تحويل معالجة النفايات البلاستيكية إلى إعادة التدوير الخضراء
I. يولي الناس المزيد والمزيد من الاهتمام لمعالجة النفايات البلاستيكية
يعتبر البلاستيك أحد أعظم الاختراعات في القرن العشرين، مما يسهل بشكل كبير إنتاج الناس وحياتهم. ومع ذلك، تتراكم كمية كبيرة من النفايات البلاستيكية في مدافن النفايات أو يتم التخلص منها في البيئة، مما يشكل تهديدًا خطيرًا للنظام البيئي الطبيعي. لا يمكن لطرق المعالجة التقليدية أن تغير الوضع الراهن لنفايات الموارد والتلوث البيئي. لذلك، أصبح استكشاف طرق صديقة للبيئة واقتصادية لإعادة تدوير النفايات البلاستيكية وتحقيق تحويل استهلاك البلاستيك من اقتصاد يمكن التخلص منه إلى اقتصاد كربوني دائري، من النقاط الساخنة والمشاكل في مجال إعادة تدوير البلاستيك.
لقد تطورت البلدان المتقدمة في وقت مبكر في اتجاه تكنولوجيا إعادة تدوير النفايات البلاستيكية ولديها أنظمة تطبيق ناضجة نسبيًا. التجربة ذات الصلة تستحق التلخيص والتعلم منها. أصدرت اليابان متطلبات إنتاج خاصة لشركات البلاستيك. على سبيل المثال، بالنسبة لزجاجات PET، يُشترط عدم استخدام المقابض، ويحظر التلوين، ويجب استخدام الملصقات القابلة للإزالة فعليًا وأغطية الزجاجات البلاستيكية؛ تحتاج الشركات إلى وضع نفايات البلاستيك في الإنتاج لتشكيل حلقة مغلقة من الموارد. يوجد في الولايات المتحدة أكثر من 1700 شركة لإعادة تدوير النفايات البلاستيكية. اقترحت جمعية صناعة البلاستيك الأمريكية طريقة لوضع العلامات وتصنيف أنواع البلاستيك لإعادة تدوير نفايات البلاستيك؛ أجرت وكالة ناسا بحثًا حول استخدام الاستشعار عن بعد عبر الأقمار الصناعية لتحديد النفايات البلاستيكية في المحيط؛ يُطلب من شركات الطاقة الموجودة في المناطق الساحلية توفير التدريب على المنتجات البلاستيكية للموظفين العاملين على الجرف القاري الخارجي، ويتم تشجيع المتطوعين على إزالة النفايات البلاستيكية في المناطق الساحلية. أنشأت بعض دول الاتحاد الأوروبي طريقة إعادة تدوير شاملة نسبيًا لتغليف النفايات البلاستيكية المنزلية، وأصدرت سياسات تتطلب من مصنعي التغليف دفع رسوم معينة للقائمين بإعادة التدوير أو أن يكون مصنعو التغليف مسؤولين عن إعادة التدوير والمعالجة.
بفضل التطور السريع للمواد والصناعات التحويلية، لم يعد التخلص من النفايات البلاستيكية واستخدامها يقتصر على طرق التخلص التقليدية مثل مكب النفايات والحرق. مع الإثراء المستمر لأنواع النفايات البلاستيكية وتحسين تقنيات المعالجة، من المفيد الفرز الشامل لنظام تكنولوجيا التخلص والاستخدام المقابل وتوضيح مسار التنمية بناءً على الظروف الوطنية الفعلية لفهم التركيز التنموي للمجال. بعد مراجعة فنية، تشكل هذه الورقة تصنيفًا لتقنيات التخلص من النفايات البلاستيكية واستخدامها من أربعة جوانب: التخلص الميكانيكي، وتحويل الطاقة والموارد، وإعادة التدوير وإعادة الاستخدام، والتقنيات الجديدة؛ يقارن الخصائص وظروف الاستخدام وحالة التطوير الحالية لمختلف التقنيات، ويستوعب حالة الصناعة وتحديات التطوير للتخلص من النفايات البلاستيكية واستخدامها، ويوفر مرجعًا مباشرًا للبحث حول إعادة التدوير والتخلص واستخدام النفايات البلاستيكية النظيفة والفعالة .
