— 14 июня, 2021 —
 
Аналитика

Долгий путь к "зеленому полимеру"

Механическая переработка пока остается основным решением проблемы полимерных отходов

Механическая переработка пока остается основным решением проблемы полимерных отходов

Экономика замкнутого цикла, цели устойчивого развития (ЦУР) и ESG-принципы (enviromental, social, governance – экология, социальное развитие, корпоративное управление) — уже давно в повестке дня многих государств и крупных компаний. В контексте использования полимеров эти принципы выражаются в том числе и в поиске подходов, позволяющих сократить конечные объемы отходов. Но достичь этого можно разными путями: использованием биоразлагаемых полимеров, вторичной переработкой пластиков, заменой полимерной продукции на другие материалы. Одновременно, в контексте безуглеродной повестки обсуждается производство полимеров из возобновляемого сырья.

В любом случае, если в сфере экологии, связанной с климатической повесткой, пока сохраняются даже дискуссии и различные мнения о вреде выбросов углекислого газа, то в области утилизации мусора и бытовых отходов двух мнений быть не может: проблема очевидно существует, как в глобальном масштабе, так и в нашей стране. А значит — нужно принимать меры.

На этом фоне неудивительно, что в сферу переработки пластиков активно инвестируют и сами производители полимерной продукции. Задачи здесь могут быть две. Во-первых, и отчасти: демонстрация приверженности экологическим ценностям. Во-вторых, и главных: с учетом того, что объем переработки полимеров в долгосрочной перспективе (пусть, нескольких десятилетий) станет сопоставим с первичным производством, а то и будет преобладать, уже сейчас нефтехимическим компаниям нужно создавать «точки роста» для своей трансформации в будущем. Примеров много. У нефтехимической LyondellBasell есть совместное предприятие по переработке полимерных отходов с французской коммунальной компанией Suez - Quality Circular Polymers. В планах LyondellBasell – уже к 2030 году производить 2 млн т в год полимеров из вторсырья и возобновляемых источников энергии. А российский "Сибур" реализует в Благовещенске проект, где вторичный полиэтилентерефталат (до 34 тыс. т в год) будет вовлекаться в производство первичного полимера.

Самые простые, но непопулярные с точки зрения экологов решения проблемы полимерных отходов - захоронение или утилизация на мусоросжигательных заводах. Пока этими способами и завершает свой путь подавляющая часть полимерных отходов.

Если же оставить их за скобками, то самым распространенным способом вторичной переработки полимеров является механическая переработка (на него приходится около 12% от общего объема производства полимерных продуктов). Второй подход — химическая переработка только начинает развиваться. Правда, здесь лучше сделать сноску: в любом случае, после нескольких циклов механической переработки, качество полимера упадет, в результате переработанное сырье двинется по цепочке дальше — на те же МСЗ или полигон, а в будущем — возможно на химическую переработку.

Механическая переработка: просто, но не всегда чисто

Итак, самое простое, эффективное и популярное решение — вторичная механическая переработка пластиков. Наиболее перерабатываемым пластиком (в долях от объема выпуска) во всем мире является полиэтилентерефталат (ПЭТ или ПЭТФ, пластиковые бутылки), что обусловлено как легкостью его сбора, так и простотой переработки. Даже в нашей стране, где, скажем прямо, ситуация с переработкой оставляет желать лучшего, уже перерабатывается около 20-25% этого сырья. В странах ЕС это уже 70%, в Японии — 85%, в США — 30%. Вторичный ПЭТ (и некоторые другие вторичные полимеры, например, полиэтилен высокой плотности) в ЕС — полноценные участники рынка полимеров со прозрачным ценообразованием.

Важная проблема, связанная со вторичной переработкой — чистота и качества исходного вторсырья, и, как следствие, вторичного продукта. В сегменте ПЭТ, помимо производства пластиковых бутылок, значительный объем это сырья (около 60% от глобального спроса) используется для производства волокна. Так как объем ПЭТ, ежегодно используемого при производстве волокна, превышает объемы "бутылочного" ПЭТ, переработанное сырье, даже не достаточно чистое, пока есть, куда потратить. Но если в долгосрочной перспективе ожидается замещение на вторсырье и всего бутылочного пластика проблема чистоты и качества сырья выходит на первый план. Пока же подавляющая часть вторичного ПЭТ не предполагает использования в контакте с продуктами питания (рисунок 1).

Рисунок 1. Структура глобального потребления вторичного ПЭТ. Источник: IHS Markit
Рисунок 1. Структура глобального потребления вторичного ПЭТ. Источник: IHS Markit

Тем не менее, Coca Cola объявила в феврале, что в переходит в США на 100% перерабатываемое сырье для тары своих напитков. В планах — расширять подобный подход по всему миру. Многие другие производители установили на ближайшие десятилетия значимые цели (25-100%) по использованию вторичного сырья в своей упаковке.

