Рециклиране на автомобилни гуми

тенденции и перспективи

Автомобилните гуми са направени от синтетичен каучук, който се получава от нефт – ценен и изчерпаем ресурс. Днес човечеството трябва да достигне върхове в изобретателността си, за да удовлетвори нарастващото търсене на енергия, да намери нови начини за справяне с отпадъците и да намали замърсяването на околната среда. Рециклирането на излезли от употреба автомобилни гуми е добър начин за справяне с тези проблеми. То спестява енергия и ресурси и щади природата. В България е забранено депониране на гуми в общински депа, както и тяхното неконтролирано събиране и изгаряне. Според йерархията за управление на отпадъците с приоритет е рециклирането, следвано от изгаряне с оползотворяване на енергията. Изгарянето не е рециклиране. То не възстановява материалите. Към него се преминава, ако другите възможности са изчерпани, за да се възстанови енергия. Ще разгледаме тенденциите и възможностите в приоритетните стъпки за управление на стари гуми.

Рециклирането на отпадъчни автомобилни гуми може да се разглежда в две категории: механично рециклиране и повторна употреба на получените модифицирани форми и химично разделяне на гумите с възстановяване на различните материали, от които са направени. Механичното рециклиране и директното използване на гранули от скрап или на цели гуми има предимството, че продуктът намира друго приложение, без необходимост от големи инвестиции. Възможностите за друга употреба са много – в асфалтови смеси, за меки повърхности на детски площадки, за противоерозионни, укрепващи, дренажни съоръжения и много други.

Химическото разграждане на старите гуми е по-различен метод на рециклиране с допълнителното предимство, че при него се получават съставните материали на гумата в отделни потоци. Това е механизъм за обръщане на производствения процес в обратна посока и получаване на изходните материали. Тези материали (пиролизно течно гориво, аналог на петрола; метал; твърд въглероден остатък и висококалоричен пиролизен газ) след това могат да се продадат, да се използват за производство на енергия и на различни продукти.

Регенериране
Излезлите от употреба гуми могат да се регенерират. Това е едно частично рециклиране, тъй като само износената част от гумата – протектора, се заменя. Скелетът е създаден така, че издържа повече от един живот на гумата и си остава. Получената възстановена гума може да се използва отново, след като при вулканизация новият протектор е образувал здрава връзка със скелета. Тази техника удължава експлоатацията на гумите, като използваните материали и енергия са много по-малко отколкото при производство на нова гума. Регенерирането е приоритетна стъпка в управлението на отпадъчни гуми, тъй като подпомага минимизиране на образуваните отпадъци и прави възможна повторната употреба на продукта.

Регенериране следва да се извършва в съответствие със строгите условия, установени в техническите подзаконови актове, чрез сертифицирани компании, които са в съответствие с разпоредбите и законите. В ЕС има единни условия за одобрение на всяка инсталация за регенериране на гуми. ECE Regulations 108 се отнася за производството на регенерирани пневматични гуми за леки автомобили и ремаркета за тях, а ECE Regulations 109 се отнася за производството на регенерирани пневматични гуми за товарни автомобили и ремаркета за тях и гуми за автобуси. Гуми за леки автомобили могат да бъдат рециклирани само веднъж, докато гуми за камиони и самолети гуми, благодарение на своята силна структура, могат да бъдат рециклирани неколкократно (за камиони обикновено до 4 пъти, а за самолетни - до 10 пъти), при условие че стандартите за качеството са изпълнени.

Регенерирането на гумите е от полза за околната среда, тъй като свежда до минимум образуването на отпадъци и увеличава срока на експлоатация на гумите, като по този начин отлага тяхното обезвреждане. От гледна точка на генериране на отпадъчни гуми, важно е да се отбележи, че гумите могат да бъдат рециклирани само ограничен брой пъти, така че регенерирането редуцира общия обем на отпадъци от гуми, които вече не могат да се рециклират.

Рециклиране при условия на околната среда.
Излезлите от употреба автомобилни гуми могат да се използват и цели в други приложения, но ако се шредират, каучукът има доста повече възможности за употреба. Един от начините за физическо рециклиране е при условия, близки до тези на околната среда, т.е. без да се прилага охлаждане за подпомагане раздробяването на гумата. Тук гумите се подлагат на няколко физични обработки. Първо се нарязват в шредер до размери на парчетата 50mm, след това парчетата гума влизат в гранулатор, където размерите им се намаляват до 10mm. На следващата стъпка се отстранява стоманата с магнитен сепаратор, както и влакнестата фракция чрез вибрационни сита и въздушна сепарация. Накрая гранулата се шлифова до получаване на размери 0,6-2mm.

