Переосмысление пластика: может ли rPET стать прокладкой пути к экономике замкнутого цикла?

Фокус на устойчивом развитии в ПЭТ-индустрии

Поскольку акцент на устойчивом развитии и переработке ресурсов усиливается, повышение уровня переработки ПЭТ стало критически важным направлением для отрасли. Многие страны и регионы вводят более строгие правила, направленные на поощрение использования rPET и повышение уровня его переработки.

В октябре 2024 года Европейская комиссия ввела политику, требующую, чтобы к 2025 году все вновь произведенные ПЭТ-бутылки содержали не менее 25% переработанного материала. Одновременно с этим, в сентябре 2024 года, правительство Индии запустило новую инициативу, направленную на переработку ПЭТ-бутылок, с амбициозной целью достичь 80% уровня переработки к 2030 году. Кроме того, крупные международные бренды, включая Coca-Cola и PepsiCo, объявили о планах постепенного увеличения использования rPET в течение следующих пяти лет, стремясь к 100% перерабатываемой упаковке к 2030 году.

Методы производства rPET

rPET получают путем переработки и переработки отходов ПЭТ, таких как бутылки и полиэфирные ткани, в высокопроизводительные пластиковые материалы. Основные методы производства rPET в настоящее время включают физическую переработку, химическую переработку и биологическую переработку. Эти методы можно гибко комбинировать, особенно с помощью технологий биохимической последовательной переработки, чтобы максимизировать эффективность ресурсов и улучшить круговую экономику.

Физическая переработка

Физическая переработка, также известная как механическая переработка, является наиболее фундаментальным и простым методом производства rPET. Этот процесс включает сбор, очистку и измельчение выброшенных ПЭТ-продуктов, таких как бутылки для напитков. После очистки ПЭТ механически перерабатывается в хлопья, которые затем плавятся и формуются в новые продукты.

Процесс физической переработки можно разделить на четыре основные формы:

1. Простая повторная грануляция: включает дробление, сортировку, экструзию, охлаждение и упаковку измельченного ПЭТ.

2. Производство ПЭТ-гранул: аналогично повторной грануляции, но гранулы подвергаются кристаллизации перед твердофазной полимеризацией для улучшения характеристик материала.

3. Предварительное формование объектов или производство листов α-ПЭТ: этот метод напрямую перерабатывает измельченные ПЭТ-бутылки в пригодный для использования материал.

4. Повышение собственной вязкости TDD: включает измельчение, сушку и предварительный нагрев сырья с использованием резака/компрессора для создания оптимизированного производственного процесса с целью повышения эффективности и эксплуатационных характеристик материала.

Хотя это экономически целесообразно, применение физически переработанного ПЭТ несколько ограничено, в основном используется для непищевой упаковки или текстиля. Это связано с потенциальными остаточными загрязняющими веществами и химикатами из процесса физической переработки, которые могут поставить под угрозу безопасность пищевых продуктов. Напротив, химическая переработка обеспечивает полную переработку и регенерацию отходов ПЭТ.

Химическая переработка

Химическая переработка направлена ​​на восстановление химической структуры выброшенного ПЭТ, что позволяет повторно использовать его для производства новых продуктов. В отличие от физической переработки, методы химической переработки эффективно удаляют примеси и загрязняющие вещества, тем самым повышая чистоту и качество переработанных материалов. Основные методы химической переработки включают различные методы деполимеризации, такие как метанолиз, гидролиз и этиленгликолиз, которые разлагают ПЭТ обратно на его основные мономеры.

Для ускорения скорости реакции катализаторы часто добавляются во время химической переработки. Однако это может привести к проблемам, включая трудности с отделением катализатора, неоптимальные эффекты переработки и остаточные катализаторы, влияющие на качество конечного продукта.

Компания Wankai New Materials Co.,Ltd. инновационно внедрила метод, который использует бетаиновые катализаторы для деполимеризации отходов полиэфиров. В частности, в качестве катализатора используется бетаин салицилат, что обеспечивает преимущества по сравнению с традиционным бетаином, такие как более короткое время реакции, более низкие температуры и более высокие выходы бис(гидроксиэтил)терефталата (BHET) и скорости деградации PET.

