Wraz ze wzrostem produkcji i zużycia dóbr materialnych zwiększa się obciążenie środowiska naturalnego zużytymi opakowaniami. W całej ilości odpadów komunalnych w Europie udział opakowań stanowi ok. 50% ich masy, a ujęciu objętościowym ok. 70%. Z kolei wśród zużytych opakowań największą pozycję stanowią opakowania z papieru i tektury. Ich udział określa się na ok. 34% w ujęciu wagowym i ok. 44% w ujęciu objętościowym. Oznacza to, że na jednego mieszkańca w poszczególnych krajach Europy przypada ok. 100 do 200 kg odpadów rocznie w postaci zużytych opakowań, w tym od 34 do 70 kg opakowań z tektury i papieru [8].

Wprowadzenie

W celu ograniczenia obciążenia środowiska naturalnego konieczne jest wprowadzenie odpowiednich regulacji prawnych i zarządzeń. W Unii Europejskiej wprowadza się m.in. następujące kryteria tzw. trzech „Re” [7], [8]:

- Reduction at source - ograniczenie do niezbędnej ilości opakowań oraz ich wielkości i objętości.
- Reuse - ponowne używanie tych samych opakowań.
- Recycling - wtórne przetwarzanie opakowań.

Pierwsze dwa z wymienionych kierunków działań mają w przypadku opakowań z papieru i tektury mniejsze znaczenie. Ze względów higieniczno-sanitarnych, a także promocyjno-reklamowych oraz z uwagi na konieczność zabezpieczenia jakości i trwałości wyrobów z opakowań nie można całkowicie zrezygnować. Należy także nadmienić, iż opakowania z papieru i tektury to najczęściej opakowania jednorazowego użytku [1]. W takiej sytuacji najbardziej efektywnym sposobem ograniczenia obciążenia środowiska jest powtórne przetwórstwo opakowań papierowych - czyli ich recykling.

Większość opakowań z tektury i papieru nadaje się do ponownego przetwórstwa. Zużycie ich jako makulatury wzrasta obecnie w wielu krajach Europy Zachodniej. Zauważyć jednak należy, iż różne opakowania różnią się przydatnością do ponownego przetwórstwa. Szczególnie duże problemy sprawiają opakowania niejednolite surowcowo - tzw. opakowania kombinowane. Pod pojęciem opakowań kombinowanych rozumie się opakowania wykonane z różnych materiałów (nie tylko papieru) lub materiałów łączonych warstwowo.

W opracowaniu niniejszym przedstawiono metody recyrkulacji opakowań kartonowych na napoje (ang. beverage aseptic cartons), które są typowym przykładem opakowań kombinowanych.

Opis aseptycznych opakowań kartonowych na napoje

Przykładem aseptycznego opakowania na napoje jest najpopularniejsze dziś pudełko „Tetra Brick Aseptic”. Materiałem opakowaniowym jest najczęściej laminat składający się z 6 warstw (rys. 1). Główną z nich jest karton, który stanowi 74% masy całego opakowania. Karton tworzy korpus całego opakowania nadając mu sztywność i wytrzymałość. Polietylen, stanowiący 22% masy opakowania, zabezpiecza otoczenie kartonika przed zamoczeniem, łączy karton z folią oraz pozwala zamknąć napełnione opakowanie zgrzewając ze sobą ścianki. Folia aluminiowa (4%) stanowi dodatkową barierę dla światła i tlenu (zapewnia aseptyczność) [10].




Rys. 1. Typowy skład opakowania na napoje: budowa opakowania i jego przekrój [9], [11], [12]

Rynek opakowań tego typu rozwija się bardzo dynamicznie. W ciągu ostatnich kilku lat zużycie kartonu aseptycznego wzrosło 2-krotnie [9]. W opakowaniach aseptycznych umieszcza się coraz więcej płynów spożywczych (w Europie ok. 70 mln litrów dziennie!). Wszystko to razem powoduje, że konieczne jest racjonalne zagospodarowanie odpadów po tych opakowaniach.