Това рециклиране може да се организира в големи, напълно автоматизирани заводи за преработка с капацитет от порядъка на 65 000t обработвани гуми за година и приемане на всички видове пневматични гуми (включително от леки, лекотоварни, товарни автомобили и земекопни превозни средства). Заводите произвеждат гумени гранулати и прах с висока еднородност и чистота и като допълнение - стоманена фракция, готова за претопяване в стоманодобивни заводи. Цялата продукция гумени гранулати може да е с размери под 2.0mm. Технологията има недостатък, че генерира шум и прах, и потреблението на енергия е интензивно (120-125kWh/t). За да се гарантира здравето и безопасността на работниците, машините трябва да бъдат оборудвани с подходящи вентилационни системи, противопожарни системи и аварийно прекъсване на захранването на цялото оборудване. Мястото за съхранение на гранулата се пази от достъп на слънчева светлина.

Криогенно рециклиране
При този процес цели гуми или парчета от тях се охлаждат до температура -1200С като се използва течен азот. При тази температура, гумата се отделя лесно от метала и става крехки като стъкло. Така намаляването на размера на парчетата може да бъде осъществено лесно чрез раздробяване и смилане. Този тип третиране улеснява шлайфането, отстраняването на фибри и получаването на по-чист продукт. Често за тази технология се цитира ниската енергоемкост, тъй като с понижаване на температурата се понижава и работа, необходима за разрушаване и гранулиране на каучука.

Този извод обаче не е много коректен – необходимата работа действително се понижава почти два пъти при понижаване на температурата до -1200С, но затова се изисква значително количество хладилен агент (течен азот). А енергията която е необходима за производство на течен азот превишава тези икономии. Необходимо е да се вземе предвид и това, че при криогенното гранулиране се получават гранули с гладка повърхност и са необходими допълнителни химически и физически модификации, което също увеличава енергоемкостта на процеса. Подобна технология се счита за целесъобразна единствено там, където има големи мощности за получаване на течен азот.

Технологии на девулканизация
Съществуват различни технологии на девулканизация, при които каучукът от гумата, с помощта на механични процеси, топлинна енергия и химикали, се превръща в състоянието, в което може да се смесва, обработва и вулканизира отново. Принципът на метода на девулканизация се състои в разцепването на междумолекулните връзки в каучука, например въглерод-сяра (CS) и/или сяра-сяра (SS). Регенериран каучук се използва за производството на продукти, чиито механични свойства отстъпват на тези на оригинала. Девулканизацията може да се проведе с химически технологии, микровълнови процеси и ултразвук.

Химическата девулканизация е процес, в който частиците се смилат и се смесват с реагенти в реактор при температура приблизително 180°С и налягане 15 бара. След като реакцията приключи, продуктът се филтрува и се суши за отстраняване на нежелани химични компоненти, след което се опакова. В ултразвуковите процеси гуменият гранулат се зарежда в бункер и впоследствие се подава в екструдер. Той механично бута и дърпа каучука. Това механично действие прави частиците по-меки.

След това омекотеният каучук се транспортира през екструдера в камера, където се излага на ултразвукова енергия. Комбинацията на топлина, налягане и механична енергия, обработва каучука до постигане на различна степен на девулканизация.

Процесът на микровълнова девулканизация прилага топлинна енергия бързо и равномерно в отпадъчната гума. Вулканизираният каучук, изложен на микровълново третиране, обаче трябва да бъде с полярна структура, за да може микровълновата енергия да се абсорбира в степен, достатъчна за ефективна девулканизация.

Термо-химично разлагане – пиролиза
Пиролизата на стари автомобилни гуми е основна тенденция в безотпадното им рециклиране. Наименованието на техниката идва от гръцките думи „пир” (огън) и „лизис” (отделяне). Това е процес на термично разлагане, което се провежда в отсъствие на кислород или при условия, в които концентрацията на кислород е достатъчно ниска, за да не причини горене. Обикновено се прилага налягане, а температурата е 400-7000С. Съвременните техники, които извършват термично разлагане на полимерите в гумите в екзотермична атмосфера, произвеждат масла, които са пряко сравними в стойностите на вискозитета и калоричността си с дизел и бензин. Синтетичният газ, получен от тези техники, има калорична стойност, равна на пропан.