Биологическая переработка: микроорганизмы и ферменты

Биологическая переработка привлекла значительное внимание как метод производства rPET, используя действие микроорганизмов или ферментов для разложения PET на возобновляемые мономеры или другие полезные химикаты. Эта технология отличается от физической и химической переработки своей потенциальной экологичностью и эффективностью. 

Микроорганизмы и ферменты селективно разлагают ПЭТ на мономеры, такие как терефталевая кислота (ТФК) и этиленгликоль (ЭГ), которые затем могут быть повторно синтезированы в полиэфирные материалы. Такой подход не только снижает загрязнение окружающей среды, но и снижает зависимость от ископаемых ресурсов. Исследования показывают, что некоторые бактерии и грибки могут эффективно разлагать ПЭТ при определенных условиях, демонстрируя многообещающие перспективы применения.

Комплексная переработка: перспективная биохимическая переработка

Чтобы полностью использовать сильные стороны различных методов переработки, последовательная переработка объединяет различные технологии для более эффективного использования отходов ПЭТ. Этот подход обычно сочетает физические, химические и биологические методы переработки для максимизации восстановления ресурсов и эффективности повторного использования. 

Например, Wankai использует комбинацию физической и химической переработки для регенерации хлопьев из отработанных ПЭТ-бутылок в листы. Процесс начинается с сортировки, дробления, очистки и сушки бутылок для получения хлопьев rPET, характерных для физической переработки. Затем следует плавление, повышение вязкости, фильтрация, гранулирование и твердофазная полимеризация, во время которой добавляется этиленгликоль для гликолиза, что включает химическую реакцию, которая изменяет и улучшает эксплуатационные характеристики полиэфира.

Биохимическая переработка — это инновационная технология переработки ПЭТ, которая сочетает в себе биотехнологию и химическую трансформацию. Процесс изначально разлагает ПЭТ на основные мономеры, такие как PTA и EG, с использованием микроорганизмов или ферментов, а затем преобразует эти мономеры в новые полиэфирные смолы или другие химические продукты. Преимущества биохимической последовательной переработки включают высокие показатели восстановления ресурсов и экологически чистые характеристики, часто работая в мягких условиях, что снижает потребление энергии и риски загрязнения окружающей среды. Более того, корректировка условий переработки позволяет производить широкий спектр химических продуктов, увеличивая экономические выгоды. 

От отходов к ресурсам: открытый и закрытый цикл переработки

Переработка с открытым циклом подразумевает преобразование выброшенных ПЭТ-материалов в различные продукты, а не в идентичные ПЭТ-изделия. Этот подход подходит для ПЭТ-отходов с высоким содержанием примесей, что часто приводит к непищевой упаковке, текстилю и другим низкосортным применениям. Хотя он эффективно перерабатывает разнообразные потоки отходов, он страдает от проблем с качеством, что ограничивает потенциал для повторного использования с высоким спросом, особенно в пищевой упаковке. 

Физическая переработка считается формой переработки с открытым циклом; в ходе этого процесса выброшенные ПЭТ-изделия (например, бутылки из-под напитков) подвергаются дроблению, сортировке, плавлению и формованию. Хотя некоторые характеристики полимеров сохраняются, физические свойства часто меняются, что ограничивает их повторное использование в секторах с высоким спросом, таких как упаковка для пищевых продуктов. Следовательно, полученные материалы обычно используются для текстильных изделий, конструкционных пластиков или других продуктов с низким спросом. Кроме того, преобразование отходов ПЭТ в малоценные продукты приводит к неэффективному использованию ресурсов и потенциальным отходам, то есть этот подход к переработке не создает настоящего замкнутого цикла, поскольку выброшенные материалы не могут повторно использоваться в таких высокопроизводительных приложениях, как упаковка для пищевых продуктов.