По другим полимерам объёмы переработки ниже, и у нас в стране, и за рубежом. В связи с разнообразием статистики (что учитывать: переработку бытовой упаковки или полимерных отходов в целом) не всегда легко привести все цифры к одному знаменателю. Но в Европе в среднем перерабатывается уже 42% от объемов бытовой полимерной упаковки. В США (рисунок 2) перерабатывается небольшая доля (9%) полимерных отходов (темно-синяя область на графике), а основная часть уходит на специальные полигоны (серая область). Любопытно, что из этих 9% больше половины (1,6 млн т) перерабатывалось за пределами США, в основном Китае. Сейчас КНР ввела ограничения на ввоз вторсырья, что уже сильно повысило стоимость утилизации отходов в США.

Рисунок 2. Утилизация пластиковых отходов в США. Источник: EPA

Рисунок 2. Утилизация пластиковых отходов в США. Источник: EPA 


В России во вторичную переработку вовлекается по различным оценкам 120-140 тыс. т полиэтилена и полипропилена. Это в сумме сопоставимо с объемами вторсырья из ПЭТ (140-150 тыс. т), но с учетом того, что объем потребления ПЭ и ПП в разы больше, чем ПЭТ, в относительных значениях уровень переработки ПЭ и ПП оказывается ниже.

Экономика вторичной переработки ПЭТ оказывается рентабельной даже без каких-либо дотаций, поэтому в том числе и в нашей стране существует небольшие прибыльные производства. Собрать, покрошить, отмыть, отделить от крышек (т. к. они не из ПЭТ) — вот и готовое вторсырье, т. н. ПЭТ-флекс. Казалось бы, все просто. При уровне цены на ПЭТ-флэкс в среднем в 80 рублей за килограмм и ценах на исходное сырье в 27 рублей, можно получать и устойчивую прибыль. Далее ПЭТ-флекс переплавляется и пропускается через экструдер — уже для получения гранул или волокна.

Но есть и сложности. Во-первых, это чистота сырья (поэтому компании стремятся запастись сырьем летом, когда оно чище). Во-вторых, и эффективность вторичной переработки зависит от качества и чистоты сырья, что напрямую определяется на какой стадии (на уровне раздельного сбора или просто с полигона) берется это вторичное сырье. Даже при переработке ПЭТ значительные объемы сырья приходятся на ручной сбор с полигонов ТБО. Для переработки других полимеров, учитывая сферы их первичного применения (упаковка пищевой продукции, часто это мелкая упаковка и пакеты) вопросы качества и чистоты сырья выходит на первый план. Пока у нас не налажен раздельный сбор мусора, все это ограничивает развитие сектора. Однако, в случае ПЭ существует сектор переработки упаковочной пленки из крупных магазинов и торговых центров. Это чистое сырье позволяет организовать рентабельный бизнес по производству вторичной стретч-пленки.

В любом случае, у механической переработки существуют два важных ограничения. Во-первых, ограничения на многократную повторную переработку из-за постепенной потери свойств после переплавки полимера. Во-вторых, ограничения на использование в пищевой промышленности из соображений безопасности, в случае низкого качества исходного сырья. Часто оно оставляет желать лучшего, поэтому подавляющая часть переработанного ПЭТФ или ПЭ/ПП сейчас используется при производстве волокон или тары непищевого применения. Все эти трудности теоретически в будущем сможет решить химическая переработка, которая правда только начинает развиваться.

Химическая переработка: дорого, но качественно

Химическая переработка очевидно будет дороже, но позволит решить указанные выше проблемы. Ведь в таком случае молекулы полимера по сути "пересобираются" заново. Деполимеризация используется в случае ПЭТФ, который можно разложить на терефталевую кислоту и этиленгликоль. Для других полимеров придется использовать пиролиз, процесс в чем-то аналогичный получению олефинов (из которых и производятся полимеры) из углеводородного сырья. В таком случае мы просто возвращаемся к исходным «кирпичикам» для производства полимеров. Еще один вариант - использование растворителей - подразумевает растворение полимера с тем, чтобы отделить загрязнение и его последующее восстановление.

Рисунок 3. Объем мирового рынка вторичной переработки полимеров по типам, текущие данные и прогноз. Источник: cen.acs.org
Рисунок 3. Объем мирового рынка вторичной переработки полимеров по типам, текущие данные и прогноз. Источник: cen.acs.org 

Как видно из рисунка 3, пока на химическую переработку приходится совсем небольшая доля рынка. Механическая переработка будет преобладать и через десять лет, тем не менее, согласно оптимистичным прогнозам, к тому времени и прочие, более сложные способы переработки вырастут до объемов рынка, сопоставимых с текущими объемами переработки механической. Стоит обратить внимание на тот факт, что глобальный рынок вторичных полимеров уже сейчас достигает без малого $50 млрд.

Хотя химическая переработка дорога, она выглядит с точки зрения экологии практически идеальным решением. Но и здесь тоже находятся недовольные. Критика связана, во-первых, с тем, что многие технологии находятся на стадии тестирования. Вторая причина для недовольства: такой подход возвращает нас к нефтяному сырью (частично переработанное сырье идет на новый пластик, а частично — может использоваться как нефтепродукт), а значит, сохраняет в той или иной степени нефтяной век. Этим недовольны наиболее радикальные сторонники декарбонизации.

