Patent umožňuje přeměnu PET lahví v původní surovinu
Převrat v nakládání s použitými plastovými lahvemi je na dosah ruky. Funkčnost patentu českého inženýra Milana Šírka prokázal úspěšný zkušební provoz v laboratorní hale Ústavu chemických procesů Akademie věd ČR. Totální chemická recyklace dokáže přeměnit jakkoli znečištěné PET lahve v nezávadnou panenskou surovinu. Idealistický sen mnoha recyklátorů se brzy stane skutečností: odhozený odpad se přetvoří v plnohodnotný původní výrobek. S nevelkými ztrátami to tak půjde pořád dokola.
Křížová ochrana.
Vynálezce si svůj výjimečný výrobní postup dal okamžitě patentovat. Přihlášku podal koncem roku 2000, český patent získal 31. května 2001. Po roce mu udělila patentovou ochranu Jihoafrická republika (27. listopadu 2002) a po dvou USA (18. listopadu 2003). Důkladné patentové rešerše, probíhající nejprve v Česku a posléze i v USA, na zvolené metodě chemické recyklace nic nezpochybnily. Bez svolení autora nesmí nikdo podobný postup v těchto zemích patnáct či dvacet let (dobu stanoví příslušný zákon) použít. Pak by se musel patent za nový poplatek obnovit nebo ochrana pomine.
Návrh zkoumal také evropský patentový úřad EPA. Vydal doklad, že žádost splňuje podmínku novosti, vykazuje potřebný vynálezecký pokrok a je průmyslově využitelný. Evropský patent platí od letošního dubna. V současné době pokračuje patentové řízení v Kanadě, Číně a Japonsku, přihlášky byly podány i v Jižní Koreji, Indii a Izraeli, na závěr zkoumání čekají žádosti o patent v Rusku a na Ukrajině. Národní patenty bude metoda mít i u visegrádských sousedů. Slovenský dekret už Šírek obdržel počátkem letošního roku, na maďarský a polský čeká. Není mnoho českých projektů, které by se těšily tak mohutné patentové ochraně. Ale ani takových, od nichž se tolik očekává.
Vynálezcem z profese Milan Šírek rozhodně není. K řešení ho vyprovokovalo zjištění, kolik PET lahví s různými nápoji se u nás expeduje a kolik se jich vzápětí bez užitku utápí neznámo kde. S nápadem ovšem naložil jako zkušený profesionál a patentoval ho dřív, než ho svěřil odborným posudkům. Nikdo nedostal příležitost ho zcizit. „Krádež nápadu hrozí vždycky. Varováním je i to, když se o to nikdo nepokusí – znamená to, že o nic nejde,“ schvaluje Šírkův postup Václav Veselý z Ústavu chemických procesů Akademie věd ČR, který v rámci dodatečně zadaného výzkumného úkolu pomáhal dát strojařovu technologickému nápadu chemický rozměr.
Příměsí se nelekejte, na množství nehleďte!
Výzkumný úkol, na němž se vedle Ústavu chemických procesů podílel i Ústav makromolekulární chemie, v celém rozsahu potvrdil Šírkovy předpoklady. Na vstupu do zkušebního procesu byla velice znečištěná směs na kousky rozsekaných různobarevných PET lahví s příměsí polyetylenových víček, polypropylenových obalů, úlomků skla, zbytků pivních plechovek a samozřejmě papírových etiket. Také olej, prach a zrnka písku. Ze všeho tohoto balastu jsou na výstupu dvě chemicky čisté látky – kyselina tereftalová a ethylenglykol – jejichž polykondenzací vzniká granulát. Panensky čistý granulát užívaný při výrobě potravinářských lahví.
Oponentka Irena Prokopová z Ústavu polymerů Vysoké školy chemicko-technologické vyjádřila uspokojení, že autoři naplnili záměr ověřit technologický postup chemické recyklace PET lahví na vysoké odborné úrovni. „Velké přednosti materiálu PET, jeho odolnost vůči mikroorganizmům i proti stárnutí, se po jeho odhození rázem mění v nevýhodu. Bez sebemenší patrné změny vydrží po celou délku lidského života. Plýtvat takovýmto odolným materiálem je neekonomické i neekologické, nehledě na to, že hromadící se PET lahve stále více překážejí a ani trochu neubývají. Zničení jejich polymerní struktury při chemické recyklaci a návrat zpět k výchozím surovinám, z nichž se dají vyrobit nové lahve, je tím nejrozumnějším řešením,“ soudí Prokopová. Nic ovšem nenamítá ani proti fyzikální recyklaci, při níž se surovina přetavuje ve vlákna, z nichž se vyrábí stříž (silonová vata). Termickému využití však Prokopová nefandí: „Pálit PET lahve je velice nerozumné a velká škoda!“
O technologické schůdnosti zkoumaného procesu je přesvědčen i oponent Vladimír Václavek z Ústavu chemického inženýrství téže školy. Ředitel odboru odpadů ministerstva životního prostředí Leoš Křenek si pochvaluje, že navrhovaná technologie je formou materiálového využití, které je z ekologického hlediska tím nejpreferovanějším způsobem ze všech.