С другой стороны, замкнутый цикл переработки подразумевает переработку отбракованных ПЭТ-материалов и их обратное преобразование в идентичные или похожие ПЭТ-материалы для использования в дорогостоящих приложениях, таких как упаковка для пищевых продуктов и бутылки для напитков. Основным преимуществом замкнутого цикла переработки является его способность производить высококачественные переработанные материалы, которые соответствуют строгим стандартам безопасности пищевых продуктов и нормативным требованиям. 

В замкнутом цикле переработки биологические методы переработки демонстрируют уникальные преимущества. Например, *Ideonella sakaiensis* — это бактерия, которая может использовать ПЭТ в качестве источника углерода, вырабатывая ферменты, которые ускоряют разложение ПЭТ в более мягких условиях. Это означает, что общее потребление энергии снижается, а процесс оказывает меньшее воздействие на окружающую среду. Кроме того, образующиеся побочные продукты, как правило, более экологичны, что помогает смягчить загрязнение. Биологическую переработку также можно использовать для создания новых материалов, поддерживая улучшенную переработку и способствуя более замкнутой круговой экономике.

Многие бренды начали использовать ферментативную технологию для упрощения процесса переработки ПЭТ-бутылок «от бутылки к бутылке». В нескольких инициативах круговой экономики, таких как программа Coca-Cola «Мир без отходов», переработанные ПЭТ-бутылки используются для производства новых ПЭТ-бутылок. В ходе этого биологического процесса переработки собранные бутылки разлагаются и рекомбинируются в сырье, которое затем переформовывается в новые бутылки, эффективно достигая замкнутого цикла переработки.

Значение rPET в экономике замкнутого цикла

Недавно Организация Объединенных Наций призвала ввести ограничения на производство полимерных смол для решения обостряющегося глобального кризиса загрязнения пластиком. 

Это предложение вызвало широкое обсуждение на предстоящей конференции INC-5 по пластиковому договору, с представителями многих стран, в частности дипломатами из Франции и Великобритании, которые подчеркнули, что без ограничений на производство пластика эффективные решения проблемы пластикового загрязнения останутся неясными. Посол Франции в ООН заявил: «Научные данные показывают, что без сокращения производства нынешние положения договора будут недостаточными для решения этой проблемы». Тем временем Великобритания присоединилась к декларации, известной как «Пусанский мост», выступая за заморозку или сокращение первичного производства пластика для борьбы как с пластиковым загрязнением, так и с изменением климата.

Использование rPET (переработанного полиэтилентерефталата) имеет большое значение в экономике замкнутого цикла, особенно в борьбе с загрязнением пластиком и растратой ресурсов: 

1. Ресурсосбережение: переработка и повторное использование rPET существенно снижают спрос на новое сырье, тем самым сохраняя ценные природные ресурсы, такие как нефть.

2. Сокращение отходов: Переработка выброшенных ПЭТ-изделий в rPET эффективно снижает воздействие пластиковых отходов на окружающую среду, снижает нагрузку на свалки и уменьшает загрязнение.

3. Меньший углеродный след: процесс производства rPET обычно подразумевает меньшие выбросы углерода по сравнению с созданием новых полиэфирных смол, что имеет решающее значение для достижения глобальных целей по сокращению выбросов парниковых газов, особенно в контексте изменения климата.

Более того, продвижение rPET тесно связано с Целями устойчивого развития ООН (ЦУР), в частности с Целью 12 (Устойчивые модели потребления и производства). Продвигая переработку и повторное использование rPET, мы можем способствовать экономической устойчивости и круговороту ресурсов. 

Заключение

Переработанный полиэтилентерефталат (rPET) играет решающую роль в сокращении пластиковых отходов, сохранении природных ресурсов и снижении углеродного следа, что соответствует целям устойчивого развития ООН. Поскольку спрос на rPET продолжает расти, компании все чаще инвестируют в инновационные технологии и процессы переработки. Эти достижения не только улучшают качество продукции, но и стимулируют рост экономики замкнутого цикла, создавая новые рыночные возможности.