II. تصنيف تقنيات التخلص من النفايات البلاستيكية واستخدامها
1. تكنولوجيا التخلص الميكانيكي
تهدف تكنولوجيا التخلص الميكانيكي من النفايات البلاستيكية بشكل أساسي إلى تقليلها بسهولة، ولكن هناك بشكل عام مشاكل تتعلق بالآثار البيئية والبيئية اللاحقة. على سبيل المثال، سيؤدي مكب النفايات وإلقاء النفايات في المحيطات إلى توسيع نطاق تأثير المواد البلاستيكية الدقيقة. وبالنظر إلى التأثير البيئي المستمر، فإن مدافن النفايات وإلقاء النفايات في المحيطات ليست تقنيات مثالية للتخلص من النفايات البلاستيكية، كما أنها لا تتوافق مع مبدأ التنمية المستدامة الخضراء. من الضروري إجراء تقييم الأثر البيئي والبيئي مسبقًا وتحسين خطة التنفيذ للتخلص من النفايات البلاستيكية في مكب النفايات. على الرغم من أن طريقة حشو مواد البناء لا تزال في مرحلة البحث والتطوير، إلا أنها تتمتع بآفاق تطوير معينة في إعادة تدوير واستخدام النفايات البلاستيكية.
2. تحويل الطاقة والموارد من النفايات البلاستيكية
منذ الستينيات وحتى نهاية القرن العشرين، حظيت مشكلة نقص الطاقة والموارد باهتمام واسع النطاق. ومع إدخال مفاهيم مثل التنمية المستدامة والاقتصاد الدائري، تطورت صناعة البلاستيك بسرعة، وزاد إنتاج نفايات البلاستيك. لقد حول الباحثون انتباههم إلى استخدام الطاقة والموارد من النفايات البلاستيكية. تهدف إعادة تدوير النفايات البلاستيكية والتخلص منها بشكل أساسي إلى تحقيق عدم الضرر وتقليلها والاستفادة من الطاقة أو الموارد. تعد تكنولوجيا إعادة تدوير المواد الكيميائية لأغراض حماية البيئة بمثابة تكنولوجيا تمثيلية لإعادة تدوير الطاقة والموارد، والتي تعمل على تحلل بوليمرات النفايات البلاستيكية عالية الجزيئات إلى مركبات جزيئية صغيرة لإعادة التدوير الثانوية. يشمل تحويل الطاقة والموارد بشكل أساسي التكنولوجيا الكيميائية الحرارية، والتحلل المائي، والتحلل الكحولي، والتحلل البيولوجي.
3. إعادة تدوير النفايات البلاستيكية
يمكن تقسيم البلاستيك إلى لدائن حرارية ومواد بلاستيكية صلبة بالحرارة وفقًا لخصائصها الفيزيائية: يمكن صهر الأول إلى سائل عند درجات حرارة عالية، ثم تحويله إلى أشياء ذات أشكال مختلفة وفقًا للمتطلبات، ويمكن إعادة تدويره وتشكيله بشكل متكرر؛ وهذه الأخيرة لا يمكن صهرها أو إعادة تشكيلها، ولا يمكن معالجتها إلا وتحويلها إلى أجسام بلاستيكية صلبة واستخدامها مرة واحدة، كما أن التسخين سيزيد من صلابتها. تُستخدم اللدائن الحرارية بشكل أساسي لإعادة تدوير الموارد والطاقة، في حين تُستخدم اللدائن المتصلدة بالحرارة فقط لإعادة تدوير الطاقة لتجنب النفايات.
