Что такое полимерные отходы и как с ними правильно обращаться?

Полимерные отходы — это то, что в обиходе мы привыкли называть пластиковым мусором. Он повсюду: в упаковке, посуде, бытовых предметах, строительных материалах и даже в одежде. Сломанная игрушка, использованная пластиковая бутылка, старая автомобильная шина — все это полимерные отходы.

С каждым годом объемы такого мусора растут. Пластик долго разлагается и при попадании в окружающую среду загрязняет почву, реки и океаны, нанося вред животным и человеку. По итогам 2024 года в рамках федерального проекта «Чистая страна» в регионах России устранили 185 нелегальных свалок, в том числе с полимерными отходами.

На самом деле использованные полимеры — это ценный ресурс, сырье для новых изделий, а не отходы. Научные центры «СИБУР ПолиЛаб» проводят исследования и внедряют проекты по снижению воздействия пластика на окружающую среду. В задачи ПолиЛаба входит разработка и тестирование прогрессивных технических решений, в том числе дизайн продукции с вовлечением вторичного сырья.

Разберемся, откуда берется использованный пластик и что с ним делать.

Категории полимерных отходов

Существует множество классификаций полимерных отходов, разберем основные из них.

В зависимости от источника образования:

• Пост-индустриальный отход (PIR) — чистый полимер, брак производства. Возникает при синтезе и переработке полимеров. Если материал однороден, то переработанная из него гранула близка по свойствам к первичной.
• Отход с КПО — городской сбор или потребительские отходы (PCR). Отходы с сортировок регоператоров или заготовителей. Грязные отходы, которые нужно мыть, сушить и дегазировать при переработке в гранулу.
• Смешанная фракция (несортируемая) — хвосты переработки, отходы ванн флотации, сбросы линий сортировки, загрязненные неоднородные миксы полимеров.

По составу и виду полимеров:

• Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) — бутылки для напитков, пищевые контейнеры;
• Полиэтилен высокой (ПНД) и низкой плотности (ПВД) — пакеты, пленки, хозяйственные изделия;
• Поливинилхлорид (ПВХ) — трубы, кабельная изоляция, упаковка;
• Полипропилен (ПП) — упаковка, автозапчасти, игрушки;
• Полистирол (ПС) — одноразовая посуда, упаковка, изоляционные материалы;
• Прочие виды пластика, включая композитные материалы и многокомпонентные полимерные системы.

По возможности возврата в производство.

Теоретически все виды полимеров можно перерабатывать. Но на практике получение вторичного сырья может быть затруднено из-за различных факторов. Основные ограничения связаны с технологиями переработки, возможностью качественной сортировки и извлечения чистой фракции полимеров. Помимо этого, возврат в производство может иметь высокую стоимость. Также усложняют процесс особенности материалов, например, наличие добавок, не позволяющих повторно перерабатывать изделие.

По возможности возврата в производство отходы делятся на несколько категорий:

• Перерабатываемые отходы. Поддаются переработке во вторичное сырье с помощью существующих технологий. Например, ПЭТФ-бутылки.
• Частично перерабатываемые отходы. Перерабатываются не полностью или требуют специальных условий: тщательной сортировки, особой очистки, применения технологии химического рециклинга. Такие отходы содержат сложные материалы или загрязнения, которые затрудняют их полное возвращение в производство. Например, оконные рамы из ПВХ.
• Неперерабатываемые отходы. Эти полимеры либо технически сложно, либо экономически невыгодно перерабатывать на текущем уровне развития технологий. Это может быть связано со сложной химической структурой, наличием добавок, загрязнением другими материалами или отсутствием эффективной инфраструктуры для их переработки. Например, декоративные автомобильные детали из композитов на основе ПБТ (полибутелентерефталата).

Задача современной промышленности заключается в развитии и внедрении технологий для эффективной переработки всех видов полимеров. 

Зачем перерабатывать полимерные отходы?

Переработка полимерных отходов напрямую соответствует принципам ЭЗЦ, которым следуют современные компании. Они включают экологическую ответственность (Environmental), социальную сферу (Social) и эффективное управление (Governance). ESG-принципы помогают компаниям учитывать свое влияние на природу, общество и бизнес-процессы. Такой подход важен для стабильного роста и привлечения инвестиций.

Экологические факторы

Переработка пластика сокращает размеры свалок и уменьшает выбросы парниковых газов. Помимо этого, переработка полимеров способствует экономии нефтепродуктов и снижению нагрузки на окружающую среду. 

Социальная сфера

Сокращение потребления пластика и сортировка мусора ведет к снижению количества отходов. Тем самым улучшается качество жизни и здоровье людей. Кроме того, развитие инфраструктуры дает импульс к появлению новых рабочих мест.

Корпоративное управление

Переработка отходов является важным показателем в отчетах по устойчивому развитию компаний. Организации, внедряющие эффективные системы переработки, демонстрируют ответственность перед обществом и природой и улучшают свой имидж у инвесторов, ориентированных на экологически и социально ответственные проекты. Кроме того, внедрение переработки отходов помогает компаниям соблюдать экологические нормы и требования законодательства, снижая риски штрафов и репутационных потерь.

Методы переработки полимерных отходов

Рециклинг полимерных отходов — это процесс переработки пластиковых материалов, которые являются отходами общественного или производственного потребления. В результате получают вторичное сырье для изготовления новых изделий. Существует несколько основных способов рециклинга, каждый из которых имеет преимущества и ограничения.

Механическая переработка

Механический рециклинг включает несколько этапов:

• Сбор и сортировку — разделение отходов по видам пластика;
• Очистку и мойку — удаление остатков содержимого, этикеток и поверхностных загрязнений;
• Дробление — превращение в мелкие фрагменты;
• Гранулирование — получение гранул вторичного сырья для производства новых изделий.

Метод подходит для чистых и однородных отходов, например, бутылок из ПЭТФ или пленок из полиэтилена. Чистые отходы — это материалы, которые не содержат посторонних примесей, загрязнений или смешанных полимеров. Их легко сортировать и просто очищать. Загрязненные отходы содержат грязь, масла, клеи, бумажные этикетки и другие примеси. Смешанные и загрязненные отходы переработать сложнее, потому что их неоднородный состав снижает качество вторичного сырья и увеличивает затраты на подготовку. 

Химическая переработка

К способам химического преобразования относятся следующие варианты конверсии:

• Гидролиз — расщепление водными растворами кислот, щелочей или ферментов при повышенных температурах и давлении. В результате получают компоненты для повторного синтеза полимеров;
• Гликолиз — разложение с использованием гликолей при температурах выше 210–250 °C;
• Метанолиз — распад полимерных соединений до мономеров под действием метилового спирта при температуре выше 150 °C. Конечные продукты используют для получения новых полимеров;
• Сольволиз — рециклинг термореактивных пластиков с использованием растворителей при повышенных температурах и давлениях. В зависимости от выбранного растворителя и условий получают составляющие для повторного использования;
• Термический пиролиз — термическое разложение при 400–800 °C без доступа кислорода с получением топлива и сырья;
• Сжигание — окисление полимерных отходов при высокой температуре с выделением тепловой энергии и образованием золы и дымовых газов;
• Газификация — превращение в синтез-газ под воздействием температуры 700–1500 °C;
• Каталитический пиролиз — термическое разложение с обязательным присутствием катализаторов.

Полимерные отходы с комплексным составом, загрязненные, смешанные или состоящие из термореактивных полимеров требуют химического рециклинга для получения вторичного сырья. Механический способ для них либо невозможен, либо экономически нецелесообразен.

Биологические и альтернативные методы

Биологические и альтернативные методы применимы чаще всего к биоразлагаемым полимерам и полимерам, полученным из природного сырья.

Биодеградация

• Использование бактерий, грибов и ферментов для разложения биоразлагаемых полимеров в аэробных условиях на воду, углекислый газ и биомассу. Например, стаканчики для йогурта из полилактида (PLA). Также применяют специфические ферменты для расщепления полимеров до мономеров, которые используют повторно. Например, специальные ферменты — ПЭТ-гидролаза и ее улучшенный вариант FAST-PETase — способны быстро расщеплять ПЭТФ-бутылки;
• Применение компостных установок для получения органических удобрений или биогаза. Например, пакеты из крахмалосодержащих полимеров.

Альтернативные методы

• Разложение на мелкие фрагменты под действием ультрафиолетового излучения. Например, ультрафиолет инициирует деградацию сельскохозяйственных мульчирующих пленок из полибутилентерефталата (PBAT);
• Окисление под действием света, тепла и кислорода в присутствии солей металлов для дальнейшей биодеградации. Например, одноразовая пластиковая посуда из полиэтилена или полипропилена с оксо-биоразлагаемыми добавками;
• Растворение в воде и последующая биопереработка. Например, упаковка таблеток для стирки из поливинилового спирта (PVA);
• Анаэробное сбраживание в бескислородной среде вместе с другими органическими отходами для получения биогаза и удобрений. Например, пакеты из полигидроксиалканоатов (PHA).

Взаимосвязь видов полимеров и способов рециклинга

На каждом пластиковом изделии, будь то упаковка, бытовой предмет или техническая деталь, обязательно присутствует маркировка — специальный знак в виде треугольника из стрелок с цифрой внутри. Эта цифра обозначает код рециклинга и указывает на тип полимера, из которого изготовлено изделие. Рядом с кодом часто размещается буквенное обозначение материала, например, PET или HDPE.

Маркировка не дает прямого указания на способ утилизации, но помогает сортировать отходы и направлять их на соответствующий метод переработки.

Эксперты Сибур ПолиЛаб разрабатывают материалы с использованием вторичного сырья. По результатам 2024 года компанией Сибур в рамках собственных инвестиционных проектов и совместных инициатив с партнерами в переработку вовлечено 111 тыс. тонн полимерных отходов. ПолиЛаб разработал 80 марок вторичных компаундов на основе рыночного вторичного сырья и собственных отходов.

Заключение

Полимерные отходы — серьезный вызов для экологии и общества. Их правильный сбор, утилизация и переработка помогают сохранить природу, экономить ресурсы и создавать новые возможности для промышленности.

Сибур ПолиЛаб — первый российский научно-исследовательский центр, где разрабатывают и тестируют полимерную продукцию. Эксперты площадки развивают технологии вторичной переработки сырья и предлагают экологичные концепции в области использования полимеров. На базе центра создают новые продукты, произведенные по технологии замкнутого цикла.