Переробка пластику — це процес збирання відходів пластика та їх переробка у корисні продукти, задля зменшення впливу на навколишнє середовище, збереження природних ресурсів та виробництва продуктів з доданою вартістю. Це передбачає збір, сортування, очищення та перетворення викинутих пластикових відходів на нові продукти.

Оскільки пластик не розкладається, то щороку близько восьми мільйонів тон пластикових відходів потрапляють у світовий океан, а також забруднюють ґрунти та екосистеми мікропластиком, що сприяє погіршенню здоров'я людей, тварин і екосистем. Переробка пластику допомагає зменшити забруднення пластиком, очистити звалища, та сприяє циркулярній економіці та сталому розвитку.

Процес зазвичай починається зі збору, коли різні типи пластику збираються з таких джерел, як побутові сміттєві баки, комерційні установи та виробничі потужності. Після збору пластик сортується за типом смоли, кольором та іншими властивостями, щоб забезпечити його сумісність для переробки. Після сортування очищений пластик переробляється різними методами переробки. Механічна переробка передбачає подрібнення або плавлення пластику з утворенням гранул або пластівців, які потім можна використовувати для виробництва нових продуктів. Хімічна і термічна переробка розщеплює пластик на оригінальні компоненти за допомогою таких процесів, як деполімеризація чи піроліз, що дозволяє створювати нові матеріали без втрати якості. Кожен метод переробки має свої переваги та обмеження, залежно від типу пластику та його стану. Перероблені матеріали можливо використовувати для створення широкого спектра продуктів, таких як упаковка, текстиль, будівельні матеріали, паливо тощо.

Ефективна переробка пластику вимагає співпраці між споживачами, підприємствами, урядами та підприємствами з переробки відходів задля створення ефективних систем збору, розробки інноваційних технологій переробки та сприяння екологічним та відповідальним методам споживання. Завдяки постійному прогресу та колективним зусиллям переробка пластику робить значний внесок у більш стійке та екологічно свідоме майбутнє, але станом на початок 2020-х забруднення пластиком залишається однією з основних екологіних проблем людства.

Процеси Переробка пластику включає кілька методів, таких як механічні, хімічні та термічні процеси.

Сортування

Перед переробкою, більшість пластиків сортуються за типом смоли та іншими характеристиками для забезпечення ефективних процесів вторинної переробки.

Сортування пластику зележить від особливостей технологічного процесу, але загалом включає такі процеси та технології, як ручний збір і сортування пластикових матеріалів, очищення від органічних домішок, та механічні автоматизовані процеси, які включають подрібнення, просіювання, сортування по густині матеріалу (у повітрі, рідинах) та у магнітних сепараторах, а також широкий спектр технології спектрофотометричного розділення, кожен з яких має свої переваги та недоліки, та можуть використовуватись в комбінація між собою та зі штучним інтелектом:

(NIRS): є найпоширенішою методикою, яка забезпечує швидкий аналіз, низьку вартість, майже відсутність потреби підготовки зразків; але темні полімери неможливо надійно ідентифікувати, і проблематичне сортування полімерними сумішей з добавками; Середньо-інфрачервона спектроскопія (MIR): порівняно з NIRS має менше проблем із чорними полімерами; але потрібна додаткова підготовка зразка, тривалий час виявлення, потрібен тісний контакт із зразком, і, станом на 2022 рік, поки що не підходить для високопродуктивного сортування; Ультрафіолетова спектроскопія: швидка ідентифікація різнокольорових полімерів; але неможливо відсортувати за типом полімеру, якщо вони мають однаковий колір або різні добавки; Рентгенофлуоресцентний аналіз: швидко, дешево, добре підходить для «важких» індикаторів (переважно неорганічних), може ідентифікувати наявність бромованих антипіренів; але може відрізняти лише між ПВХ та іншими пластиками, а не між усіма сімействами пластику без індикаторних речовин; Флуоресцентна спектроскопія: швидко, придатна для сортування на основі індикаторів з використанням органічних і неорганічних індикаторів; але немає характерних спектрів для різних полімерів, а випромінювання високої енергії може впливати на властивості матеріалу; (LIRS): майже не потрібна підготовка зразків, дозволяє ідентифікувати добавки; але може пошкодити матеріал потежним лазером, і низька швидкість; Раман-спектроскопія: швидко, добре як додатковий метод до багатьох інших методів спектроскопії, таких як NIRS або LIBS (і також часто використовується для виявлення мікропластику в рідинах); але слабка інтенсивність, багато шуму від кольорового пластику; Часова флуоресцентна спектроскопія (TGFS): методика, що доповнює інші спектрофлуорометричні методи покращенням співвідношення сигнал/шум; але дорога (необхідне додаткове обладнання та програмне забезпечення) і може бути обмежена пропускна здатність; Флуоресцентна спектроскопія з підвищуючим перетворенням (Up-conversion (UC) fluorescence spectroscopy): допускає використання нижчих концентрацій індикаторів, а також меншої енергії випромінювання, підходить для виявлення чорних полімерів; але дорога і складна.

Штучний інтелект

Хоча звичайні методи, що використовуються протягом останніх десятиліть, такі як спектроскопія близько-інфрачервона спектроскопія (NIRS), є певною мірою ефективні, вони стикаються з труднощами в точній класифікації подібних за хімічним складом зразків, таких як поліетилентерефталат (ПЕТ) і ПЕТ-гліколь (PET-G), які мають подібний хімічний склад, але різні фізичні характеристики.