(1) طريقة إعادة التدوير البسيطة
تشير إعادة التدوير البسيطة إلى تقنية الفرز والتنظيف والسحق والصهر وإعادة تصنيع النفايات البلاستيكية المعاد تدويرها دون تعديل، واستخدامها مباشرة في معالجة قوالب البلاستيك. إنها منخفضة التكلفة ومنخفضة الاستثمار، ولكن لها متطلبات لأنواع البلاستيك التي يمكن معالجتها. تنطبق طريقة إعادة التدوير البسيطة على جميع نفايات البلاستيك الحراري تقريبًا وكمية صغيرة من نفايات البلاستيك الممزوجة بالبلاستيك المتصلد بالحرارة. وهي مقسمة بشكل أساسي إلى ثلاثة أنواع من التخلص: ① عادة ما تكون الخردة الناتجة عن عملية إنتاج مصانع معالجة البلاستيك ومصانع إنتاج الراتنج نظيفة وتحتوي على مكون واحد. يمكن سحقها وتليينها مباشرة دون فرز؛ ② نفايات البلاستيك من البلاستيك المعاد تدويره، مثل مواد التعبئة والتغليف المختلفة والأفلام وما إلى ذلك. يجب فرز المواد وتنظيفها وسحقها وتليينها؛ ③ تحتاج نفايات البلاستيك من المواد البلاستيكية ذات الأغراض الخاصة، مثل أغلفة الكابلات، إلى معالجة مسبقة خاصة قبل إعادة استخدامها، ويمكن إعادة استخدامها أو مزجها مع بوليمرات أخرى بعد الذوبان والترسيب والتجفيف؛ تتم إضافة نفايات البلاستيك للتفاعل في عملية صنع البوليستر من المواد الكيميائية، مثل حمض التريفثاليك (TPA) وEG. يمكن إضافة نفايات البلاستيك في عملية صنع البوليستر.
(2) طريقة التعديل والتجديد
بالمقارنة مع طريقة إعادة التدوير البسيطة، فإن طريقة التعديل وإعادة التدوير أكثر تعقيدًا. بعد تعديل النفايات البلاستيكية من خلال العمليات الكيميائية أو الميكانيكية، يتم إنتاج مواد بلاستيكية جديدة تلبي احتياجات محددة عن طريق خلط مواد مختلفة أو إضافة مواد مضافة. يمكنه تحسين الخواص الميكانيكية الأساسية للمواد المعاد تدويرها وتلبية احتياجات الإنتاج للمنتجات الخاصة عالية الجودة. يشمل تعديل نفايات البلاستيك تعديل المزج، وتعديل التعزيز، وتعديل الحشو، وتعديل التشديد، وتعديل التطعيم، وما إلى ذلك، والتي يمكن تقسيمها تقريبًا وفقًا للتعديل الفيزيائي والتعديل الكيميائي. يتم اعتماد طريقة التعديل وإعادة التدوير في الغالب من قبل الشركات الصغيرة والمتوسطة الحجم، وتستهلك بشكل أساسي نفايات البلاستيك الناتجة عن المؤسسات الصناعية والتعدينية والزراعة (مثل الأجزاء البلاستيكية ومنتجات التعبئة والتغليف وزجاجات المبيدات الحشرية وأكياس الطعام والضروريات اليومية). يحتوي هذا النوع من نفايات البلاستيك على كمية صغيرة من الحشوات والملدنات، ويمكن زيادة الوزن الجزيئي بعد قليل من المعالجة لتسهيل إعادة الاستخدام. على سبيل المثال، تُستخدم موسعات السلسلة لتمديد الرابطة بين مجموعة الكربوكسيل في ABS ومجموعة الهيدروكسيل الطرفية من البولي بوتادين في الموقع لتحقيق تعديل البوليمر واستخدامه؛ تتم إزالة البرومة من الـPS ثم يتم تحبيبه باستخدام عملية مزج معدلة لتحسين خصائصه الفيزيائية وتحديث تكنولوجيا إعادة تدوير النفايات البلاستيكية؛ تتم إزالة البيسفينول A الموجود في البولي كربونات المنتجة صناعيًا عن طريق المزج لتحقيق تعديل سطح طبقة البوليمر وتلبية متطلبات الاستخدام العادي للمنتج.
