Самоутилизируемые отходы

Содержание

Введение…………………………………………………………...…...………….………4

1 Биоразлагаемые полимеры………………………………….………..…..…….…....…6

1.2 Рост производства биоразлагаемых полимеров……..…………………...….....…10

2 Упаковка как продукт самоутилизации……………………………….………..….....12

3 Посуда из самоутилизирующихся материалов……..………………………….….....15

4 Интересные разработки самоутилизирующихся продуктов………………………..17

Заключение...…………………………………………………………...…………....…...18

Список используемой литературы………………………………….......................……19

Введение

Человек не может жить, не оставляя после себя отходы. Отходы это вещества или предметы, образующиеся в процессе жизнедеятельности человека и экономической деятельности, утратившие частично или полностью потребительские свойства из-за физического или морального износа.  В среднем принято считать, что на одного жителя в год накапливается 250 кг мусора.

Отходы собираются как на специализированных (санкционированные места), так и на стихийно возникающих свалках (неразрешенные места).

Сконцентрированные в отвалах, на свалках отходы – опасные источники загрязнения поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха, почв и растений. Сложившаяся ситуация представляет реальную угрозу здоровью людей – современным и будущим поколениям страны.

Проблема отходов является остро актуальной, поскольку ее решение связано с необходимостью обеспечения нормальной жизнедеятельности населения, санитарной очистки городов, охраны окружающей среды и ресурсосбережения.

К отходам продолжают относиться как к нежелательным материалам, и главное, что заботит многих людей, — как получше "спрятать" отходы с глаз долой. Между тем отходы еще вчера были элементами природы, и первой целью в обращении с ними должно быть восстановление ресурсов и вовлечение их в хозяйственный оборот с целью получения необходимых нам материалов с одновременной минимизацией обращения за ними к природе.

С каждым годом обьем образующихся отходов увеличивается. В то же время сильно изменяется их состав, большую часть коммунальных отходов сегодня составляют упаковочные материалы, опасные отходы, такие как батарейки, лекарства и др. И потому такие традиционные методы обезвреживания отходов, как захоронение или сжигание не способны решить существующую проблему.

Сегодня для предотвращения загрязнения окружающей среды и вредного воздействия на здоровье населения всему миру придется искать новые пути решения проблемы отходов.

Кардинальным решением данной проблемы является производство продуктов в разных сферах деятельности, которые способны самоутилизироваться, и не оставлять пагубный след в экологии планеты.

1 Биоразлагаемые полимеры

От решения вопроса пластмассовых отходов в значительной степени будет зависеть экологическая ситуация в мире и, по всей видимости, темпы и направления развития производства синтетических пластмасс в XXI веке. В настоящее время для очистки окружающей среды от пластмассовых отходов активно разрабатываются два основных подхода: захоронение (хранение отходов на свалках); утилизация. Захоронение пластмассовых отходов – это бомба замедленного действия и перекладывание сегодняшних проблем на плечи будущих поколений. Более щадящим приемом является утилизация, которую можно разделить на ряд главных направлений: сжигание или пиролиз; переработка и рециклинг. Однако как сжигание, так и пиролиз отходов тары и упаковки и вообще пластмасс кардинально не улучшают экологическую обстановку. Повторная переработка в определенной степени решает этот вопрос, но и здесь требуются значительные трудовые и энергетические затраты: отбор из бытового мусора пластической тары и упаковки, разделение пластиков по виду, мойка, сушка, измельчение и только затем переработка в конечное изделие. Для активизации направления по рециклингу пластмассовых отходов, в особенности из тары и упаковки, в ряде стран принимаются законодательные нормативы по обязательному сбору и переработке пластиковой тары и упаковки. Так, Европейские директивы предусматривают при изготовлении пластмассовой упаковки применять 15% вторичных пластмасс, а в Германии эта квота составляет 50% и должна увеличиться до 60%. Специалисты считают, что это технически невозможно, так как применение до 25% вторичных пластмасс возможно только для транспортных и непищевых упаковок, но не для пищевых продуктов. Следует отметить, что сбор и повторная переработка полимерной тары и упаковки приводит к удорожанию упаковки, качество вторичного полимера также оказывается ниже продукта, полученного непосредственно первичным изготовителем. К тому же не каждый потребитель согласен использовать упаковку из рециклизованного полимера. Даже если допустить, что значительная часть тары и упаковки будет использована вторично,возникает вопрос, какая кратность переработки является допустимой?

   В любом случае обострение экологической обстановки в окружающем мире нарастает. Радикальным решением проблемы «полимерного мусора», по мнению специалистов, является создание и освоение широкой гаммы полимеров, способных при соответствующих условиях подвергаться биодеградации с образованием безвредных для живой и неживой природы веществ. Именно биоразлагаемость высоко-молекулярных соединений и будет тем приоритетным направлением разработки, которое позволит исключить значительное число проблем «пластмассового мусора».