Една фабрика, преработваща 3600t негодни гуми годишно, ще извлече от тях над 1000t пиролизно масло, въглерод на прах и метан, както и 360t стоманена тел. Обикновено от общото количество суровина се получават около 38-40% течни гориво, 25% твърд въглеводороден остатък или сажди, 5-10% метален скрап и 20-25% пиролизен газ. Този газ може да се използва за работата на реактора, да се съхранява или ако няма условия за това, остатъка трябва да се изгори във факел, защото съдържа вредни газове.

В примерна схема на пиролизен завод за рециклиране на гуми те първо се почистват и постъпват в пиролизатор. Там се движат в противоток на горещи димни газове. Тези газове се обогатяват на пиролизни газове и маслени пари и напускат пиролизатора. Горещите газове се охлаждат в маслоотделител при температура 60°С. Маслото от газа кондензира и се отвежда като готов продукт в резервоар.

Охладените пиролизни газове се поемат от вентилатор и се подават в горивната камера, където изгарят в богат на водна пара въздух с температура 1100°С. Използва се водната пара от димните газове.

Перспективи в инфраструктурни приложения
Каучуковият гранулат от стари гуми може да се използва за различни инфраструктурни приложения. Едно от тях е като изкуствена трева и като пълнител в изкуствени покрития за спортни терени. Гумените гранулати заместват успешно нови материали като етилен пропилен-диен-мономер и термопластични еластомери в такива приложения. Международната федерация по футбол препоръчва използването на тези изкуствени тревни покрития заради предсказуемото поведението на топката, по-ниските разходи за поддръжка, липсата на зависимост от вода и положителния социален профил, тъй като могат се произведат на скромна цена. Освен това подобни покрития са еластични и намаляват шума, което ги прави много подходящи за детски площадки за игра, лекоатлетически писти и други спортни повърхности. Каучуковият гранулат се смесва с полиуретан и най-горния слой често се боядисва. Европейският съюз е издал задължителни стандарти (EN 1177) за еластичността на повърхности на обществени игрища.

Друго приложение на модифицирани гумени материали се очертава в бетона. Полимер-модифицираният бетон подобрява усвояването на енергията на удара и намалява образуването на пукнатини. В редица страни такъв бетон се използва за изграждането на магистрални бариери. Още една възможност е използване на гумения гранулат в пътните настилки. В САЩ, Западна Европа и Бразилия гранулирани материали, получени от отпадъчни гуми се използват в развитието на гумено-модифициран асфалт чрез сухи и мокри процеси. В сухите процеси, гумен прах се добавя директно в асфалта, причинявайки реакция между каучука и битума. В мокрия процес гуменият прах се използва като модификатор за битума и се добавя свързващо вещество Идеалният размер на частиците за мокри методи варира от 0,6mm до 0.15mm. Материалът трябва да се нагрява до температури между 1490С и 1900С преди уплътняване. Това прави процеса по-скъп, отколкото при конвенционален асфалт, а е вероятно и отделяне на емисии на токсични вещества по време на производство и на приложение. Предимствата са, че гумените добавки в асфалта намаляват шума от превозните средства, правят движението по-безопасно при мокри условия и увеличават експлоатационния срок на асфалта.

Стари гуми (цели или преминали раздробяване) се използват и в инженеринг на сметища. Техническите препоръки в ЕС обаче са те да бъдат използвани само във временни решения и никога да не бъдат част от постоянните функционални единици на депото, защото крият риск от пожар. Временните приложения могат да включват: събиране на инфилтрат; защитен слой за геотекстил; дренажен слой на депото и временни пътища.

Рециклиран материал от гуми има добра перспектива в противоерозионни приложения. В крайбрежни зони той може да се използва за контрол на ерозията за поглъщане на енергията, създадена от движеща се вода както от водното тяло, така и от дъждовете. Отпадъчни гуми също се прилагат в рекултивацията на ерозирали дерета и малки каньони чрез укрепване на склоновете и изграждане на противоерозионни бариери, които след това се озеленяват.