2022-02-08
98
Факультет «Нефтегазохимии и полимерных материалов»
ДОКЛАД
на тему: «Экономика замкнутого цикла»
наименование темы или вариант задания
Выполнил (а) студент (ка) 2 курса, группы МП-24,
формы обучения очной
(очной, заочной)
Захарова Л.А
(Ф.И.О. студента)
Проверил преподаватель:
(ученая степень, должность, Ф.И.О.)
| Дата поступления работы на кафедру: | Оценка:
количество баллов (зачтено/не зачтено) подпись преподавателя |
| 202_г. | 202_ г. |
Москва 2021
Введение
В связи с бурным ростом производства и потребления полимерных материалов в мире и в России возникла экологическая проблема засорения окружающей среды, в том числе полимерными отходами. Вопросы обращения с полимерными отходами и возвращения их в новый цикл стали основанием для создания концепции экономики замкнутого цикла (ЭЗЦ), базирующейся на использовании замкнутых технологических циклов взамен линейных. Это позволило рассматривать отходы одного производственного процесса как ресурс для другого.
Экономика замкнутого цикла – инновационный подход к утилизации отходов пластмасс в современном мире.
Что такое экономика замкнутого цикла?
Экономика замкнутого цикла (также встречается термин «циркулярная экономика» от англ. circular economy; цикличная или циклическая экономика от англ. cyclic economy, closed-loop economy) – в общем смысле это экономика, основанная на возобновлении ресурсов, альтернатива традиционной линейной экономики (создание, пользование, захоронение отходов).
Рис.1 Экономика замкнутого цикла
На рис.2 показана схема циркулярной экономики, где в замкнутый цикл соединены процесс производства пластмасс и изделий из них, использование пластмассовой продукции в различных областях, сбор и сортировка вышедших из употребления изделий и материалов, переработка вторичного сырья и последующее повторное применение. 
Рис.2 Схема циркуляционной экономики
Характеристики
Экономика замкнутого цикла призвана изменить классическую линейную модель производства, концентрируясь на продуктах и услугах, которые минимизируют отходы и другие виды загрязнений.
Основные принципы экономики замкнутого цикла основаны на возобновлении ресурсов, переработке вторичного сырья, переходе от ископаемого топлива к использованию возобновляемых источников энергии.
Также данный тип экономики рассматривается как часть Четвёртой промышленной революции, в результате которой в целом повысится рациональность пользования ресурсами, в том числе природными, экономика станет более прозрачной, предсказуемой, а её развитие быстрым и системным.
Основная цель ЭЗЦ – формирование в отраслях производства и переработки пластмасс общего понимания между производителями полимерных материалов, его переработчиками и машиностроителями. Кроме того, в реализации ЭЗЦ активное участие принимают национальные правительства, муниципальная администрация, неправительственные организации, различные сообщества, в т.ч. снижение затрат на энергоресурсы и выбросов СО2.
Внедрение ЭЗЦ преследует следующие цели:
— полное использование полимерных отходов, образующихся после окончания сроков эксплуатации пластмассовых изделий в качестве вторичного сырья;
— обеспечение максимально возможного высокого качества вторичных пластмасс;
— разработка и использование наиболее эффективных методов производства вторичного сырья из изделий, бывших в употреблении;
— снижение материалоемкости изделий из пластмасс и обеспечение более простых методов рециклинга изделий, бывших в употреблении;
— снижение негативного влияния на экологию в процессе производства пласт-
масс, их переработки, эксплуатации пластмассовой продукции, ее вторичной переработки и повторного применения.
Выгода внедрения ЭЗЦ, которую она может принести стране в масштабах потребительского рынка, основана на преимуществах этой системы:
• регенерация полимеров и возврат их в новое производство;
• экономия ископаемых ресурсов (нефть, газ);
• улучшение экологической ситуации на планете.
Инновации во вторичной переработке полипропилена (ПП)
Массовое развитие механической переработки отходов для целого ряда квалифицированных областей применения требуется подтверждения качества, по крайней мере, близкого к первичному полипропилену.
Кроме того, часто для расширения использования этого вторичного сырья требуется поиск новых областей применения. В области химической рециркуляции фирма Sabic работает с британской компанией Plastic Energy по производству «Tacoil» в качестве основы для мономеров. Borealis сотрудничает с австрийской OMV, которая уже использует расширенную пилотную установку для своего процесса ReOil.
Многие потребители пластмасс в области упаковки ищут возможность замены традиционных полимеров на биоразлагаемые.
