Ekspertyza w sprawie zastosowania polimerów do produkcji opakowań
Prezentujemy sporządzoną przez prof. Marię Muchę z Wydziału Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska Politechniki Łódzkiej ekspertyzę w sprawie zastosowania polimerów do produkcji opakowań. Jest to ważny głos w sprawie coraz głośniejszych pomysłów związanych z zakazem używania foliowych torebek. Prof. Mucha przekonuje w swojej ekspertyzie, że przymus wycofywania foliowych torebek z użycia i zastępowanie ich biodegradowalnymi opakowaniami to rozwiązanie, które - pomimo medialnego zainteresowania i akceptacji ze strony dużej części prawodawców - nie przyniesie środowisku naturalnemu spodziewanych korzyści, a co więcej będzie mieć więcej wad niż zalet.
Prof. Maria Mucha
Ekspertyza w sprawie zastosowania polimerów do produkcji opakowań
Światowy rozwój produkcji poliolefin (polietylenu i polipropylenu) jest związany z dwoma ważnymi czynnikami:
- Polimery te przy stosunkowo niskim koszcie wytwarzania wykazują szereg cennych właściwości użytkowych i są akceptowalne z punktu widzenia ochrony środowiska (czyste ekologicznie).
- Ponieważ cząsteczki polietylenu (oraz polipropylenu) zbudowane są jedynie z atomów węgla i wodoru (łańcuchy liniowe) także produkty ich rozkładu i spalania są czyste ekologicznie. Spalanie prowadzi do powstawania wyłącznie dwutlenku węgla i wody.
Ukazujące się sporadycznie w prasie doniesienia o trujących wyziewach z rozkładu torebek foliowych w postaci trujących gazów takich jak np. siarkowodór świadczy o braku podstawowej wiedzy w tym zakresie. By w czasie rozkładu wydzielał się siarkowodór lub amoniak, w strukturze polimeru winny się znajdować takie atomy jak siarka lub azot, a te pierwiastki nie występują w strukturze polietylenu. W przypadku pirolizy w około 400 st. C (bez dostępu tlenu) mogą powstawać proste związki organiczne takie jak metan czy etylen.
Wzrastający rozwój uprzemysłowienia oraz dochodu ludności wiąże się z użyciem coraz większej ilości materiałów także opakowaniowych oraz potrzebą zaopatrzenia w coraz większą ilość energii. Prowadzi to do wzrostu ilości odpadów, w których znajdują się również odpady z plastików.
Począwszy od 1970 roku prowadzi się na świecie intensywne badania (szczególnie w krajach wysoko uprzemysłowionych) nad wykorzystaniem odpadów jako dodatkowego źródła surowców chemicznych i energetycznych. Zmniejszające się zasoby surowców petrochemicznych do produkcji polimerów (średnio 4 proc. surowców petrochemicznych kierowane jest do produkcji polimerów: tworzyw sztucznych i włókien, w USA ok. 10 proc.) zmuszają do racjonalnego gospodarowania m. in. poprzez utylizację polimerów odpadowych, przemysłowych oraz poużytkowych.
Z drugiej strony wzrastające zanieczyszczenie środowiska naturalnego odpadami z tworzyw sztucznych (które stanowią ok. 7 - 10 proc. masowych wszystkich odpadów) budzi zaniepokojenie ekologów oraz społeczeństwa. Próba zwrócenia uwagi społeczeństwa na problem odpadów z torebek foliowych przez Radę Miejską Łodzi można by uznać za pozytywną jedynie wtedy, gdyby tego typu podejmowane decyzje (o ograniczeniu stosowania w sklepach torebek foliowych) były poprzedzone następującymi działaniami:
- dyskusja z naukowcami pracującymi w dziedzinie polimerów,
- uruchomienie zbiórki odpadów torebek z toreb foliowych (być może poprzez odpłatną zbiórkę. Nawet gdyby cena recyklatu była nieco wyższa od ceny surowca oryginalnego, to ze względu na ochronę środowiska podjęcie takiego rozwiązania staje się korzystne,
- wyegzekwowanie segregacji odpadów "plastikowych" przez społeczeństwo - odpady foliowe po segregacji są atrakcyjne rynkowo,
- dyskusja w tej sprawie ze społeczeństwem (radio i telewizja) - uświadomienie nie tylko ekologiczne, ale i merytoryczne,
- dyskusja z producentami i handlowcami o ewentualnych innych możliwościach w dziedzinie opakowań.