Metody recyrkulacji opakowań na napoje

Przy odzyskiwaniu surowców z opakowań aseptycznych napotyka się szereg trudności. Laminat nie poddaje się łatwo przerobowi jako surowiec wtórny. Konieczne jest oddzielenie poszczególnych składników tj. papieru, folii aluminiowej i polietylenu [9], [10]. Dodatkowym utrudnieniem jest tutaj fakt, iż zużyte opakowania tego typu trafiają najczęściej do mieszanych odpadów komunalnych na wysypisko [4], [5]. Zatem przed przetwarzaniem odpady te należy posortować. Konieczna jest więc odpowiednia infrastruktura zbierania zużytych opakowań. Przykład złożonego systemu oddzielania poszczególnych składników proponuje producent opakowań Firma Tetra Pack – schemat na rysunku 2.


Rys. 2. System oddzielania poszczególnych składników opakowania kombinowanego [13]

W procesie recyrkulacji opakowań aseptycznych możliwe są różne alternatywne metody postępowania. Zagadnienie to ilustruje ogólny schemat przedstawiony na rysunku 3.
Opakowania można utylizować w całości po przez spalanie z odzyskiem energii lub przez oddzielenie poszczególnych składników [3]. Przykładem może tu być papiernia Nesa w Hiszpanii, gdzie przerabia się w sposób opłacalny 2 tyś. ton kartoników po napojach rocznie. Odzyskiwane są przy tym mocne włókna celulozowe. Nadają się one do produkcji papieru na worki i torby do pakowania produktów przemysłowych. W Niemieckiej fabryce w Diez uruchomiono natomiast już w 1990 r. produkcję z tych opakowań wodoodpornych twardych płyt o dobrych wskaźnikach wytrzymałościowych oraz termicznych i akustycznych właściwościach izolacyjnych. Można je stosować m.in. na parkiety lub na wysokojakościowe meble. Płyty te o nazwie Tectan, formuje się przez prasowanie na gorąco z rozdrobnionych opakowań po napojach [10].


Rys. 3. Alternatywne metody recyrkulacji opakowań aseptycznych

Wykorzystuje się również specjalne urządzenia i maszyny, które oddzielają włókna papiernicze przez wypłukiwanie (np. system firmy Regenex) [11]. Folie (aluminiowa i polietynowa) nie ulegają rozdrobnieniu i w procesie oddzielania włókien papierniczych stanowią odrzut. Odzyskiwane włókna papiernicze nie są ponownie wykorzystywane do produkcji opakowań aseptycznych. W czasie ich produkcji wykorzystuje się bowiem w 80% włókna pierwotne [10]. Zatem w przypadku masy papierniczej można zrealizować jedynie otwarty cykl recyklingu, gdzie z włókien wtórnych wytwarza się inne produkty niż produkt wyjściowy [4].

Przykład pojedynczego modułu systemu Regenex przedstawiono na rys. 4.


Rys. 4. Pojedynczy segment systemu Regenex: 1 – strumień masy opakowań kombinowanych, 2 – strumień wody (natężenie przepływu około 4 l/min), 3 – układ obracających się w przeciwne strony perforowanych bębnów, 4 – włókna papierowe do dalszego przetwarzania

Z otrzymanego papierniczego surowca wtórnego można wytwarzać wiele produktów. Istnieje tu wiele możliwości, których realizacja zależy od potrzeb rynku i inwencji wytwórców. Alternatywne wykorzystanie wtórnych włókien papierniczych uzyskanych z przerobu zużytych opakowań po napojach przedstawia tabela poniżej.



Oddzielone folie można utylizować przez spalanie z odzyskiem energii. Wartość kaloryczna przy spalaniu folii aluminiowej jest taka sama jak przy spalaniu węgla. Przy spalaniu polietylenu zysk energetyczny jest jeszcze wyższy [9]. System spalania odpadów z opakowań mieszanych przedstawiono na rysunku 5.