Инновации во вторичной переработке полистирола (ПС): химический рециклинг
Как и производители других видов полимеров, производители стирольных пластиков также создали свою ассоциацию. Ассоциация Styrenics Circular Solutions (SCS) была основана в середине 2017 года со штаб-квартирой в Брюсселе. Одной из целей компании является содействие рециклингу с помощью химической переработки отходов. Ассоциация демонстрирует свою ответственность за внедрение ЭЗЦ в отношении повторного использования
отходов в качестве нового сырья для пластмасс. Химический рециклинг - это
процесс, который обеспечивает качество рециклинга полимеров, которое нельзя достигнуть другими методами (рис. 3).
Рис.3 Различные процессы переработки
При химическом рециклинге пластиковых отходов полимерные макромолекулы деполимеризуются до мономеров (рис. 4).
Рис.4 Схема деполимеризации полистирола
Полистирол является наиболее известным примером массового пластика, который может быть переработан этим методом.
С целью повышения эффективности утилизации полистирольных пластиков был создан междисциплинарный и финансируемый государством исследовательский проект ResolVe. Целью исследовательского проекта, воз-
главляемого отделом исследований и разработок Ineos Styrolution, является
экономичное использование отходов полистирола (ПС) в качестве сырья для
высококачественных новых пластиковых изделий. Сотрудничество производителей пластмасс с разработчиками процессов химической переработки отходов, а также с переработчиками, сортировщиками и муниципалитета ми, имеет решающее значение для внедрения этих методов во всем мире. Для этой цели была создана система СКС, в которой участники объединяются по цепочке для создания ЭЗЦ. Это происходит не только в Европе, но и в Северной Америке. Ineos Styrolution сообщила об успешном производстве полистирола из термически расщепленного вторичного полистирола после повторной очистки. Совсем недавно компания также объявила о сотрудничестве с компанией по утилизации и переработке отходов Indaver NV (Мехелен, Бельгия) для химической переработки полистирола. Быстрый прогресс в технологии разделения и сортировки пластиковых отходов также позволяет использовать вторичный АБС разных цветов. Однако, положительный баланс утилизации АБС практически невозможен из-за строгих требований в ряде областей применения. Кроме того, поскольку каждая отдельная операция переработки термически нагружает пластик, все чаще предлагаются специальные добавки для компенсации ухудшения свойств полимера при повторной переработке. Это повышает целесообразность рециклинга АБС и позволяет возвращать его в материальный цикл при сохранении высокого уровня свойств.
Инновации во вторичной переработке поливинилхлоридных пластиков (ПВХ)
В индустрии ПВХ, с ее добровольным обязательством по вторичной переработки ПВХ, основателем считается программа VinylPlus. С 2000 года через VinylPlus было переработано более 5 миллионов тонн ПВХ. В 2018 году
программа установила новый рекорд 740000 тонн вторичного сырья, что означает экономию в 1,5 миллиона тонн CO2. Таким образом, вполне достижима обещанная в 2020 году вторичная переработка ПВХ в объеме 800 000 т в год. В будущем этот объем даже значительно вырастет. В сентябре
2018 года VinylPlus обязалась перед Комиссией ЕС предоставить не менее 900 000 тонн к 2025 году и не менее 1миллиона тонн переработанного ПВХ к 2030 году.
В долгосрочной перспективе к 2040 году VinylPlus, наряду с другими европейскими организациями, обязуется помогать перерабатывать и повторно
использовать до 70% всех отходов пластиковой упаковки. Это сложная задача, которая требует разработки новых процессов химической переработки вторичного сырья. Разработка такого процесса развивается в рамках проекта Circular Flooring по переработке напольных покрытий из ПВХ. Он основан на процессе CreaSolv из Института Фраунгофера, Фрайзинг. Одним из важных
аспектов процессов растворения является отделение пластификаторов и, таким образом, сохранение переработанного материала практически в первозданном качестве. Если эта разработка окажется успешной, она также может быть интересна для переработки других видов отходов ПВХ.
Конечно, существуют также загрязненные и смешанные отходы других пластмасс, содержащие ПВХ, которые не подлежат механической вторичной
переработке или переработке с помощью растворителей. В настоящее время они утилизируются термически или используются в качестве заменителя топлива. Кроме того, отрасль работает над переработкой сырья, чтобы в конечном итоге перерабатывать такие отходы в синтез-газ и, в конечном итоге, в основные химические вещества, тем самым замыкая цикл.
Инновации во вторичной переработке полиэтилентерефталата (ПЭТ)
Бутылка ПЭТ рассматривается в средствах массовой информации как успешный пример ЭЗЦ. Дискуссия вокруг ЭЗЦ в основном связана с морским мусором. Все согласны с тем, что загрязнение океана не может продолжаться. Однако основные страны-источники загрязнений находятся за пределами Европы. Эти страны разработали систему потребления упаковки, но еще не разработали инфраструктуру ее утилизации.