Problem utylizacji odpadów polimerowych wynika głównie z konieczności ich segregacji. Plastiki należy rozdzielać także według ich rodzajów (są oznakowane). Problem recyklingu materiałów odpadowych jest ważny i regulowany ustaleniami w Ustawach o odpadach i opakowaniach oraz dyrektywami Unii Europejskiej.
Recykling torebek foliowych nie jest specjalnie skomplikowany. Torebki sprasowane w warunkach gospodarstwa domowego mogą być np. składowane w pobliżu sklepów wielkopowierzchniowych, (np. w Holandii 80 proc. torebek foliowych poddawana jest recyklingowi). Następnie zabierane przez odpowiednią firmę mogą być powtórnie przetworzone aż do granulatu (poprzez etapy takie jak rozdrabnianie, mycie, suszenie, prasowanie, wytłaczanie i rozdrabnianie - granulat).
Powstały granulat jest tylko nieco gorszy jakościowo od nowego produktu i może być stosowany do wyrobu wielu produktów z polietylenu, także torebek foliowych. Może być dodawany do nowego materiału w ilości nawet do 40 proc. bez pogorszenia właściwości. Wielokrotne termiczne przetwarzanie wpływa na pewne pogorszenie właściwości użytkowych (wytrzymałość) w wyniku procesów degradacji i usieciowania, którym może ulec polietylen. Wtedy nadaje się on do spalania.
Należy podkreślić, że odpady z polietylenu są cennym źródłem surowców chemicznych (woski, paliwo, oleje) i opałowych (recykling termiczny). Wartość opałowa polietylenu jest równa 46 MJ / kg i przewyższa wartość opałową oleju opałowego, która wynosi 44 MJ / kg. Dla porównania wartość opałowa papieru wynosi tylko 16 MJ / kg.
Uwagi dotyczące polimerów biodegradowalnych
Obecnie jedynym całkowicie degradowanym polimerem na rynku jest właśnie polikwas mlekowy (PLA) produkowany przez firmę amerykańską firmę Cargill Dow (rynek rolniczy). PLA otrzymuje się przez fermentację cukru otrzymanego z kukurydzy lub innych roślin, prowadzącą do powstania kwasu mlekowego, a następnie zachodzi proces jego polimeryzacji do polikwasu mlekowego. Na pierwszy rzut oka nowatorskie przedsięwzięcie wytwarzania biodegradowalnych polimerów z roślin wydawało się panaceum na wzrastający popyt na tworzywa sztuczne, ponieważ te produkowane z roślin byłyby podwójnie "zielone" (ekologiczne).
Wytwarzane ze źródeł odnawialnych, po zużycie ulegałyby rozkładowi na składowiskach odpadów. Niestety wyniki ostatnich lat wskazują na pewne wątpliwości. Po pierwsze biodegradacja posiada ukryte koszty: biologiczny rozkład polimeru biodegradowalnego powoduje emisję dwutlenku węgla i metanu (gazów cieplarnianych), a ograniczenie efektu cieplarnianego stało się obecnie ważnym celem międzynarodowych działań.
Po drugie energia pozyskiwana z paliw kopalnych jest ciągle potrzebna do przetworzenia polimerów z roślin, a niezbędny nakład energetyczny jest większy niż przypuszczano np. do wytworzenia 1 kg PHA (polihydroksykwas masłowy) potrzeba 81 MJ energii, do wytworzenia PLA 56 MJ. Natomiast do wytworzenia 1 kg polietylenu potrzeba 29 MJ energii. 1 kg polietylenu otrzymuje się z 2.2 kg ropy naftowej, przy czym połowa tej masy jest zachowana w końcowym produkcie (można tę energię odzyskać np. w procesie spalania).
Należy dodać, że etylen - monomer stosowany do produkcji polietylenu jest produktem powstającym w trakcie rafinacji ropy naftowej, w procesie produkcji paliwa. Według różnych źródeł branżowych tylko ok. 2 proc. europejskiego, a 4 proc. światowego zużycia ropy naftowej związane jest z produkcją wszystkich tworzyw sztucznych. Dopóki więc produkowane będą paliwa ropopochodne można będzie bez szkody dla środowiska korzystać z wygody zastosowania tworzyw sztucznych w różnych gałęziach gospodarki.