Rys. 5. System spalania odpadów z opakowań mieszanych [13]

Poza spalaniem możliwe jest odzyskiwanie z mieszaniny obu rodzajów folii aluminium. Uzyskuje się dzięki temu cykl zamknięty recyklingu dla folii aluminiowej (wspólny program rozwojowy firm Gränges Eurofoil i Tetra Pak) [6]. W procesie tym w pierwszej kolejności następuje rozdrabnianie mieszaniny na rozdrabniaczu specjalnej konstrukcji. Potem realizowane jest sortowanie grawitacyjno-indukcyjne (rys. 6). Uzyskana w ten sposób frakcja zawiera 17% aluminium. Następnie przeprowadzany jest proces termicznego wydzielania aluminium. Dokładnie reguluje się w nim temperaturę i cyrkulacje gazów, aby uniknąć znacznego utleniania się aluminium przy spalaniu pozostałych składników - możliwość odzyskiwania energii. Uzyskane aluminium może być dalej przetwarzane (odlewanie wlewków. prasowanie, walcowanie itd.) tak, by uzyskać w efekcie folię wykorzystywaną do produkcji opakowań na napoje.



Rys. 5. Separacja grawitacyjno - indukcyjna [2], [6]

Efektywność odzyskiwania tego nowatorskiego procesu jest znaczna bowiem dochodzi ona do 30 ¸ 35% masy folii wyjściowej. Najbardziej popularne w procesie recyrkulacji opakowań jest ich spalanie z odzyskiem energii. Jedno typowe opakowanie waży 25 g. Spalenie 2 ton zużytych opakowań daje tyle samo energii co jedna tona ropy. Wspomniane wcześniej spalanie odpadów powstałych po oddzieleniu włókien papierniczych ma także wysoką wartość opałową, która wynosi 40 ¸ 41 MJ/kg odpadów [6], [9], [10]. Pozostałość po spaleniu odpadów po tych opakowaniach w postaci popiołu stanowi nie więcej niż 6% ich wyjściowej ilości. Jest więc niższa niż w przypadku węgla, po spaleniu którego pozostaje 10 ¸ 20% popiołu. Odzyskiwana energia może być wykorzystywana do wielu celów (ogrzewanie mieszkań, przemysł itp.) dzięki czemu są oszczędzane surowce kopalne.

Z uwagi na konieczność ograniczenia emisji szkodliwych substancji toksycznych proces spalania powinien odbywać się w ściśle określonych warunkach i przy określonych przez UE parametrach [3]. Tutaj także konieczne jest więc sortowanie odpadów w celu wyeliminowania materiałów zawierających polichlorek winylu (PVC), związki chloru, ołów i rtęć, które powodują szkodliwe emisje. W celu podniesienia wydajności procesu sortowania konieczna jest jego automatyzacja. W wielu firmach utylizacyjnych funkcjonuje już szereg systemów automatyzacji procesu sortowania odpadów po opakowaniach. Najbardziej znane z nich to Magnetyczny System Separacji (Magnetic Separation System - MSS), Technika Separacji indukcyjnej (Eddy-current separation technique), technika sortowania na podstawie koloru (Systems Separation by Color, VHS-OPTISORT System) [2].

Podsumowanie

Większość przedstawionych metod recyrkulacji opakowań po napojach wymaga wdrożenia skutecznych systemów selektywnej zbiórki zużytych opakowań. W wielu krajach takie systemy już funkcjonują. Szacuje się, że w roku 2005 w Europie Zachodniej recyklingowi podlegać będzie rocznie ponad 25 tyś. ton kartonów po napojach, co stanowi ok. 35% całkowitej ich sprzedaży [11], [12]. Jest to znacząca ilość świadcząca o dużej efektywności działających systemów zbierania i sortowania odpadów. Ekonomiczna opłacalność takiego poziomu recyklingu zależy od możliwości zbytu produktów wytwarzanych z odzyskanych surowców oraz od ilości odzyskanej energii w przypadku spalania tego typu opakowań. Jeśli chodzi o wybór metody pozyskiwania zużytych opakowań to w grę wchodzi tutaj selektywna zbiórka u źródła, czyli w domu konsumenta, albo sortowanie odpadów z wysypisk (konieczność automatyzacji).

W procesie recyrkulacji zużytych opakowań po napojach możliwe jest realizowanie cykli otwartych dla włókien papierniczych - czyli wytwarzanie z wtórnych materiałów włóknistych innych produktów. Możliwe jest także wdrożenie cykli zamkniętych (dla folii aluminiowej), gdzie z odzyskanego aluminium można wytwarzać nowe opakowania.

