyiség nehezen képzelhető el. Ha ebből a PUR-hab mennyiségből egy 1 m széles és 1 m vastag szalagot készítenének, az körülérné az Egyenlítőt, amely km hosszú. A többi műanyag hulladék (polietilén, polipropilén) lebontása pirolízissel történik (6. ábra). Pirolízis során a műanyag hulladékot levegő kizárásával C hőmérsékleten hőkezelik. Az eredmény nem égés, hanem lebomlás alkotóelemekre, amely petrolkémiai nyersanyag. A pirolízis során kelet-

14 kezik nagy tisztaságú fűtőgáz, amelyet a földgázhoz keverve fűtés céljára hasznosítanak. műanyag hulladék pirolízis nyersgáz pirolízisgáz koromleválasztó vízhűtő levegő korom könnyűbenzin homok fűtőgáz könnyűbenzin olaj, kátrány desztilláló kolonna reaktor hővisszavezetés 1/3 visszavezetett pirolízisgáz + 2/3 fűtőgáz 6. ábra Pirolizáló berendezés A főtermék a pirolízisolaj, amely petrolkémiai nyersanyagként hasznosítható. Ez a környezetkímélő technológia laboratóriumi szinten megvalósult a Hamburgi Egyetemen. Egy polietilén (PE) : polipropilén (PP) : polisztirol (PS) 3:1:1 arányú keverékből % gáz (metán, etán, etilén, propilén) és 50 % folyékony anyag állítható elő, amely könnyűbenzin és kőszénkátrány keveréke. A pirolízistermékekből az alábbi szintézis alapanyagok állíthatók elő: 37 % etilén, abból polietilén 19 % propilén, abból polipropilén 12 % metán, ez városi gázban hasznosítható 7 % butadién, ebből kaucsuk 7 % benzol, ebből különböző műanyagok, pl. polisztirol 18 % egyéb szintézis-alapanyag A 10. táblázat bemutatja a nyersanyag előállítására lebontott műanyag hulladék mennyiségét a kelet-közép-európai országokban, valamint Máltán és Cipruson.

15 10. táblázat Nyersanyag céljára lebontott csomagolási műanyag hulladék az EU-hoz csatlakozó országokban 2002-ben (1000 tonna/év) Csomagolási műanyag hulladék Háztartási Ipari és kereskedelmi Nyersanyag céljára hasznosított Háztartási Ipari és kereskedelmi E tonna E tonna % E tonna % E tonna Bulgária Csehország Észtország 2 n.a. n.a. 0 Magyarország n.a. Lettország n.a. 0 Litvánia n.a. 0 Lengyelország Románia Szlovákia Szlovénia n.a. 0 Ciprus n.a. n.a. 0 Málta n.a. n.a. 0 Összesen >5 52 >15 46 Forrás: AJI-EUROPE, PHARE Projektek, Európai Bizottság, OECD Kompendium. Az ipari és kereskedelmi hulladékra vonatkozón adatok csak Csehországra és Lengyelországra érvényesek. A többi országra csak becsült értékek szerepelnek. A műanyagok újrahasznosításának megszervezése Ahhoz, hogy a műanyagok újrahasznosíthatók legyenek, az alábbiakat kell megvalósítani: A műanyagok dúsítása a hulladékban Ez kétféle módon történhet, egyrészt válogató berendezések létesítésével, amelyek lehetővé teszik a műanyagok kiválogatását a hulladékból és szétválasztásukat, másrészt a műanyag hulladék külön gyűjtésével, a szelektív hulladékgyűjtéssel. A keletkező hulladék tudatos csökkentésével A környezetben lebomló műanyagok kifejlesztésével

16 Ha szeretnénk megóvni környezetünket magunk és a jövő nemzedéke számára, ebbe az irányba kell haladnunk. Köszönetnyilvánítás Szerző köszönetet mond a Magyarországi Műanyagipari Egyesülésnek az EU-hoz csatlakozó országokra vonatkozó adatokért, az NKFP 043/2001, a T025589, a T és a DAK 3/00 pályázatok anyagi támogatásáért, amelyek lehetővé tették a BME Műanyag és Gumiipari Tanszékén a környezetben lebomló polimerek kutatását. Röviden Az újrahasznosítás késleltette a szemétáradatot, amely a világ lerakóhelyeit fenyegette, de a veszély nem múlt el Az amerikaiak naponta és személyenként 4,4 font (1 font = 0,45 kg) szemetet termelnek, kétszer annyit, mint egy generációval korábban júniusában New-York város abbahagyta az üveg, műanyag és italos dobozok 14 évig folytatott újrafeldolgozását, mert a város vezetői az eljárást nem találták költséghatékonynak. Így az újrafeldolgozás az eddigi 21%-ról 10%-ra csökkent, és a szeméttelepekre naponta 1200 tonnával több szemét került. Ugyanakkor Seattle város a szilárd állagú szemetének kb. felét újrafeldolgozza. Az EPA becslése szerint az USA szeméttelepeinek 70%-a 2025-ig megtelik. Londonban és környékén a szeméttelepek 2012-ig megtelnek. A háztartási szemét elhelyezésére szolgáló lerakók 2007-ig megtelnek. Más országokban a szemét összegyűjtése a fő probléma. Brazília naponta tonna szemetet termel, de ennek csak 70%-a kerül a szeméttelepekre. A fennmaradó mennyiség a városi utcákra kerül, itt hozzájárul a betegségek terjedéséhez. Az újrafeldolgozás és a szemétégető erőművek életképes alternatívát jelentenek a szemétlerakással szemben. Az Egyesült Államokban több mint 2200 szemétlerakó van. Ugyanakkor Európában, ahol az újrafeldolgozás és az energiatakarékosság elterjedtebb, csak 175 szemétlerakó van. Következmények A szemétözön megakadályozása érdekében új szabályozás, újrafeldolgozás, szemetet hasznosító erőművek szükségesek. Az Egyesült Államokon belül várhatóan Kalifornia államé lesz a kezdeményező szerep. A meglévő törvények szigorodni fognak, a szemétlerakás díjai pedig emelkednek Pennsylvaniában, Dél-Karolinában, Louisianaban és más helyeken, amelyek a nagy szeméttermelők befogadói. (The Futurist, 39. k. 2. sz p )