يتزايد الطلب على المنتجات البلاستيكية في المجتمع سنة بعد سنة، والتي لا تستهلك الكثير من الطاقة فحسب، بل تسبب أيضًا تلوثًا بيئيًا وتضر بالصحة البيولوجية. وفي هذا السياق، فإن إعادة تدوير النفايات البلاستيكية من خلال طرق التجديد المعدلة هي أيضًا طريقة تطوير تتكيف مع الاقتصاد منخفض الكربون. ومن الضروري مراقبة السلامة البيئية لمؤسسات المعالجة بطريقة هادفة، والسعي للحد من مشاكل التلوث البيئي، والسعي لتحقيق تنمية مستدامة شاملة ومنسقة. يمكن أن تتسبب تقنية التجديد المعدلة في حدوث تغييرات في الأداء في مختلف أنواع النفايات البلاستيكية. على سبيل المثال، PE، PP، PVC، PS، ABS، وPA سوف تخضع جميعها لتغيرات في اللون، واللزوجة، والاستطالة أثناء عملية التجديد، بينما ستزداد لزوجة PE عالي الكثافة. ولذلك، فإن تكنولوجيا تجديد النفايات البلاستيكية لها مزايا وعيوب فيما يتعلق بتغييرات أداء البلاستيك المعاد تدويره. يمكن إضافة إضافات أو إجراء تعديلات فنية لضمان جودة المنتج.
4. تقنيات جديدة للتخلص من النفايات البلاستيكية واستغلالها
(1) تكنولوجيا التخلص من السوائل فوق الحرجة واستخدامها
تتفاعل نفايات البلاستيك في السوائل فوق الحرجة، والتي تتمتع بمزايا زمن التفاعل القصير، وعدم الحاجة إلى المحفزات، ومعدل الاسترداد المرتفع. تحتوي نفايات البلاستيك على روابط كيميائية قابلة للتحلل بسهولة مثل روابط الأثير، وروابط الأسيل، وروابط الإستر، والتي يمكن أن تتحلل إلى مونومرات في السوائل فوق الحرجة ثم يعاد تنظيمها لإنتاج منتجات بلاستيكية جديدة. يمكن أن يتحلل PET إلى مونومرات في السوائل فوق الحرجة، ويمكن أيضًا إعادة تدوير البولي يوريثان باستخدام تقنية تحلل السوائل فوق الحرجة. تتمتع تكنولوجيا تحلل السوائل فوق الحرجة بآفاق تطوير جيدة، ولكن هناك مشاكل تتعلق بمتطلبات الختم عالية الضغط عند استخدامها.
(2) تقنية استعادة الطاقة بالحقن في الفرن العالي
يعتبر استرداد الطاقة باستخدام حقن الفرن العالي بشكل عام طريقة فعالة لإعادة تدوير نفايات البلاستيك. من منظور استخدام الطاقة، تتمتع تقنية حقن الفرن العالي بمعدل استخدام مرتفع للطاقة الموجودة في النفايات البلاستيكية (حوالي 80٪)، مما يؤدي بشكل أساسي إلى تقليل خام الحديد في شكل طاقة كيميائية. من منظور حماية البيئة، فإن محتوى الغاز السام الذي تنتجه تقنية حقن الفرن العالي منخفض، وهو مناسب للتطبيق على نطاق واسع. تتمتع تقنية الحقن في الفرن العالي بقدرة معالجة قوية وتؤدي إلى تطوير اقتصاد دائري منخفض الكربون. ومع ذلك، عادة لا يتم تصنيف النفايات البلاستيكية المعاد تدويرها بشكل كامل ولا تلبي متطلبات حقن الفرن العالي للمواد التفاعلية، مما يؤدي إلى عدم استخدام تكنولوجيا حقن الفرن العالي على نطاق واسع في الوقت الحاضر.
(3) تكنولوجيا المعالجة الضوئية
تستخدم تكنولوجيا المعالجة الضوئية الطاقة الضوئية كمصدر للطاقة لمعالجة النفايات البلاستيكية. فهي تتمتع بتلوث منخفض ومزايا اقتصادية وقد جذبت الكثير من الاهتمام في السنوات الأخيرة. بالمقارنة مع التكنولوجيا الكيميائية الحرارية، فإن ظروف التفاعل الضوئي معتدلة واستهلاك الطاقة منخفض. يمكنه كسر روابط كيميائية محددة بدقة لتحقيق انتقائية عالية للمنتجات المستهدفة. تنقسم تكنولوجيا المعالجة الضوئية بشكل أساسي إلى فئتين: التحلل الضوئي والتحفيز الضوئي.