Opisane powyżej metody umożliwiają przetwarzanie zużytych opakowań po napojach stosując różne systemy techniczne obróbki w układzie recyklingu. Przedstawione przykłady obrazują nam fakt, iż możliwe są alternatywne metody postępowania ze zużytymi opakowaniami. Optymalnym rozwiązaniem w danych warunkach będzie metoda charakteryzująca się minimalnymi nakładami finansowymi oraz maksymalnym ograniczeniem obciążenia środowiska naturalnego. Należy podkreślić, iż optymalne warunki będą także zmienne wraz z rozwojem techniki i postępu w zakresie ochrony środowiska.

LITERATURA

[1] Berndt D.: Design for recycling and sustainability categorization of packaging into these areas. R`97 International Congress. Recovery Recycling Re-integration. Geneva, Switzerland. February 4 - 7 (1997)
[2] Crow Ch., Kenny G.R.: New Challenges developments in plastic sorting. R`97 International Congress. Recovery Recycling Re-integration. Geneva, Switzerland. February 4 - 7 (1997)
[3] Jankowski J.: Czy można spalać zużyte opakowania? Przegląd Papierniczy. No 3, Vol. 51, 127 (1995)
[4] Kikiewicz Z.: Sustainable forestry and paper industry development for the 21-st century. 4th International Conference. Problems on agricultural and forest engineering. Warsaw. June 23 - 35 (1997)
[5] Knutsson L., Nyström T.: Closed loop recycling of aluminum foil in beverage cartons - now technically realized. R`97 International Congress. Recovery Recycling Re-integration. Geneva, Switzerland. February 4 - 7 (1997)
[6] Marley M.E.: UK Regulations on packaging - from mill to retailer. Paper Technology. No 2, Vol. 38, 2 (1997)
[7] Skrzypek M.: Proekologiczne regulacje prawne w Niemczech i Austrii. Przegląd Papierniczy. No 9, Vol. 52, 445 (1996)
[8] Trytsman-Gray L.: The career of the carton. Paper a. Board. No 2, Pag. 65 (1994)
[9] Wandelt P.: Krótka historia wielkiego imperium opakowaniowego. Przegląd Papierniczy. No 9, Vol. 52, 436 (1996)
[10] Wendelt P.: Przerób nieprzerabialnego czyli nowy system przerobu papierów laminowanych. Przegląd Papierniczy. No 11, Vol. 52, 579 (1996)
[11] www.opakowania.com.pl
[12] www.tetrapak.com - producent Tetra Brick Aseptic
[13] Mroziński A., Kikiewicz Z.: Ekologiczne opakowania żywności. Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna „Zboża – Mąka – Pieczywo”, Mikołajki, 28-30 kwietnia 2003
[14] Mroziński A.: Ekologiczne cykle opakowań. Inżynieria i Aparatura Chemiczna, Nr 1-2/2005, Vol. 44(36), str. 71-72
[15] Mroziński A., Kikiewicz Z.: Recyrkulacja makulatury w Polsce. Inżynieria Maszyn 18/2001, XI International Conference on Machinery Recycling, ATR Bydgoszcz, Bydgoszcz, 23-24 maj 2001, str. 329-337
[16] Mroziński A., Kikiewicz Z., Flizikowski J.: Problemy recyklingu włókien makulaturowych. I-sza Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna, Problemy Recyklingu, Rogów, 27-28 listopada 2001, str. 63-70
[17] Kikiewicz Z., Mroziński A.: Próba optymalizacji cyklu życia masy papierniczo-makulaturowej. Inżynieria Maszyn 15/1998, VIII International Conference on Machinery Recycling, ATR Bydgoszcz, Bydgoszcz, 24 kwiecień 1998, str. 151-162
[18] Kikiewicz Z., Mroziński A.: Model recyklingu opakowań po napojach. Inżynieria Maszyn 15/1998, VIII International Conference on Machinery Recycling, ATR Bydgoszcz, Bydgoszcz, 24 kwiecień 1998, str. 163-170

Komentarze