Centrum Tworzyw Sztucznych SKZ wspólnie z partnerami przemysłowymi prowadzi prace nad opracowaniem ciągłego procesu recyklingu odpadów elastomerów silikonowych. W ramach projektu silikony są depolimeryzowane do poziomu monomerów w wytłaczarce z walcami planetarnymi, a następnie mogą być ponownie wykorzystane do syntezy nowych silikonów. Pozwala to uniknąć energochłonnego wytwarzania monomerów pierwotnych i przyczynia się do poprawy efektywności wykorzystania zasobów.
Punktem odniesienia dla projektu są założenia Europejskiego Zielonego Ładu ogłoszonego w 2019 r., w ramach którego Unia Europejska dąży do osiągnięcia neutralności klimatycznej do 2050 r. Jednym z kluczowych obszarów realizacji celów środowiskowych jest przejście w kierunku gospodarki o obiegu zamkniętym, w której oszczędność zasobów poprzez recykling odgrywa istotną rolę. W przypadku silikonów znaczenie ma zarówno ograniczenie zużycia energii, jak i redukcja emisji CO2 związanych z produkcją surowców do syntezy monomerów.
Energochłonna produkcja silikonów a potrzeba obiegu zamkniętego
Produkcja silikonów jest procesem wysoce energochłonnym i generuje chemicznie nieuniknione emisje CO2. Wytwarzanie krzemu metalurgicznego, wykorzystywanego następnie do syntezy monomerów silikonowych, odpowiada za około 66% powstających gazów cieplarnianych związanych z tym łańcuchem wytwarzania. Jednocześnie silikony, ze względu na swoje właściwości, są materiałami kluczowymi dla szeregu zastosowań w sektorach o znaczeniu strategicznym.
Silikony charakteryzują się wysoką biokompatybilnością, odpornością temperaturową, chemiczną oraz na warunki atmosferyczne. Z tego powodu odgrywają ważną rolę w zastosowaniach w medycynie, technice energetycznej, przemyśle motoryzacyjnym oraz elektrycznym. SKZ wraz z partnerami przemysłowymi poszukuje rozwiązań, które umożliwią recykling tej grupy materiałów bez utraty ich kluczowych parametrów użytkowych.
Wyzwania recyklingu sieciowanych elastomerów silikonowych
Silikony należą do materiałów usieciowanych. Chemiczne sieciowanie jest podstawą ich wysokiej odporności i wielu korzystnych właściwości eksploatacyjnych, jednocześnie jednak znacząco utrudnia recykling. W odróżnieniu od typowych termoplastów, ponowne przetwarzanie materiałów sieciowanych wymaga rozbicia wiązań chemicznych tworzących sieć, co stawia wysokie wymagania wobec doboru warunków procesu oraz konstrukcji linii technologicznej.
W projekcie realizowanym przez SKZ kluczowe jest połączenie aspektów chemicznych depolimeryzacji z możliwościami ciągłego prowadzenia procesu w skali technicznej. Wymaga to odpowiedniej konfiguracji wytłaczarki z walcami planetarnymi, doboru parametrów pracy oraz opracowania sposobu kontroli przebiegu reakcji depolimeryzacji tak, aby uzyskane monomery nadawały się bezpośrednio do dalszej syntezy silikonów.
Jak podkreśla Dominik Uhl, naukowiec z działu materiałów sieciowanych w SKZ - Innym ważnym aspektem tego projektu dla nas jest opracowanie procesu ciągłego, który może być również ekonomicznie wdrożony w skali przemysłowej. Wypowiedź ta odzwierciedla jedno z głównych założeń projektu, którym jest od początku projektowanie rozwiązania z myślą o technicznej i ekonomicznej wykonalności w warunkach przemysłowych.
Depolimeryzacja w wytłaczarce planetarnej i odzysk monomerów
Celem nowego projektu badawczego jest opracowanie ciągłego procesu depolimeryzacji odpadów silikonowych w wytłaczarce z walcami planetarnymi. Taki proces nie jest obecnie dostępny w skali technicznej i ma zostać po raz pierwszy zrealizowany w warunkach laboratoryjnych w SKZ. W wyniku depolimeryzacji planuje się odzysk monomerów, które będą nadawały się do bezpośredniego przetwarzania i wykorzystania do syntezy nowych silikonów.
Zastosowanie takiego podejścia mogłoby ograniczyć zapotrzebowanie na nowy materiał i surowce pierwotne do produkcji monomerów, a tym samym zmniejszyć energochłonność całego łańcucha wytwarzania silikonów. Rozwój ciągłego procesu depolimeryzacji stanowi pierwszy krok w kierunku znaczących oszczędności energii w produkcji silikonów oraz budowy obiegu zamkniętego dla tej klasy materiałów.
Partnerzy projektu i finansowanie badań
Projekt recyklingu elastomerów silikonowych poprzez depolimeryzację w wytłaczarce planetarnej został oficjalnie zainicjowany. SKZ realizuje go we współpracy z firmami Entex Rust & Mitschke GmbH, Mercodor GmbH Sondermaschinenbau KG oraz Wacker Chemie AG. W ramach przedsięwzięcia łączone są kompetencje partnerów w obszarze produkcji i chemii silikonów, rozdrabniania materiałów, projektowania procesów chemicznych oraz przetwórstwa w wytłaczarkach z walcami planetarnymi.
Projekt jest finansowany w ramach 8. programu badań energetycznych rządu Niemiec w okresie od 1 sierpnia 2025 r. do 31 lipca 2028 r. W tym czasie planuje się opracowanie i weryfikację koncepcji ciągłego procesu depolimeryzacji, który w dalszej perspektywie może stać się podstawą do rozwiązań przemysłowych zwiększających efektywność zasobową i energetyczną w łańcuchu wartości silikonów.