Z profesní pozice ředitelky oddělení využití odpadů autorizované obalové společnosti EkoKom se Martina Vrbová snaží Šírkův patent nevyzvedávat nad ostatní užívané technologie. Nicméně i její očekávání je veliké: „Pokud bude dořešena ekonomika v celém řetězci nakládání s PET lahvemi (logistika sběru a transport, zpracování a prodej na trhu), má naději na úspěch.“
Kde poklepat základní kámen?
Jako podnikatel si Milan Šírek brzy uvědomil, že by mu celý vějíř patentů a všechny příznivé oponentury byly málo platné, kdyby na trh technologií nepřišel s přesvědčivým referenčním provozem. Vybrané zahraniční firmě proto zadal projekt investičního charakteru: na evropském trhu nalézt vhodná zařízení, která by se flexibilně dala uspořádat vzhledem potřebám navržené linky. Vypočítat optimální zpracovatelskou kapacitu nejen na základě dostupnosti druhotné suroviny, ale především studie proveditelnosti.
Výsledek je povzbudivý – kromě jedné jediné speciální pece lze do unikátní linky zařadit univerzální, běžně vyráběné stroje a přístroje. Jako optimální byla navržena roční kapacita 40 000 tun odpadního materiálu PET. Pro speciální pec byl alespoň nalezen tradiční výrobce, který novým potřebám přizpůsobí už osvědčený projekt.
„Problémem už zůstává jen umístění závodu. Vhodná místa máme vytipována, ale prozradím o nich jen tolik, že jsou jak v Česku, tak na Slovensku. Teď posuzujeme, kde je příhodnější podnikatelské prostředí, lepší vlakové i silniční spojení, jaké kde jsou energetické infrastruktury a především, kde je tradice chemických výrob, a tím i lepší možnost zaangažovat zkušené pracovníky,“ sděluje své nejbližší plány Šírek.
Do Německa a do PVC ne!
Zkušební laboratorní linka s výkonností zpracování pěti kilogramů PET drti za hodinu však navzdory pokročilosti příprav výrobního závodu pojede dál. Bezprostředním úkolem je vyzkoušet všechny dostupné šarže odpadního materiálu, aby nějaká nečekaná kombinace nezlobila až při výrobě.
Druhým cílem je prověřit slabší místa technologie, proceduru zjednodušit, a tím proces zlevnit.
Z již dostupných údajů spočítala expertní firma návratnost půjčky na výstavbu závodu na čtyři až šest let. Velký rozptyl výpočtu neplyne z nedokonalosti početní metody, ale z rozdílů prostředí. Experti vzali v úvahu nejen českou a slovenskou variantu stavby, ale propočítali i náklady, jež by si vyžádala výstavba v Německu. A právě to tvoří horní hranici rozpětí, protože v Německu jsou vyšší nejen investiční náklady, ale nejdražší jsou i náklady provozní.
Recyklační proces je koncipován jako komplexní výrobní jednotka, která produkuje kyselinu tereftalovou, etylenglykol a panenský trasparentní PET granulát. Jak je čí libost, protože kyselinu tereftalovou lze uplatnit i při množství jiných výrob, je ideálním partnerem v kondenzačních a polymeračních procesech. S její pomocí se vyrábějí změkčovadla do jiných plastů – polyetylenů, polypropylenů, polyamidů i PVC. Roli sehrává i při přípravě herbicidů a fungicidů, využívá se v lékařství a semenářství, i při výrobě lepidel a tiskařských prostředků.
Hledat jiné využití pro kyselinu tereftalovou bude mít význam i proto, že se z recyklačního procesu kromě technologických nekázní vůbec neztrácí. Zatímco etylenglykol je podle Václava Veselého z Ústavu chemických procesů AV ČR, že je „rozpustný jako ďábel“ a přimíchává se do odpadních vod a polymerních látek. Jeho ztráty dosahují až 40 procent původní hmotnosti.
Zatíženo politikou i konkurencí.
