Những tiến bộ mới trong xử lý phế thải chất dẻo trên thế giới pdf

1 Những tiến bộ mới trong xử lý phế thải chất dẻo trên thế giới 2 • chất dẻo • hóa học môi trường • polymer • tái chế chất dẻo • xử lý phế thải Chất dẻo là thành phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại của con người. Chúng đã giúp giải quyết nhiều vấn đề - cho phép chúng ta sản xuất những chiếc xe ôtô nhẹ hơn, những sản phẩm hợp thời trang, các loại bao bì đóng gói hiệu quả cao, những loại đồ dùng đ ẹp, b ền và r ẻ, Nhưng phải làm gì với những núi chất dẻo phế thải sau khi sử dụng? Đây cũng là vấn đề đang làm đau đầu các nhà quản lý và các nhà khoa học. Bất chấp những nỗ lực cao nhất của nhiều chính phủ, người tiêu dùng cũng như các ngành sản xuất kinh doanh, chưa đầy một nửa số chất dẻo mà chúng ta sử dụng hàng ngày là được thu hồi và tái sử dụng - phần lớn số chất dẻo này vẫn kết thúc chu kỳ sản phẩm của chúng tại các bãi chôn lấp rác. Theo Hiệp hội Tái chế chất dẻo châu Âu (tổ chức đại diện cho các công ty tái chế chất dẻo theo phương pháp cơ học), năm 2008 châu Âu thải ra khoảng 25 triệu tấn phế thải chất dẻo. Cũng trong năm đó, châu Âu đã chuyển hóa khoảng 50 triệu tấn chất dẻo nguyên sinh để chế biến thành các sản phẩm. Khoảng 51% lượng chất dẻo phế thải đã phát sinh, tức là 12,8 triệu tấn, đã được thu hồi và tái sử dụng. Trong số 12,8 triệu tấn này thì có 5,3 triệu tấn được tái chế bằng phương pháp cơ học và 7,5 triệu tấn được xử lý để thu hồi năng lượng. Đối với các quốc gia đứng đầu về mặt thu hồi chất dẻo như Đức và Thụy Sĩ, thu hồi năng lượng là hoạt động chủ yếu trong các hoạt động thu hồi chất dẻo để tái sử dụng. Trong những năm qua, các nước trên thế giới đã buộc phải đẩy mạnh nỗ lực tái chế chất dẻo do lượng sử dụng các chất dẻo đã tăng rất nhanh: năm 1950 sản lượng 3 chất dẻo toàn cầu chỉ mới đạt 1,5 triệu tấn, nhưng đến năm 2008 con số này đã tăng vọt lên 245 triệu tấn. Hoạt động thu hồi và tái chế chất dẻo có thể được chia thành ba mảng: tái chế cơ học, tái chế hóa học và thu hồi năng lượng. Thu hồi năng lượng chỉ đơn thuần là cắt vụn chất dẻo để sử dụng làm nhiên liệu. Khi tái chế bằng phương pháp cơ học, người ta nghiền các sản phẩm như vỏ chai PET hoặc ống nhựa PVC và sử dụng những vật liệu này để sản xuất các sản phẩm mới. Ví dụ, bằng cách này vỏ chai PET có thể được chuyển hóa thành sợi PET để sản xuất quần áo hoặc thảm. Phương pháp tái chế cơ học đơn giản nhất được thực hiện ngay tại nhà máy sản xuất chất dẻo: phế thải từ quá trình sản xuất được nạp trở lại thiết bị để tiến hành sản xuất mẻ sản phẩm tiếp theo. Nhưng những thách thức thực sự mà chúng ta phải đương đầu là các loại phế thải của hàng hóa tiêu dùng: bao bì thực phẩm, đồ chơi, thiết bị y tế, linh kiện xe ôtô. Thị trường chất dẻo tái chế hiện đang phát triển rất nhanh. Nhiều ứng dụng của chất dẻo tái chế, từ ghế công viên cho đến các loại lớp lót thùng, là những ứng dụng dựa trên giá thành thấp của nó. Nhưng trong chuỗi ứng dụng của chất dẻo tái chế, sản phẩm về sau luôn có chất lượng thấp hơn sản phẩm làm từ chất dẻo gốc trước đó. Tái chế cơ học Khi các kỹ thuật chế biến chất dẻo được cải thiện, nhiều sản phẩm tinh vi hơn có thể được sản xuất từ chất dẻo tái chế. Xu hướng ngày càng tăng hiện nay là sản xuất chính sản phẩm ban đầu từ chất dẻo tái chế. Ví dụ cho trường hợp này là