Биоразлагаемостью считается способность материала разрушаться в естественных условиях под действием микроорганизмов (бактерий и грибков), ультрафиолета, радиации, что приводит к микробиальному усвоению этого материала. Полимер обычно считается биоразлагаемым, если вся его масса разлагается в земле или воде за полгода. Скорость разложения зависит от ряда факторов: типа полимеров, типа и концентрации разлагающих материалов, влажности, температуры и ряда других. Продуктами разложения часто являются углекислый газ и вода. Основополагающая идея получения биоразлагаемых пластиков – повторить природные «циклы развития». Даже отходы пищевой промышленности могут найти свое применение в биоразлагаемой упаковке: например, очистки от картофеля стали основой для получения биоупаковки марки Solanyl. Важно помнить, что биоразлагаемыми называются не те материалы, которые получены из натурального сырья, а те, которые имеют соответствующее химическое строение. Сегодня технологии производства биоразлагаемых материалов разрабатывают ведущие университеты мира и внедряют крупнейшие упаковочные компании – такие, как Cargill Dow, Fardis, BASF AG, MY Sharp Interpack, Eastman Chemical и другие. Эти материалы вызывают интерес у производителей упаковки, что подтверждается следующими примерами: сети супермаркетов Великобритании Co-op, Kwik Save и Somerfield используют биоразлагаемые пакеты для продуктов; в Италии самая крупная торговая сеть IREP использует только биополимерные материалы марки Cargill Dow’s Nature Work для обертывания и хранения свежих продуктов во всех своих 20 магазинах; британский супермаркет Tesco в течение ближайших шести месяцев перейдет к использованию пакетов из полиэтилена, содержащих биоразлагаемые элементы;во время Зимних Олимпийских игр в Лиллехаммере в кафе использовались только биоразлагаемые упаковочные материалы. В табл.1 в табл.2 представлены материалы из которых производят биоразлагаемые полимеры.

Таблица 1.1 – Синтетические биоразлагаемые полимеры

Таблица 1.2  – Биоразлагаемые полиэфиры

1.2 Рост производства биоразлагаемых полимеров

Всего за 20 лет, прошедших с момента появления изобретений биоразлагаемой упаковки, ее производство в настоящее время превысило 550 000 тонн. Оценка сложившейся ситуации в разработке и освоении биодеградируемых пластмасс позволяет выделить три основных направления развития поисковых и прикладных работ в этой области:

• полиэфиры гидроксикарбоновых кислот;

• пластические массы на основе воспроизводимых природных полимеров;

• придание биоразлагаемости промышленным высокомолекулярным синтетическим материалам.

Технология производства материалов из биополимеров аналогична способам переработки обычных полимеров. Здесь также применяются методы экструзии, инжектирования, горячего формования, литья под давлением, выдувного формования, ламинирования и т.д. Конечный продукт может быть снабжен печатью или этикеткой. Решающим фактором для выбора материалов и процессов остается

то, что способность биополимеров к разложению должна быть сохранена.

          Если в Японии в 2000 г. объемы производства экологически безопасного пластика составляли лишь 2000 тонн, то сегодня это уже около 50 тысяч тонн, а к 2015 г. эксперты прогнозируют увеличение и до 200 000 тонн. В Токио сегодня уже более 200 компаний, специализирующихся именно на биопластике, причем его стоимость в два раза ниже по сравнению с традиционными полимерными материалами. Франция намерена полностью отказаться от пластиковой упаковки к 2014 г. Начиная с 2010 г. на территории Франции можно использовать только биоразлагаемую упаковку. Уже сейчас биоразлагаемые материалы составляют 10% всего рынка пластика, а значит, их производство в целом потребляет около 5 млн. тонн натурального сырья. К сожалению, в СНГ повсеместно применяется пластиковая упаковка. Остается надеяться, что до момента появления в этих странах соответствующего законодательства и общественного мнения в отношении замены пластиковой упаковки на биоразлагаемую, бизнесмены будут продолжать организовывать сбор и переработку ее на различном оборудовании [1].

2 Упаковка как продукт самоутилизации

Упаковочные материалы: стекло, жесть, картон, полиэтиленовая пленка; саморазлагающаяся упаковка - прекрасное решение проблем с утилизацией.

Любой товар, представленный на современном рынке, нуждается в соответствующей упаковке. Задача упаковочных материалов состоит не только в том, чтобы сохранить товар и доставить его до потребителя в удобной форме, но и в том, чтобы привлечь внимание покупателя, дать необходимую информацию.

Требования современности к упаковке таковы, что все большее значение имеет ее возможность как можно дольше сохранять продукт годным к употреблению. Большое значение при выборе упаковки для производителей имеет также ее пригодность к термообработке и использованию на автоматических фасовочных линиях.