Już wiele lat temu próbowano poprawić właściwości biodegradowalne polietylenu przez dodawanie preparatów skrobiowych (patenty włoskie). Ostatnio weszły na rynek (patenty kanadyjskie) biodegradowalne dodatki do polimerów np. TDPA (totally degradable plastic additives).
Moim zdaniem w obu przypadkach polimer z dodatkami jest w dalszym ciągu niebiodegradowalny, gdyż na początku procesu rozkłada się dodatek (wrażliwy na działanie światła, tlenu, mikroorganizmów czy ich enzymów), a polimer zostaje rozproszony w środowisku (pył), który może być dla niego niebezpieczny z punktu widzenia zalegania na powierzchniach wód. Być może, że nowy preparat TDPA, który zawiera także katalizatory utleniania może przyspieszać degradację utleniającą polietylenu. Jednakże ostatnie wyniki, co do tej kwestii nie są jeszcze rozstrzygnięte.
Druga sprawa, że dodatki mogą spowodować trudności w recyklingu, gdyż podczas powtórnego przetwórstwa w podwyższonej temperaturze polimer może ulegać przyspieszonej degradacji. W Stanach Zjednoczonych dodaje się skrobię do polietylenu w celu zaoszczędzenia surowców petrochemicznych, ale odpady poużytkowe są i tak następnie spalane.
Pragnę dodać, że w przypadku wprowadzenia biodegradowalnych opakowań należy mieć świadomość o niepewności składu materiału, a co za tym idzie możliwych zagrożeniach. Chyba, że surowiec do produkcji opakowań będzie dobrze opisany, a jego nietoksyczność w środowisku w procesie użytkowania i utylizacji będzie oficjalnie (naukowo) potwierdzona (otrzymają atest stosowalności).
Uwagi dotyczące wprowadzenia toreb papierowych
Wytworzenie papieru do produkcji toreb (papier produkuje się z celulozy, najczęściej z drewna) to duże obciążenie dla środowiska. Tak zwane koszty ekologiczne wskazują, że na wyprodukowanie takiej samej ilości toreb z papieru i z polietylenu potrzeba półtora razy więcej energii, ilość ścieków jest wielokrotnie wyższa, ilość gazów np. CO jest czterokrotnie większa.
Propozycje ekologicznych rozwiązań:
- Wprowadzenie nowych przepisów obciążających producentów polietylenu oraz jego przetwórców, handlowców i użytkowników odpowiedzialnością za jego utylizację w udziale odzysku wyższym niż obecnie (np. do 45 proc.), opłaty opakowaniowe powinny być przeznaczone na zbiórkę, segregację i odzysk produktów polimerowych.
- Rozwój selektywnej zbiórki i segregacji odpadów oraz recyklingu polietylenu (nowe miejsca pracy). Należy rozwijać współpracę na linii zbiórka - recykling.
- Sprawdzić zgodność rzeczywistego recyklingu z obowiązującym prawem (do tej pory wymagane jest recyklowanie jedynie 22 proc. odpadów z plastików, gdy tymczasem 45 proc. z papieru),
- Przed wprowadzeniem biodegradowalnych opakowań z polimerów potwierdzić ich nietoksyczność dla opakowanego produktu oraz nietoksyczność produktów rozkładu w środowisku (gazy cieplarniane).
Przy ekologicznym uświadomieniu społeczeństwa wraz z organizacją rozwiniętego systemu zbiórki i segregacji odpadów foliowych w celu ich wtórnego przetworzenia, problem torebek foliowych nie będzie istniał. Pozostaną one najbardziej wygodnym i ekologicznym rodzajem opakowania, także produktów spożywczych (posiadają atest stosowalności).
Wydaje się dziwne, że inicjatywa łódzkich samorządowców, dążąca do zmiany w ustawie o opakowaniach i odpadach opakowaniowych w zakresie zakazu używania w handlu darmowych torebek foliowych, które nie ulegają biodegradacji nie jest poprzedzona, o ile mi wiadomo, żadną dyskusją merytoryczną z ekspertami.
Literatura uzupełniająca:
Mucha M., Polimery a ekologia, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź 2002