các khung cửa sổ PVC. Ngày nay, những khung cửa sổ này có thể được sản xuất bằng cách sử dụng một “lõi” làm từ PVC tái chế và bọc nó trong lớp polyme nguyên chất để đảm bảo độ đồng đều và ổn định của màu sắc cũng như thẩm mỹ của sản phẩm. Máy móc thiết bị được sử dụng để sản xuất những sản phẩm này là những loại máy móc thiết bị rất đặc trưng, vì vậy cho đến nay doanh số khung cửa sổ kiểu này vẫn còn khá thấp. 4 Nhưng Công ty Veka UK, một trong những nhà sản xuất khung cửa sổ PVC, tin rằng doanh số các sản phẩm này sẽ tăng mạnh. Mới đây Công ty đã phát triển kiểu sản phẩm Infinity (Vô tận), trong đó sử dụng đến 80% nguyên liệu tái chế, được cung cấp từ trung tâm tái xử lý mà ở đó Công ty tái chế các khung cửa sổ PVC. Công ty Wavin - một trong những công ty hàng đầu trong lĩnh vực tái chế ống chất dẻo - cũng có cách làm tương tự như Công ty Veka. Công nghệ Recycore của Wavin cho phép sản xuất ống PVC bằng cách sử dụng 50% vật liệu tái chế - vật liệu này được đặt trong lớp giữa của ống. Công ty cho biết, sản phẩm ống với vật liệu tái chế này có những tính chất cơ học tương đương các ống làm từ chất dẻo nguyên sinh, và giá bán của chúng cũng như nhau. Nhưng chất dẻo phế thải cũng đã được sử dụng để tạo ra các sản phẩm hoàn toàn mới. Một ví dụ trên quy mô lớn của việc này đã được thể hiện ở Dubai (Các Tiểu vương quốc Arập thống nhất): ở đây phế thải chất dẻo được thu gom và chuyển hóa thành các “tảng đá ngầm chất dẻo” - chúng được cho đánh chìm xuống Vịnh Arập để thay thế cho các dải đá ngầm san hô đã mất. Những tảng đá ngầm này dự kiến cũng sẽ bảo vệ bờ biển trước quá trình xâm thực của thủy triều. Tái chế hóa học Phương pháp tái chế đang ngày càng phát triển mạnh hiện nay là tái chế hóa học. Đôi khi phương pháp này còn được gọi là tái chế monome, ngày nay nó đang được sử dụng ngày càng nhiều để thu hồi nguyên liệu hữu ích từ phế thải chất dẻo. Phương pháp hóa học phân hủy các polyme và đưa chúng trở về các thành phần ban đầu - các hydrocacbon - sao cho có thể sử dụng làm nhiên liệu hoặc được tái polyme hóa. Tại Ba Lan, mỗi năm có khoảng 1,4 triệu tấn phế thải được đưa đi các bãi chôn lấp rác, trong đó có khoảng 100.000 tấn là vật liệu tổng hợp. Công ty liên doanh Ba Lan- Hunggari Pinter & Tokarz đã phát triển phương pháp gọi là Công nghệ T để sản xuất nhiên liệu lỏng từ phế 5 thải chất dẻo. Công nghệ này sử dụng các polyolefin - loại chất dẻo có sẵn nhất và được sử dụng phổ biến trên thế giới - làm nguyên liệu để chuyển hóa thành các phần nhẹ của dầu nhiên liệu, thường là C5 đến C34. Những sản phẩm thông thường có thể được xử lý gồm có túi mua hàng bằng chất dẻo, bao bì thực phẩm, đồ chơi, một số loại ống chất dẻo, các chi tiết của xe ôtô như đệm giảm xóc. Trong công nghệ của Pinter & Tokarz, dòng phế thải chất dẻo cần được hạn chế ở các polyolefin sạch (polypropylen và polyetylen). Nhưng phương pháp này cũng chấp nhận đến 15% các chất nhiễm bẩn như giấy, cát hoặc nước. Hỗn hợp nguyên liệu được nhiệt phân có xúc tác trong môi trường yếm khí nhằm mục đích phá vỡ các chuỗi polyme. Trong nhà máy áp dụng công nghệ này, một kg chất dẻo có thể được chuyển hóa thành 0,78 kg sản phẩm nhiên liệu lỏng (tương đương 720 lít/tấn). Công nghệ của Pinter & Tokarz đã được áp dụng và triển khai trên thế giới. Một trong những nhà máy mới được xây dựng theo công nghệ này là nhà máy xử lý phế thải tại bãi chôn lấp rác ở Hua Hin, Thái Lan. Chính quyền địa phương ước tính 10% trong số 400.000 tấn phế thải của bãi là chất dẻo. Nếu toàn bộ lượng phế thải ở đây có thể được thu gom và chuyển hóa thì người ta có thể thu được 29 triệu lít dầu. Tái chế chất dẻo phế thải trên quy mô lớn Tại Anh, Công ty Sita mới đây đã nhận được giấy phép xây dựng nhà máy chuyển hóa chất dẻo thành điêzen ở Bristol - đây là nhà máy đầu tiên loại này ở anh. Công ty có kế hoạch xây dựng một công viên thu hồi tài nguyên, tại đây người ta sẽ thu hồi năng lượng từ các loại phế thải hỗn hợp để giảm thiểu lượng phế thải cần chôn lấp. Một bộ phận then chốt của công viên là xưởng chuyển hóa các phế thải chất dẻo như h ộp đ ựng s ữa chua, h ộp đ ựng cơm văn ph òng,  thành nhiên liệu điêzen. Nếu hoạt động với toàn bộ công suất, công viên sẽ sản xuất khoảng 4,2 triệu lít điêzen mỗi năm từ 6000 tấn phế thải chất dẻo. Nhà máy chuyển hóa phế thải chất dẻo của Công ty Sita được dự kiến sẽ khánh thành vào năm 2013, áp dụng công nghệ của Công ty Cynar (Ailen). Mỗi ngày, nhà máy có thể xử lý đến 20 tấn phế thải chất dẻo hỗn hợp, từ đó sản xuất 19.000 lít nhiên liệu với hiệu suất chuyển hóa 95%. Nhưng đây mới chỉ là nhà 6 máy đầu tiên trong số nhiều nhà máy loại này sẽ sớm được khánh thành. Giám đốc Công ty Sita cho biết, sắp tới họ dự định sẽ xây dựng 10 nhà máy tương tự để xử lý phế thải chất dẻo và chuyển hóa thành nhiên liệu điêzen. Nhưng kế hoạch xây dựng 10 nhà máy của Công ty Sita đã bị lu mờ trước công bố mới đây về hợp đồng hợp tác giữa Công ty JBI (Canađa) và Công ty Rock Tenn (công ty hàng đầu trong lĩnh vực bao bì của Mỹ). Theo hợp đồng 10 năm giữa 2 công ty, JBI sẽ xây dựng các nhà máy xử lý phế thải chất dẻo để chế biến thành dầu mỏ tại các cơ sở của Tock Tenn, nơi hiện đang tích trữ những núi phế thải chất dẻo ngày càng lớn vì trong khi tạo ra phế thải chất dẻo từ các nhà máy sản xuất giấy, Rock Tenn đã vận hành một số cơ sở thu gom phế thải. Công ty JBi cũng sẽ có khả năng khai thác và xử lý chất dẻo tại các địa điểm chuyên lưu trữ chất dẻo phế thải của Rock Tenn. Về cơ bản, điều này có nghĩa là khả năng tiếp cận nguồn nguyên liệu từ hố lưu trữ phế thải chất dẻo khổng lồ, nơi mà Rock Tenn đã tập kết phế thải chất dẻo trong suốt vài năm qua. JBI cho biết công nghệ chuyển hóa chất dẻo thành nhiên liệu của họ đạt hiệu suất chuyển hóa 90% chất dẻo phế thải. 8% tiếp theo được thu hồi ở dạng các khí như metan và etan, những khí này sẽ được nén và lưu kho. 2% còn lại là chất rắn có thể được chôn lấp. Theo JBI, công nghệ của họ có ưu điểm so với các công nghệ khác là không cần phải rửa hoặc xử lý nguyên liệu bằng bất cứ cách nào. Công nghệ này được áp dụng cho phế thải chất dẻo hỗn hợp và chuyển hóa chúng thành điêzen, dầu đốt hoặc nhiên liệu naphtha nhẹ. Tái chế thành nguyên liệu gốc Nhưng cũng có những cách khác để xử lý phế thải chất dẻo, đó là chuyển hóa chúng thành các chất dẻo khác. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Tổng hợp Dublin (Ailen) đang tìm cách xác định các vi sinh vật có khả năng chuyển hóa phế thải chất dẻo thành polyme có thể phân hủy sinh học là polyhydroxyalkanoat (PHA). 