على الرغم من أن آفاق تطبيق تكنولوجيا المعالجة الضوئية جيدة، إلا أنه لا تزال هناك مشكلات يتعين حلها، مثل استكشاف طرق لتحديد مسارات التفاعل والتحكم فيها بدقة، وتطوير محفزات ضوئية منخفضة التكلفة وعالية الأداء، وتطوير طرق معالجة مسبقة اقتصادية وصديقة للبيئة وفقًا لـ أنواع مختلفة من النفايات البلاستيكية.
(4) تكنولوجيا التحفيز الكهربائي
لا يزال هناك عدد قليل من الدراسات التطبيقية حول تحويل نفايات البلاستيك إلى منتجات ذات قيمة عن طريق التحفيز الكهربائي. على الرغم من أن تكنولوجيا التحفيز الكهربائي تتمتع بمزايا إمكانية التحكم في الطاقة، والكهارل القابل لإعادة التدوير، والتحويل الانتقائي، إلا أنها تواجه العديد من تحديات التطبيق: فمن الصعب تحويل معدات الإنتاج التجريبية إلى تطبيقات صناعية، كما أن عملية فصل الأحماض العضوية ومواد الأكسدة والاختزال عن الشوارد الكهربائية هي طاقة. - مكثفة، وتتطلب محفزات أكثر كفاءة وصديقة للبيئة واقتصادية.
III. مقترحات لتطوير تكنولوجيا التخلص من النفايات البلاستيكية واستغلالها
أولاً، تقليل الكمية من المصدر وتشجيع استخدام المواد البلاستيكية المعاد تدويرها. اتباع نهج قائم على السياسات لتشجيع تغليف السلع على اختيار البدائل مثل المواد البلاستيكية القابلة للتحلل، والحد من استهلاك المواد البلاستيكية غير القابلة للتحلل، والسعي للحد من إنتاج النفايات البلاستيكية من المصدر. صياغة نظام قياسي للبلاستيك المعاد تدويره، وتوحيد إعادة تدوير وإعادة استخدام نفايات البلاستيك، وتحسين الاعتراف العام بالبلاستيك المعاد تدويره ومعدل إعادة تدوير نفايات البلاستيك.
ثانيا، تعزيز تصنيف وإعادة تدوير النفايات البلاستيكية. لقد تطور التخلص من النفايات البلاستيكية واستخدامها في بلدي في وقت متأخر نسبيًا، ولا تزال آليات إعادة التدوير والإدارة ذات الصلة غير سليمة. ولم يتحول الوعي البيئي لدى الجمهور بعد إلى عادات سلوكية، كما أن فهم أهمية تصنيف القمامة ضعيف نسبيا. ومن الضروري تعزيز تنفيذ ونشر السياسات ذات الصلة بتصنيف القمامة وإعادة تدويرها، وتعزيز تصنيع تصنيف النفايات البلاستيكية وإعادة تدويرها بشكل فعال.
والثالث هو تعزيز الابتكار التكنولوجي وتحويل الإنجازات. إن التقنيات الجديدة لمعالجة النفايات البلاستيكية لم تنضج بعد، ولها عيوب بارزة مقارنة بالتقنيات الناضجة. وينبغي تقديم الدعم اللازم لتخطيط البحوث المتعلقة بالتخلص من النفايات البلاستيكية واستخدامها لتعزيز الاختراقات في المشاكل التقنية الرئيسية. وينبغي استخدام التمويل العام لدفع حماس الشركات للمشاركة في البحوث التكنولوجية، والتركيز على البحوث الأساسية المدفوعة باحتياجات التطبيق، وتعزيز التحول السلس للإنجازات التكنولوجية المبتكرة في معالجة النفايات البلاستيكية واستخدامها.