„Málokteré odvětví je tak závislé na politice jako podnikání v odpadech,“ stěžuje si Veselý. „Nelze dělat dlouhodobé prognózy, na něco se spolehnete, přijde politické rozhodnutí a lidé i firmy se v reakci na něj začnou chovat jinak,“ vysvětluje. Docentka Irena Prokopová naopak zdůrazňuje vazbu úspěšnosti recyklace na politice světové, která stále rozkolísává cenu ropy. „Když ceny panenských surovin z ropy poklesnou, může mít panenský granulát z recyklace problémy,“ myslí si Prokopová. Což v dohledné době nehrozí. Nikdo však není schopen odhadnout, jak by na případné masovější rozšíření recyklace, které by se zapsalo na snížení odbytu ropných derivátů, reagovali mocní naftoví magnáti. Ale ani šíření recyklace zatím nehrozí.
„I kvůli přesvědčování politické garnitury se vyplatí spustit co nejdříve referenční závod,“ myslí si Veselý. „Bude to vyšší patro podnikání v odpadech, suroviny v něm budou zhodnocovány na vyšší hodnoty,“ tvrdí. Vynálezce a podnikatel Milan Šírek však spoléhá na jednodušší a prostší prostředek: „Jsem přesvědčen, že budeme moci nabídnout vyšší výkupní ceny.“
Zmlazení hmoty
Na začátku totální chemické recyklace, patentu Milana Šírka, jsou vločky z odpadového PET materiálu, ale může tam být s nimi cokoli jiného. Kousky skla či kovu, etikety, polyetylenové zátky a jakékoli jiné plasty, písek ze skladového dvora a dokonce i oleje, tolik obávané při fyzikální recyklaci. Všechno to 90 minut prochází rotační nebo jinak promíchávanou pecí, zahřátou na teplotu 260 stupňů. Směs je na výstupu ještě nevábnější, ale zdá se, jako by se příliš neproměnila. Dokonce i papír částečně přežívá. Přesto je to klíčová operace pro „oddělování zrna od plev“.
Po ochlazení se vše chová podobně jako před zahřátím. Jenom PET zkřehl. V kulovém mlýně se proto rozpadá na drobné, zhruba milimetrové částečky, které vzápětí propadnou sítem. Na sítě zůstávají cizorodé příměsi a především směsný plast, vhodný k dalšímu zpracování. Pod sítem je takřka čistý PET, s příměsemi do jednoho procenta.
Do hry vstupuje chemie.
Vytříděný PET projde razantní změnou. Ve vyhřívaném tělese se roztaví a vháněná vodní pára v něm vyvolá proces, jemuž se říká extruzní hydrolýza. „Ještě za tepla“ na něj navazuje takzvaná amonolýza, při níž je tavenina prošlá hydrolýzou rozmíchávána v autoklávu ve čpavkovém roztoku. V turbulenci způsobené turbínovým míchadlem se tavenina rozptýlí a spolu s vodou a amoniakem reaguje. Výsledkem je rozpustná amonná sůl kyseliny tereftalové.
Následný proces připomíná cosi vizovického. Tekutina se zahřívá a oddestilovává se čpavek v podobě čpavkové vody. Tekutina po amonolýze je zabarvená směsí barviv z původních PET lahví a pro změnu připomíná whisky. Do čiré podoby ji uvede až práškové aktivní uhlí.
Odfiltrováním uhlí a nečistot končí proces destrukce a začíná proces separace látek potřebných k nové polymeraci.
Místo ropy mléko.
Kyselina tereftalová, která se jinak získává z ropy, se v procesu chemické recyklace PET lahví vysráží z připraveného čirého roztoku amonné soli kyselinou sírovou. Reakcí vzniká mléko, vytvářené nerozpustnou kyselinou tereftalovou. Tím se proces recyklace velice rychle blíží prvnímu ze svých cílů.
Aby ovšem bylo srážení účinné, musí roztok nějaký čas za pomalého míchání zrát. Po předepsané době se kýžený produkt – kyselina tereftalová – vylisuje v kalolise jako mléčný koláč. Po patřičném promytí se suší a první ze tří výstupních produktů je k dispozici.
Kýžený etylenglykol je dosud rozpuštěn v roztoku. Z toho se musí nejprve odstranit zbytky kyseliny sírové. Vysráží se vápnem a vznikne vedlejší produkt – sádra. Z vodního roztoku etylenglykolu a čpavku se nejprve pro další použití oddestiluje – opět po vizovicku – čpavek. Jako takzvaný patní produkt zůstává ve vařáku destilační kolonie rozpuštěn etylenglykol. Následující operace je tedy jen jakousi ranou jistoty, že oddestilováním při definovaném bodu varu získáme požadovaný etylenglykol a nic jiného.
Třetí produkt – panenský PET – vznikne už úplně stejně jako při výrobě z ropy po dvoustupňové kondenzaci z obou předchozích látek. V granulích tak malých či velkých, jak si přeje zákazník. Z tuny znečištěných PET lahví se získá 692 kilogramů suché kyseliny tereftalové a 76 kilogramů surového etylenglykolu. (črk)