7 PHA thực ra là một nhóm các polyeste dẫn xuất từ nguyên liệu sinh học (kể cả PHB, polyhydroxybutylrat) mà hiện nay đã được sản xuất trên quy mô thương mại. Ví dụ, Công ty Telles (Mỹ) đang sản xuất sản phẩm polyme gọi là Mirel đi từ bột ngô, sử dụng các vi khuẩn đã biến đổi gen để chuyển hóa đường trực tiếp thành chất dẻo, sau đó chất dẻo này được tách ra và chế biến thành nhựa. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Tổng hợp Dublin cũng đang tìm cách sử dụng vi khuẩn do chính họ tạo ra để chuyển hóa phế thải chất dẻo thành PHA. Trong quá trình này, trước tiên phế thải sẽ được nhiệt phân để phân hủy. Khi tái chế phế thải PET, trước tiên phế thải chất dẻo này sẽ được nhiệt phân ở 450oC, tạo ra các phần chất rắn, chất lỏng và khí. Chất lỏng và khí được đốt để thu hồi năng lượng, nhưng phần chất rắn (chứa axit terephtalic) được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất PHA nhờ tác dụng của vi khuẩn. Axit terephtalic (TA) thường không bị vi khuẩn phân hủy, nhưng các nhà nghiên cứu tại Dublin đã tách được 32 chủng vi khuẩn từ đất và tìm ra 3 chủng có thể chuyển hóa Ta thành PHA. Trước đây, vi khuẩn tách ra từ đất đã được sử dụng để phân hủy các hạt PET tại nhà máy xử lý chai PET phế thải. Các nhà nghiên cứu đã tìm cách chuyển hóa chất dẻo thông dụng nhất là PE thành PHA bằng cách là trước tiên nhiệt phân nó thành dạng sáp. Họ cũng đã chuyển hóa được dầu styren (từ polystyren đã nhiệt phân) thành PHA theo cách tương tự. Dự án sản xuất PHA của Đại học Tổng hợp Dublin được Cục Bảo vệ môi trường Ailen tài trợ với mục tiêu tối ưu hóa quá trình sinh học và mở rộng lên quy mô lớn để sản xuất các loại polyme. Nếu dự án này thành công, nó có thể mở ra hướng mới để sản xuất PHA mà không phải dựa vào các loại cây trồng, ví dụ như ngô. Tái chế phế thải cao su Trong lĩnh vực xử lý và tái chế chất dẻo phế thải, phế thải cao su là một trong những loại polyme đáng được quan tâm nhất. Tại các nước EU, chỉ riêng năm 2009 đã có khoảng 2,5 triệu lốp xe ôtô hết tuổi thọ sử dụng và cần phải được loại bỏ. Nhưng từ năm 2006, EU đã cấm chôn lấp lốp ôtô, cho dù nguyên chiếc hay đã cắt vụn. 8 Trên thực tế, sản phẩm cao su phế thải sau khi cắt vụn có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng giá trị thấp: ví dụ làm chất độn trong xây dựng, làm lớp đất nhân tạo cho các sân chơi thể thao hoặc làm nhiên liệu bổ sung trong các nhà máy nhiệt điện, các lò nung xi măng. Nhưng các phương pháp này sẽ sớm được thay thế bằng phương pháp khác: Công ty Pyreco (Anh) đang có kế hoạch xử lý 60.000 tấn lốp mỗi năm tại nhà máy mới ở Tesside nhằm mục đích thu hồi khí, dầu và muội than. Nhà máy này sẽ được khánh thành trong năm 2012 và là nhà máy nhiệt phân lốp quy mô lớn đầu tiên của châu Âu. Ban đầu, sản phẩm nhiệt phân có thể được sử dụng để tạo ra năng lượng, nhưng về dài hạn chúng có thể được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất các sản phẩm khác. . Những tiến bộ mới trong xử lý phế thải chất dẻo trên thế giới 2 • chất dẻo • hóa học môi trường • polymer • tái chế chất dẻo • xử lý phế thải Chất dẻo. hướng mới để sản xuất PHA mà không phải dựa vào các loại cây trồng, ví dụ như ngô. Tái chế phế thải cao su Trong lĩnh vực xử lý và tái chế chất dẻo phế thải, phế thải cao su là một trong những. hiện đang tích trữ những núi phế thải chất dẻo ngày càng lớn vì trong khi tạo ra phế thải chất dẻo từ các nhà máy sản xuất giấy, Rock Tenn đã vận hành một số cơ sở thu gom phế thải. Công ty