Даже такие высокоразвитые страны, как США, значительно отстают от Европы по утилизации ПЭТ. Мировая квота на переработку ПЭТ-бутылок составляет более 50%. В Европе этот уровень достигает около 60% (рис.4), в значительной степени за счёт Германии, где достигнут уровень почти 90%. Доля США составляет только около 30%, и существенного роста в США во
вторичной переработке ПЭТ бутылок не ожидается.
Таблица 1ПЭТ бутылки иих переработка в 2018 году.
Для достижения европейских целей по вторичной переработке в настоящее время другие страны рассматривают возможность закупки у потребителей ПЭТ-бутылок. На сегодня в Европе существует десять стран с системами закупки использованных ПЭТ бутылок:
• Швеция (ввод в 1984 году),
• Исландия (1989),
• Финляндия (1996),
• Норвегия (1999),
• Дания (2002),
• Германия (2003),
• Нидерланды (2005),
• Эстония (2005),
• Хорватия (2006) и
• Литва (2016) (источник: Reloop).
Такие страны, как Франция, Великобритания, Ирландия, Мальта,Португалия, Турция и Румыния, планируют также ввести это для увеличения оптовых объемов ПЭТ. Такая система закупки обеспечивает высокую чистоту вторичного ПЭТ.
Химическая переработка ПЭТ в настоящее время переживает возрождение.
Соответствующие процессы были разработаны десятилетия назад, но никогда не применялись в промышленных масштабах. После очистки мономеры затем могут использоваться для полимеризации. Преимущество химической утилизации ПЭТ заключается в том, что в отличие от традиционной механической переработки, этим методом могут перерабатываться даже плохо подходящие для механической переработки многокомпонентные изделия, такие как многослойная пленки, текстиль или напольные покрытия. В результате доступное количество вторичного ПЭТ сырья может сильно вырасти.
Инновации во вторичной переработке полибутилентерефталата (ПБТ)
Для сравнительно малотоннажного материала ЭЗЦ требует специального подхода, особенно для таких изделий, как бутылки из смесей ПБТ + ПЭТ. Кроме того, использование вторичного сырья из таких источников, как изделия для электроники, невозможно. Одним из вариантов может быть процесс извлечения из таких изделий пиролизного масла. Это пиролизное масло может заменить нафту на нефтяной основе, которая расщепляется крекингом на химическое сырье, которое затем вновь становится доступным для любого химического синтеза.
В долгосрочной перспективе ожидается глобальный рост производства материалов на основе ПБТ как в ключевых областях применения (автомобильная электрика и электроника), так и на новых рынках. Новые возможности переработки, например, экструзия, расширят спектр областей применения.
Инновации во вторичной переработке полиамида (ПА)
Фирма BASF совместно с примерно 30 международными компаниями основала «Альянс по переработке пластиковых отходов». Химическая группа, работающая в Людвигсхафене, запустила проект под названием ChemCycling, целью которого является химическая переработка пластиковых отходов, когда их термохимическим способом превращают в сырье, из которого создаются новые химические продукты и материалы, ранее не подлежавшие вторичной переработке, например, многослойные или загрязненные пластмассовые изделия.
Также с использованием химического процесса, разработанного APK Aluminium und Kunststoffe AG, Мерзебург, могут быть переработаны многослойные пленки из полиэтилена и полиамида. Процесс разделения с
помощью растворителя приводит к получению чистых гранул со свойствами, подобными исходным продуктам.
Промышленная система, разработанная итальянской группой компаний Aquafil, Arco, использует содержащие ПА6 отходы до и после потребления (старые рыболовные сети, ковровые или жесткие ткани) для химическоговосстановления капролактама. Затем его полимеризуют и используют в производстве капроновых волокон для текстильной промышленности.
Инновации во вторичной переработке поликарбоната (ПК)
Крупные производители ПК интенсивно работают над созданием системы ЭЗЦ в производстве и применении поликарбоната. Фирма Covestro рассматривает ЭЗЦ как главную задачу устойчивого развития и стремится построить ЭЗЦ по всей цепочке экономики: от производства ПК, изделий из него, до повторного использования. В дополнение к механической переработке, термическое и химическое расщепление полимерных цепей ПК возможно без особых усилий, так что мономеры этого пластика могут использоваться снова. Если поликарбонат является частью смешанных отходов, его можно идентифицировать с использованием ИК-спектроско-
пических методов, отсортировать и переработать.