Стаття 2023 року, опублікована в науковому журналі Applied Science представляє підхід, який адаптує датчики зображення та алгоритми глибокого навчання для покращення класифікації пластикових відходів на основі форми відходів. На відміну від звичайних методів, які покладаються виключно на спектральний аналіз, ця методологія спрямована на суттєве підвищення точності та ефективності класифікації пластмас, особливо коли йдеться про матеріали, що мають подібний хімічний склад, але різні фізичні властивості. Система, розроблена з використанням датчиків зображення та моделі YOLO, виявилася не тільки ефективною, але й масштабованою та адаптованою для різноманітних промислових і екологічних застосувань, і продемонструвала вражжаючі результати. Дослідники досягли показника точності класифікації, що перевищує 91,7% середньої точності (mAP) у розрізненні ПЕТ і ПЕТ-G, перевершуючи звичайні методи на значний відрив, що може значно підвищити ефективність переробки. Запропонований підхід сприяє створенню більш сталої та ефективної системи управління пластиковими відходами, зменшуючи навантаження на звалища та пом’якшуючи вплив пластикових відходів на навколишнє середовище, сприяючи більш чистому та стійкому навколишньому середовищу.

Роботизоване сортування

Для деяких пластикових відходів, можлива розподілена переробка за допомогою сучасних технічних пристроїв, так званих перероботів (recyclebots).

Роботи, оснащені системами машинного зору на основі штучного інтелекту, можуть ідентифікувати та сортувати різні типи матеріалів на конвеєрних стрічках. Ці системи використовують камери та датчики для розпізнавання предметів за формою, кольором і складом матеріалу. Алгоритми штучного інтелекту й машинного навчання постійно навчаються та покращують точність з часом, роблячи сортування більш ефективним і точним.

Огляд 2022 року порівнює 7 роботизованих автоматичних сортувальників пластику на основі штучного інтелекту.

Маркування Інновації в маркуванні та упаковці включають розробку розумних етикеток або QR-кодів, які можуть скануватися сортувальними машинами для ідентифікації матеріалів, що робить сортування більш точним і автоматизованим.

Механічна переробка

Механічна переробка є основною та найбільш використовуваною технологією переробки пластику, яка включає кілька етапів, таких як збір, сортування, миття та повторна обробка.

Основні етапи

Відбір і сортування: вирішальне значення для повторної переробки та кінцевої якості полімеру. Використовуються різні методи поділу, враховуючи такі властивості, як щільність, колір, розмір, а також магнітні чи електричні властивості. Електростатичне розділення, зокрема, використовує різницю в електропровідності для розділення матеріалів, що особливо корисно для відділення пластику від інших компонентів відходів. Техніка гравітаційного розділення: використання повітря або води допомагає розділити матеріали на основі різниці їх густини. Для ефективного сортування використовуються розділення раковини та поплавця (sink and float separation,) відсадка та гідроциклонування. Оптичні датчики: додатково використовуються для безперервного визначення характеристик і розділення пластикових потоків (див. #Сортування). Інноваційні технології для складних матеріалів: селективне розчинення полімерів і технології поділу кількох матеріалів розроблені для складних матеріалів, таких як багатошарові плівки або композити. Методи повторної обробки: після завершення механічного розділення матеріали подрібнюються, пропускаючи їх через систему обертових лез. Потім отримані пластівці сортують за розміром за допомогою сітки, промивають і сушать, готують до повторної обробки шляхом екструзії або агломерації та продають.

Перспективи та інновації

Вибіркове розділення: інноваційні підходи зосереджені на розділенні складних матеріалів, таких як композити, для більш ефективної переробки. Технології оптичних датчиків: постійний прогрес оптичних датчиків у поєднанні зі штучним інтелектом допомагає розпізнавати відходи та ефективно сортувати їх. Покращена обробка: дослідження методів запобігання деградації полімерів під час механічних процесів, спрямованих на замкнуту переробку конкретних полімерів, таких як ПЕТ. Методи переробки: Нові методи, такі як радикальне живцювання (radical grafting), демонструють потенціал у зміні властивостей полімерів, пропонуючи нові характеристики переробленому пластику.

Незважаючи на те, що механічна переробка залишається поширеним методом, поточні дослідження наголошують на інноваціях для вдосконалення методів розділення, покращення методів обробки та підтримки якості полімерів, вирішення проблем для ефективної та екологічно свідомої переробки пластику.

Хімічна деполімеризація

Удосконалення переробки пластику розширилося й включає хімічні методи деполімеризації поряд із механічними та термічними підходами. Хімічна переробка, зокрема за допомогою деполімеризації, демонструє значні перспективи в циркулярній економіці пластику завдяки створенню прекурсорів-мономерів із полімерів, що призводить до виробництва хімічних речовин із високою доданою вартістю. Прогнози показують, що до 2050 року майже 60% виробництва пластику буде залежати від перероблених продуктів. Робляться значні інвестиції для вдосконалення переробки хімічних речовин з метою виробництва 1,2 мільйона тонн переробленого пластику в ЄС до 2025 року та 3,4 мільйона тонн до 2030 року.

Методи хімічної переробки охоплюють сольволіз (включаючи гідроліз, метаноліз і гліколіз), каталітичну деполімеризацію та ферментативну деполімеризацію.