В настоящее время основными видами упаковочных материалов являются стекло, жесть, картон, разного рода пластики и полиэтиленовая пленка. Вообще в последние годы роль полимеров на рынке упаковки заметно возросла, стали широко применяться такие виды пленки, как стрейч-пленка и пленка термоусадосадочная.

Но в тоже время все острее в мире встает и вопрос утилизации этого огромного количества пластиковой упаковки. Ведь каждый день во всех странах используется тысячи и тысячи полиэтиленовых пакетов, контейнеров и туб, коробок и бутылок из пластика. Практически вся эта упаковка одноразовая и выбрасывается сразу же после извлечения из нее купленного товара. Как утилизировать все это количество разнообразного пластика?

Решить проблему утилизации пластиковых отходов специалисты предлагают с помощью полимерных фото-, био- и водоразлагаемых упаковок. Все вместе они называются «саморазлагающимися». Вывезенные на свалки эти материалы под воздействием различных факторов окружающей среды превращаются в низкомолекулярные соединения, которые не могут нанести вреда ни природе, ни здоровью человека.

Самоутилизация  происходит без использования специального сложного и дорогого оборудования. Для запуска процесса разложения достаточно лишь солнечного света, влаги, температуры, воздействия микроорганизмов почвы на протяжении нескольких недель или месяцев. Это стало возможным благодаря тому, что полимеры, из которых производят такие упаковки, производят путем синтеза низкомолекулярных соединений (мономеров). На свалках такие упаковки под воздействием факторов окружающей среды: солнечного света, влаги, температуры, микроорганизмов почвы - в течение нескольких недель или месяцев деструктируют до низкомолекулярных соединений, не наносящих вреда ни природе, ни здоровью человека. В виде мелких фрагментов они могут быть переработаны бактериями. В фоторазлагаемых полимерных упаковочных материалах это происходит за счет воздействия солнечных лучей; в биоразлагаемых - ферментов, содержащихся в грибах и бактериях почвы; в водоразлагаемых - влаги.

Вообще, пластиковая упаковка - это результат разработок ученых-химиков. Полимеры, из которых производят пластиковые упаковки, получают в результате синтеза низкомолекулярных соединений (мономеров). В настоящее время разные виды упаковки производят из полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полистирола, поликарбоната и их модификаций.

Разложение полимерных упаковок становится возможным в процессе распадения макромолекулярных цепей

Производство саморазлагающейся упаковки в промышленных масштабах сегодня ведется в нескольких европейских странах, США, Японии и России. В табл. 1 приведены данные по материалам из которых производится саморазлагающиеся упаковки [2].

Таблица 2.1 – Биоразлагаемые платические массы

3 Посуда из самоутилизирующихся материалов

Одноразовая столовая  посуда, изготовленная из полистирола, может представлять серьезную угрозу здоровью, включая рак и проблемы с пищеварением. Китайское правительство официально запретило использованием ПС ещё в 1999 г., но и производство из него и его потребление по-прежнему процветает в Китае. По сообщению China Daily, до 70 процентов одноразовых пищевых контейнеров, производство которых в Китае оценивается в 12 миллиардов, создается из пористого белого материала. 

И вот здесь-то и вступают в игру химики. Группа исследователей из Нанцзинского Нормального Университета и Нанцзинского Университета разработали новый материал, который обладает сверхабсорбирующей способностью, и может производиться с использованием отходов ПС.

Это исследование должно снять проблему “белого загрязнения”, которое так называют из-за слоев неразлагаемого мусора, которые покрывают ландшафт Китая, особенно, в небольших городках, которые страдают от отсутствия адекватной муниципальной системы захоронения отходов. По сообщению China Daily, в Китае ежедневно выбрасывается более 2 миллиардов пластмассовых пакетов, здесь потребляется около 6.5 миллиардов единиц одноразовых столовых приборов в год.

Проводились испытания альтернативной упаковки, но не было достигнуто каких-либо устойчивых результатов. В прошлом году Ли Пеисен, - заместитель директора Пекинского института по экономическим исследованиям проблем рециклинга, - изучал состояние рынка одноразовой столовой посуды. Он обнаружил, что производителям «зеленой» посуды, которая производится из картона, рисовой шелухи, соломы и крахмала, приходится выдерживать значительную конкуренцию [3].

В провинции Гуандун 16 предприятий начали производить не наносящую ущерба окружающей среде столовую посуду в 2000 г. Но через четыре года их осталось только пять. Остальные закрылись из-за финансовых трудностей.

