Cпособи переробки полімерних відходів
DOI:
https://doi.org/10.33216/1998-7927-2025-287-1-67-76Ключові слова:
полімерні відходи, циклічна економіка, технології переробки, синтетичні полімери, біорозкладані полімериАнотація
Проведено аналіз існуючих способів утилізації пластикових відходів, таких як захоронення, спалювання, механічна та хімічна переробка. Показано переваги та недоліки існуючих способів утилізації та переробки пластмасових відходів в різних частинах світу. Так, захоронення та спалювання є найпоширенішими та найдешевшими способами утилізації полімерних відходів. Захоронення призводить лише до накопичення відходів на сміттєзвалищах, а спалювання полімерних відходів дозволяє регенерувати значну кількість енергії, що може бути використана в різних галузях. Проте спалювання генерує надмірне виділення парникового газу в атмосферу, що негативно впливає на навколишнє середовище. Механічна та хімічна переробка полімерних відходів дозволяє знижувати обсяги відходів та повторно використовувати матеріали. Проте при обробці пластиків важливою є проблема сортування відходів, що ускладнює переробку пластикових сумішей та знижує ефективність використання цих технологій.
Проведено пошук нових підходів в процесах утилізації та переробки полімерних відходів, що дозволять реалізувати принципи циклічного використання матеріалів.
Розглянуто особливості процесів переробки різних типів полімерних матеріалів методами механічної та хімічної переробки з попереднім сортуванням за типами. Встановлено можливості повторного застосування отриманих продуктів перероблення полімерних матеріалів. Проаналізовано можливість застосування біополімерів для вирішення проблеми утилізації полімерних відходів. Розглянуто можливість застосування принципів циклічної економіки до організації переробки відходів біополімерів. Показано можливість ефективного поєднання комплексних рішень в напрямку управління полімерними відходами при реалізації засад бережного виробництва.
Запропоновано комплексний підхід до переробки полімерних відходів синтетичних та біополімерів шляхом їх перетворення у продукти придатні для повторного використання з використанням сучасним методів та підходів, цифрових технологій та нових концепцій. Застосування елементів діджиталізації при організації переробки полімерних відходів дозволить перенести ці технології на наступний щабель розвитку для забезпечення сталого розвитку та покращення екологічної ситуації.
Посилання
1. Harvey, J. A., Tougeron, K., Gols, R., Heinen, R., Abarca, M., Abram, P. K., ... & Chown, S. L. Scientists' warning on climate change and insects. Ecological monographs, 2023. 93(1), e1553.
2. Yang, M., Chen, L., Wang, J., Msigwa, G., Osman, A. I., Fawzy, S., ... & Yap, P. S. Circular economy strategies for combating climate change and other environmental issues. Environmental Chemistry Letters, 2023. 21(1), 55-80.
3. Abarca, M., Larsen, E. A., & Ries, L. Heatwaves and novel host consumption increase overwinter mortality of an imperiled wetland butterfly. Frontiers in Ecology and Evolution, 2019. 7, 193.
4. Steffen, W., Richardson, K., Rockström, J., Cornell, S. E., Fetzer, I., Bennett, E. M., ... & Sörlin, S. Planetary boundaries: Guiding human development on a changing planet. Science, 2015. 347(6223), 1259855.
5. Venter, O., Sanderson, E. W., Magrach, A., Allan, J. R., Beher, J., Jones, K. R., ... & Watson, J. E. Sixteen years of change in the global terrestrial human footprint and implications for biodiversity conservation. Nature communications, 2016. 7(1), 12558.
6. Cooper, D. R., & Gutowski, T. G. The environmental impacts of reuse: a review. Journal of Industrial Ecology, 2017. 21(1), 38-56.
7. Guerrero, M. Hogland, 2013 Guerrero L., Mass G., Hogland W. Solid waste management, Waste Management, 2013. 33(1), 220-232.
8. Aguilar-Hernandez, G. A., Sigüenza-Sanchez, C. P., Donati, F., Merciai, S., Schmidt, J., Rodrigues, J. F., & Tukker, A. The circularity gap of nations: A multiregional analysis of waste generation, recovery, and stock depletion in 2011. Resources, Conservation and Recycling, 2019. 151, 104452.