Так или иначе, некоторые типы полимерного сырья оказывается легко и дешево переработать с минимальными издержками (очевидный пример: механическая переработка ПЭТФ из бутылок в полимерную продукцию непищевого применения). Но по мере того, как мы усложняем задачу (чистота, неограниченное повторное использование, вторичная переработка более сложных полимерных отходов), экономическая рентабельность переработки начинает снижаться. Чтобы стимулировать такую переработку необходимы уже и регуляторные меры и/или экономические стимулы.

Евросоюз: налог на пластиковые отходы

В рамках такого подхода Евросоюз с 1 января 2021 года ввел новый налог — 0,8 евро за килограмм полимеров. Важно отметить, что он будет применяться не ко всей полимерной продукции, а только к объему непереработанного пластика, используемого при производстве упаковки. В среднем по ЕС на первичный пластик в упаковке сейчас приходится 58%. Особенности администрирования этого налога уже вызывают ряд вопросов, подробно разобранных в материале IHS Markit.

Налог в 0,8 евро за кг соответствует 800 евро за тонну. Для сравнения, средняя стоимость основных полимеров находится на уровне 1000-1200 евро за тонну (если оставить за скобками недавнее подорожание на фоне холодов в Техасе), но это оптовые цены сырья, плюс наценку добавит производство по созданию упаковочного материала. По грубой оценке, новый налог добавляет 20-60% к конечной стоимости упаковки. Обсуждается и влияние на инфляцию. Учитывая, что стоимость упаковки в конечной продукции находится на уровне 1-10%, налог может привести к росту цен на конечный продукт в несколько процентов.

Так или иначе, нововведение стимулирует компании, к следующему. Во-первых, увеличивать долю переработанных пластиков в своей упаковке, так как, повторимся, налог применяется только к доле непереработанного пластика в упаковке. И результаты нововведения видны уже сейчас: к примеру, производитель упаковки австрийская ALPLA инвестирует 5 млн евро в линию по производству пищевого вторичного ПЭТ в Италии.

Во-вторых, там где это возможно, заменять пластик на, прочие виды упаковки (рассматривающиеся как более экологичные с точки зрения утилизации и переработки отходов), такие как картон, бумага, стекло или алюминий.

Уже упомянутая Coca-Cola тестирует и бумажную бутылку (за исключением крышек и тонкого покрытия на границе контакта с жидкостью), разработанную датским производителем Paboco. Правда, едва ли это столь оперативная реакция на новый налог, скорее компания таким образом демонстрирует свою приверженность к идеям "зеленой" упаковки.

Многообразие "зеленых" полимеров

Как видно из вышесказанного, одного простого решения проблемы пластиковых отходов не существует. А экологичные в одной системе координат подходы могут оказаться уже не столь "зелеными" при других вводных. Например, механическая переработка после нескольких циклов приводит в конечном счете к утилизации на полигонах, а химическая переработка возвращает к нас нефтяной экономике.

Наиболее радикальные сторонники экологической повестки хотели бы получить "идеальный полимер" - во-первых, биоразлагаемый (на безопасные соединения). Во-вторых, получаемый из возобновляемого сырья. В комментарии в блоге IHS Markit приводится пример четырех "зеленых", но каждый по своему, пластиков. Обратим внимание, что все они вообще не связаны с вторичной переработкой пластиков, то есть дополняют обсуждаемые выше примеры.

Рисунок 4. Различные типы "зеленых" полимеров. Источник IHS Markit

Рисунок 4. Различные типы "зеленых" полимеров. Источник IHS Markit

1. Обычный, неразлагаемый полиэтилен, но полностью синтезируемый из возобновляемого сырья (по цепочке: сахар — этанол — этилен — полиэтилен).
2. Бутылка для Coca-Cola из ПЭТФ, содержащий 30% сырья из возобновляемых источников .
3. Полностью разлагаемая одноразовая посуда из полилактида (мономер — молочная кислота). Сделан из возобновляемых источников, но разлагаться может только при определенных условиях, мощности которых приходится создавать.
4. Сделанный на основе химического сырья, но полностью разлагаемый полимер от BASF.

Кроме того, Sumitomo с использованием технологий некоторых других компаний, разрабатывает полностью циклический процесс по схеме "этанол — этилен — полиэтилен — отходы — синтез-газ — этанол".

В любом случае, пока все прогнозы говорят, что глобальный (в первую очередь, азиатский) спрос на полимеры превысит все возможности вторичной переработки, а актуальность роста объемов производства первичных полимеров не ставится под сомнение. 

Механическая переработка полимеров остается самым дешевым решением для снижения объема бытовых отходов в части полимерного сырья. Если же говорить о нашей стране, то первоочередной задачей становится полноценная реализация мусорной реформы и увеличение объемов раздельного сбора, после чего удастся предметно обсуждать и рост объемов вторичной переработки полимеров.

Источник