В 2002 г. общий объем производства «зеленой» столовой посуды составил в целом по стране две пятых от объема выпускаемой посуды из полимеров. В целом, было установлено, что потребители и поставщики не желают платить больше за биологически разлагаемые контейнеры, которые стоят в несколько раз дороже. [По данным Shanghai Star, стоимость продуктов из биологически разлагаемой пластмассы примерно на 70 - 80 процентов выше, чем стоимость обыкновенных пластмассовых продуктов]. Также, их механические свойства, санитарное качество и способность сохранять теплоту уступают аналогичным свойствам полимерных изделий.

Но что еще важнее, маркировка в качестве биологически разлагаемого продукта может дезориентировать потребителя. По словам Тана Сайчженя, старшего инженера Китайского информационного центра легкой промышленности, а также эксперта по разлагаемым пластмассам, продукты, на которых стоит такая маркировка, на самом деле, способны лишь частично разлагаться с годами.

На самом деле некоторые из этих “новых” продуктов содержат больше веществ, устойчивых к воздействию воды или масла, которые трудно поддаются разложению при естественных условиях. Это, в особенности, относится к упаковке из материалов на основе крахмала, которая не гниет при упаковке в мусорную кучу, поскольку ее разложение возможно только под воздействием солнечного света. Поэтому, если их будут бесконтрольно выбрасывать повсюду, так называемая биологически разлагаемая столовая посуда может также вызывать белое загрязнение”, говорит Тан.

В этой связи, существует угроза, что сочетание застарелых привычек, предпочтений потребителей, высоких затрат, неэффективности производителей и дезинформации будут продолжать, или даже усугублять, проблему утилизации твердых отходов, существующую в Китае.

А тем временем, нам остается только надеяться, что люди, разрабатывающие инновации, такие как члены исследовательского коллектива из Нанцзиня, смогут найти правильные химические рецептуры для создания возобновляемых решений, которые положат конец белому загрязнению [4].

Рисунок 3.1 Биоразлагаемая посуда из материала NatureWorksPLA

4 Интересные разработки самоутилизирующихся продуктов

В Израиле начали производить бутылки из кукурузных волокон, точнее, из их органических соединений.

Такая бутылка может находиться в компостной куче 90 дней. К этому времени она полностью разлагается. Более того, такие бутылки абсолютно не отличаются от обычных пластиковых бутылок. Новые бутылки только немного жестче, но зато они разлагаются бесследно. Здесь даже этикетка разлагается, что также немаловажно. Не повезло пока еще крышечке, она все еще из пластика.

В Нидерландах одна из ведущих фирм по производству обуви выпустила линию «самоутилизируемых» кроссовок.  Для обуви использованы инновационные материалы: мягкий «дышащий» холст и гибкая пробковая подошва, которая станет частью почвы, как только будет предана земле. Известно, что такие кроссовки после вывезения на свалку превратятся в компост через 150 дней. Но производители не остановились, и на пути к оздоровлению нашей планеты добавили в подошву обуви семена растений. Так что, после того как обладатель таких кроссовок решит их выкинуть, ему будет достаточно закопать их у себя во дворе и наслаждаться маленькой клумбой на месте их «захоронения».

Голландские ученые не остановились на достигнутом, и планируют внедрить в производство предметы интерьера, которые полностью самоутилизируются. Пока планируется выпустить в свет линию мебели для гостиной, а именно диваны и кресла. Они будут состоять из биоразлагаемых полимеров и картофельного крахмала! Чтобы мебель после того, как утратила свои первоначальные свойства, не оставила большие слои мусора на городских свалках, ее необходимо будет закопать в землю, после контакта с водой процесс биоразложения будет необратим и, как утверждают ученые, через 3 месяца от нее не останется и следа! Правда пока не понятно, кто будет покупать мебель к себе домой, на которую нельзя пролить жидкость.

Заключение

На сегодняшний день проблема утилизации отходов во всем Мире, одна из особо острых проблем человечества. Строительство заводов по утилизации мусора дорогостоящее, и  экономически не выгодно в некоторых областях.

Выход у человечества только один - ускорить естественные процессы разрушения продуктов. Ученые нашли верное решение - созданы катализаторы для ускорения процессов биоразложения продуктов. Их действие основано на резком ускорении процессов окисления полимерного материала под действием таких факторов, как солнечный свет и кислород воздуха. Теперь, добавляя мизерные доли катализатора в продукты, а именно пластики, при их производстве, можно получить ничем не отличающиеся от прежних пластиковую бутылку или пакет, такой же прочности, которые так же можно пустить в переработку, за одним исключением – спустя месяц, год, два или три, в зависимости от катализатора, эта бутылка или пакет превратятся в лужицу воды и углекислый газ.

Список используемой литературы

1 «Рециклинг отходов»  выпуск №3, 2006 – Санкт-Петербург.

2 «В мире науки», №7, 2007: — Санкт-Петербург.

3 «Экология: курс лекций»  Ильин В.И – М.: Перспектива 2005

4 http://www.polymery.ru/letter.php?n_id=2912&cat_id=10