9. United states Environmental Protection Agency National overview: facts and figures on materials, wastes and recycling. https://www.epa.gov/facts-and-figures-about-materials-waste-and-recycling/national-overview-facts-and-figures-materials. Accessed April 25, 2015. 2022
10. Zhu Y, Zhang Y, Luo D, Chong Z, Li E, Kong X A review of municipal solid waste in China: characteristics, compositions, influential factors and treatment technologies. Environ Dev Sustain 2021. 23:6603–6622. https://doi.org/10.1007/s10668-020-00959-9
11. Li J, Xiao F, Zhang L, Amirkhanian SN. Life cycle assessment and life cycle cost analysis of recycled solid waste materials in highway pavement: a review. J Clean Prod 2019. 233:1182–1206. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.06.061
12. Abdel-Shafy HI, Mansour MSM. Solid waste issue: sources, composition, disposal, recycling, and valorization. Egypt J Pet 27:1275–1290. 2018. https://doi.org/10.1016/j.ejpe.2018.07.003
13. Chen L, Wang L, Cho D-W, Tsang DCW, Tong L, Zhou Y, Yang J, Hu Q, Poon CS Sustainable stabilization/solidification of municipal solid waste incinerator fly ash by incorporation of green materials. J Clean Prod 222:335–343. 2019. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.03.057
14. Ibrahim MIM, Mohamed NAEM Towards sustainable management of solid waste in Egypt. Procedia Environ Sci 34:336–347. 2016. https://doi.org/10.1016/j.proenv.2016.04.030
15. Evode, S.A. Qamar, M. Bilal, D. Barceló, H.M. Iqbal Plastic waste and its management strategies for environmental sustainability Case Studies in Chemical and Environmental Engineering, 4. 2021, Article 100142
16. Y.-Y. Lai, Y.-M. Lee Management strategy of plastic wastes in Taiwan Sustainable Environment Research, 32 (2022), pp. 1-10
17. Z. Yuan, R. Nag, E. Cummins Human health concerns regarding microplastics in the aquatic environment - from marine to food systems Sci Total Environ, 823 (2022), Article 153730
18. P. Emenike, O. Araoye, S. Academe, P. Unokiwedi, D. Omole The effects of microplastics in oceans and marine environment on public health–a mini-review IOP conference series: earth and environmental science, IOP Publishing, 2022. Article 012019
19. Y. Chen, S. Selvinsimpson Current trends, challenges, and opportunities for plastic recycling Plastic and Microplastic in the Environment: Management and Health Risks, 2022, Pp. 205-221
20. D. Pan, F. Su, C. Liu, Z. Guo Research progress for plastic waste management and manufacture of value-added products Advanced Composites and Hybrid Materials, 3, 2020, Pp. 443-461
21. Geyer, R., Jambeck, J.R., Law, K.L. Production, use, and fate of all plastics ever made. Sci. Adv. 3, 2017. e1700782.
22. T. Astrup, J. Møller, T. Fruergaard Incineration and co-combustion of waste: accounting of greenhouse gases and global warming contributions Waste Manag Res, 27, 2009. Pp. 789-799
23. Geyer, R., Jambeck, J. R., & Law, K. L. Production, use, and fate of all plastics ever made. Science advances, 3(7), 2017. e1700782.
24. Geyer, R. Production, use, and fate of synthetic polymers. In Plastic waste and recycling, 2020. Pp. 13-32. Academic Press.
25. Lopez, G., Artetxe, M., Amutio, M., Alvarez, J., Bilbao, J., & Olazar, M. Recent advances in the gasification of waste plastics. A critical overview. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018. 82, 576-596.
26. Kan, M. Dynamic flows and stocks of plastics in the United States and pathways towards zero plastic pollution by 2050 (Doctoral dissertation), 2021.
27. Heller, M. C., Mazor, M. H., & Keoleian, G. A. Plastics in the US: toward a material flow characterization of production, markets and end of life. Environmental Research Letters, 2020. 15(9), 094034.
28. Jiang, X., Wang, T., Jiang, M., Xu, M., Yu, Y., Guo, B., ... & Zhu, B. Assessment of plastic stocks and flows in China: 1978-2017. Resources, Conservation and Recycling, 2020. 161, 104969.