Ситуация в России
За последние годы в России практически не проводились серьезные организационно-технические мероприятия, касающиеся обращения с отходами. В результате в настоящее время в стране сложилась сложная ситуация.
С 2019 года в России внедряется новая система обращения с отходами — национальный проект «Экология». Однако пока количество вторично использованных полимерных материалов, вовлеченных в оборот, составляет в нашей стране лишь 10% (рис. 2).
Рис. 2. Структура современного сектора обращения с полимерными отходами в РФ
Нужно отметить, что в России внедрение технологических инноваций, отвечающих концепции ЭЗЦ, достигается довольно просто, в том числе за счет
закупок современного сортировочного, моечного и рециклингового оборудования, однако организация совместной работы бизнеса с законодательными и административными органами требует гораздо больше усилий.
Созданная в стране новая система, базирующаяся на взаимодействии с региональными операторами по обращению с отходами, пока буксует. Так,
представитель этого направления указывает на следующие проблемы:
— отсутствие сведений о количестве вторичных ресурсов;
— разброс цифр имеющихся в стране мощностей по переработке отходов от 10,5 до 12,6 млн т;
— отсутствие системы раздельного сбора отходов и логистических цепочек;
— отсутствие контроля за компаниямиутилизаторами;
— дороговизна вторичного полимерного сырья по сравнению с первичным на
12-25%.
Остаются без ответа главные вопросы: на какой базе строится экологическая
политика и с кого можно спросить выполнение программы по развитию сектора рециклинга?
Несколько лучше ситуация в Московском регионе. Область рапортует о закрытии (рекультивации) 39 полигонов. Из 7,5 млн т ТКО, собранных в регионе, к 2023 году на полигоны будет отправляться только 7,8%. Однако в секторе переработки преобладают мощности по сжиганию отходов.
Хуже обстоят дела с утилизацией других видов полимерных отходов, об-
разующихся после истечения срока жизни изделий с более длительным периодом эксплуатации (в табл. 2).
Таблица 2. Объемы отходов, образующихся после окончания срока жизни изделий с длительным периодом эксплуатации.
Показатели, характеризующие различные области потребления, носят ориентировочный, экспертный характер. Объем пластмассовых отходов в различных источниках их образования, будет значительно увеличиваться ввиду организации в настоящее время мероприятий по улучшению собираемости и утилизации отходов.
Наиболее важными здесь являются отходы пластмасс отходы
электронного и электротехнического оборудования(ОЭЭО), которые за рубежом в рамках ЭЗЦ собираются, а ценные виды полимерных материалов вторично перерабатываются. В России только начинают перерабатывать этот ценный вид пластмассовых отходов. Уже существуют предприятия, обеспечивающие утилизацию таких приборов и оборудования с практически
полной сортировкой всех видов материалов (в том числе пластмасс) и с высо-
кой степенью автоматизации процессов. Однако эти мощности не используются в полном объеме и по назначению, так как первая стадия сбора ОЭЭО в стране не организована. Нет даже статистических данных по этому сектору, что значительно сдерживает предпринимательскую инициативу. В то же время за рубежом публикуются сведения об объемах образования ОЭЭО в разных странах, в том числе в России.
ОЭЭО как источник ценных ресурсов могут обеспечить отрасль высококачественными полимерными и композитными материалами.
Химическому сообществу России, предприятия которого участвуют во всей цепочке экономики замкнутого цикла совместно с государственными и муниципальными органами, необходимо создать разумную экономичную систему по утилизации ценного полимерного вторичного сырья с использованием последних прогрессивных технических решений в области утилизации пластмасс.
Чтобы стать частью экономики замкнутого цикла, компаниям необходимо провести полную ревизию своих бизнес-моделей и ответить для себя на следующие вопросы:
· Какие типы материалов используются и как необходимо изменить дизайн продукции, чтобы оптимизировать использование материалов?
· Как наладить разработку, производство и сбыт продукции таким образом, чтобы обеспечить непрерывный и замкнутый поток ресурсов?
· Какие типы бизнес-моделей необходимы, чтобы сделать возможными длительный срок службы продуктов, их сбор после окончания срока службы и переработку?
· Какие новые экосистемы необходимо создать, чтобы сделать возможным повторное использование, восстановление продуктов и извлечение исходных материалов?
Вывод
Почему «экономика замкнутого цикла» важна?
· Большое количество мусора попадает в окружающую среду (реки, океаны и т.д.).
· Эта тема и для России представляет большой интерес.
· В данный момент пластик имеет очень плохой имидж (негативная отчетность).
· Люди стали принципиально сомневаться в пластике (микропластик)
· Потому что, как все мы знаем, не сам пластик является проблемой, а то, что его не собирают.