29. P.O. Awoyera, J.M. Ndambuki, J.O. Akinmusuru, D.O. Omole Characterization of ceramic waste aggregate concrete HBRC journal, 14. 2018. Pp. 282-287
30. P.O. Awoyera, A. Adesina Plastic wastes to construction products: Status, limitations and future perspective Case Stud Constr Mater, 12, 2020. Article e00330
31. J.N. Hahladakis, E. Iacovidou An overview of the challenges and trade-offs in closing the loop of post-consumer plastic waste (PCPW): Focus on recycling J Hazard Mater, 380, 2019, Article 120887
32. N. Singh, D. Hui, R.Singh, I.Ahuja, L.Feo, F.Fraternali Recycling of plastic solid waste: a state of art review and future applications Compos B Eng, 115, 2017. Pp. 409-422
33. S. Serranti, G. Bonifazi Techniques for separation of plastic wastes Use of recycled plastics in eco-efficient concrete, Elsevier, 2019. Pp. 9-37
34. O. Kho, H. Hsien LCA of plastic waste recovery into recycled materials Energy and Fuels in Singapore, 145, 2019. P. 67
35. Y. Aryan, P. Yadav, S.R. Samadder Life Cycle Assessment of the existing and proposed plastic waste management options in India: a case study J Clean Prod, 211 (2019), pp. 1268-1283
36. R.V. de Camargo, C. Saron Mechanical–chemical recycling of low-density polyethylene waste with polypropylene J Polym Environ, 28, 2020. Pp. 794-802
37. M.Y. Khalid, Z.U. Arif, W. Ahmed, H. Arshad Recent trends in recycling and reusing techniques of different plastic polymers and their composite materials Sustainable Materials and Technologies, 2021, Article e00382
38. F. Khalid, J. Irwan, M.W. Ibrahim, N. Othman, S. Shahidan Performance of plastic wastes in fiber-reinforced concrete beams Construct Build Mater, 183, 2018. Pp. 451-464
39. M.L. Henriksen, C.B. Karlsen, P.Klarskov, M. Hinge Plastic classification via in-line hyperspectral camera analysis and unsupervised machine learning Vib Spectrosc, 118, 2022, Article 103329
40. S. Serranti, V. Luciani, G. Bonifazi, B. Hu, P.C. Rem An innovative recycling process to obtain pure polyethylene and polypropylene from household waste Waste Manag, 35, 2015. Pp. 12-20
41. X. Song, W. Hu, W. Huang, H. Wang, S. Yan, S. Yu, F. Liu Methanolysis of polycarbonate into valuable product bisphenol A using choline chloride-based deep eutectic solvents as highly active catalysts Chem Eng J, 388, 2020. Article 124324
42. J.-S. Bae, S.-K. Oh, W. Pedrycz, Z. Fu Design of fuzzy radial basis function neural network classifier based on information data preprocessing for recycling black plastic wastes: comparative studies of ATR FT-IR and Raman spectroscopy Appl Intell, 49, 2019. Pp. 929-949
43. Song, J. H., Murphy, R. J., Narayan, R., & Davies, G. B. H. (2009). Biodegradable and compostable alternatives to conventional plastics. Philosophical transactions of the royal society B: Biological sciences, 364(1526), 2127-2139.
44. Šprajcar, M., Horvat, P., & Kržan, A. Biopolymers and bioplastics: plastics aligned with nature. Ljubljana: National Institute of Chemistry, 2012.
45. Yamamoto, M., Witt, U., Skupin, G., Beimborn, D., & Müller, R. J. Biodegradable aliphatic‐aromatic polyesters:“Ecoflex®”. Biopolymers Online: Biology• Chemistry• Biotechnology• Applications, 4, 2005.
46. Kiran, E. U., Stamatelatou, K., Antonopoulou, G., & Lyberatos, G. Production of biogas via anaerobic digestion. In Handbook of biofuels production, 2016. (pp. 259-301). Woodhead Publishing.
47. Adami, L., & Schiavon, M. From circular economy to circular ecology: a review on the solution of environmental problems through circular waste management approaches. Sustainability, 2021. 13(2), 925.
48. Leontief, W. The economy as a circular flow. Structural change and economic dynamics, 1991. 2(1), 181-212.
49. Yang, M., Chen, L., Wang, J. et al. Circular economy strategies for combating climate change and other environmental issues. Environ Chem Lett 21, 2023. 55–80. https://doi.org/10.1007/s10311-022-01499-6
50. European Union Directive 2008/98/EC of The European Parliament and of The Council. 2008. https://eurlex.europa.eu/legalcontent/EN/TXT/HTML/?uri=CELEX:32008L0098&from=EN. Accessed April
