Объем виниловых отходов начал быстро увеличиваться, так как «бесконтактные» формы потребления стала более распространенной из-за нового коронавируса. В первой половине 2020 года объем виниловых отходов в Южной Корее увеличилось примерно на 15% по сравнению с тем же периодом прошлого года, и само использование винилов в стране увеличивается с каждым годом.
Команда во главе с доктором Ли Кён Хван из Департамента исследования циркуляции энергоресурсов при Корейском институте энергетических исследований заявила 14 февраля, что она разработала автоматизированную технологию, позволяющую с высокой производительностью конвертировать виниловые отходы в высококачественные масла путем непрерывного пиролиза, причем экологически чистым и экономически выгодным образом.
Виниловые и пластиковые отходы в Южной Корее сбрасываются из домов и предприятий в смешанном виде. Из них от 70 до 80 процентов захораниваются или сжигаются, что вызывает различные проблемы, такие как переполнение полигонов или выбросов мелкой пыли и вредных газов в процессе сжигания.
Согласно данным Министерства окружающей среды Южной Кореи за 2019 год, виниловые отходы в стране производятся более 2 миллионов тонн в год и просто выбрасываются на пустырях местных органов самоуправления или территории предприятий, что стало причиной появления «горов мусора».
В 2018 году компании по сбору вторсырья в столичном районе Сеула прекратили сбор виниловых и пластиковых отходов из-за высоких затрат, что вызвало проблемы по всему городу. В 2019 году в Ысоне, Кёнсан-Букто, были зафиксированы многочисленные пожары, так как мусор, в том числе виниловые отходы, превысил допустимое количество и образовал «гору».
Однако несмотря на высокий спрос на экологичную переработку и «энергетизацию» виниловых отходов, в Южной Корее пока нет подходящих технологий. Некоторые местные компании, работающие в небольших масштабах, используют технологию реакции во вращающихся печах, но данная технология является низкоуровневой и имеет свои ограничения.
Установка для непрерывного пиролиза виниловых отходов [Предоставлено Корейским институтом энергетических технологий]
Чтобы преодолеть вышеуказанную проблему, исследователи разработали технологию, которая выдает производительность на уровне 60% и выше при низком энергопотреблении за счет длительной работы при постоянной температуре реакции. Эта технология имеет повышенную экономичность благодаря непрерывному производству и высокой энергоэффективности.
Существующие реакторы периодического действия позволяет вводить от 5 до 10 тонн сырья в один реактор, после чего повышается температура и нагревает сырье в течение длительного времени для получения масел. Быстрое введения сырья невозможно, а выгрузка остатков после реакции вызывает большие неудобства. Такую систему приходиться охлаждать в течение длительного времени после производства, что значительно снижает производительность - ее можно использовать только один раз в день. Повторные нагревы и охлаждения приводит к большим потерям энергии и сокращению срока службы оборудования. Качество производимого масла низкое, а производительность составляет всего 30-40%.
В качестве сырья для новоразработанного реактора исследователи использовали предварительно обработанные виниловые отходы в форме пуха (на англ. fluff), которые можно вводить в установку непрерывно. Чтобы предотвратить риск возгорания в процессе, ученые сделали закрытую конструкцию и автоматические запорные клапаны, чтобы кислород не попадал вовнутрь. Шнек, который подает сырье в реактор, конструирован так, чтобы его плотность увеличивалось по мере приближения к реактору, что уменьшает вероятность попадания кислорода. Кроме этого была создана система, которая поддерживает определенную концентрацию кислорода в установке путем продувки азотом.
Команда также оптимизировал процесс, изменяя распределение температуры внутри реактора, чтобы обеспечить максимальные производительность и качество масла при постоянной температуре, и регулируя количество сырья, вводимого в реактор, для его полного использования. Такая оптимизация позволяет увеличить объем обрабатываемого сырья на три раза по сравнению с реактором периодического действия такого же габарита.
Новая технология позволяет безопасным образом вводить виниловые отходы, собирать произведенные масла и выгружать остатков после реакции, обеспечивая непрерывную работу, что позволяет легко увеличивать мощность. Технология использует непрерывную реакцию и низкую энергию при постоянной температуре реакции вместо повторения длительного нагрева и охлаждения, что является проблемой для реакторов периодического действия. Кроме того, благодаря стабильности процесса обеспечивается производительность на уровне 62%, повышенное качество масла, высокая эффективность работы установки и эффективное использование энергии. Масла, произведенные с помощью этого процесса, соответствуют экологическим нормам, включая норму в части содержания четырех основных тяжелых металлов (свинец, кадмий, ртуть и хром), поэтому их можно реализовать без каких-либо проблем.
Масла, полученные из виниловых отходов. Слева направо - легкое масло, тяжелое масло и твердый остаток [Предоставлено Корейским институтом энергетических технологий]
В этом году ученые проведут исследования по оптимизации процесса за счет увеличения масштабов производства до 2 тонны в день, а также планируют расширить его до 10 тонн в день, что близко к коммерциализации, начиная со следующего года.
«Технология пиролиза, которая на данный момент используется в Южной Корее, является мелкомасштабной и низкоуровневой, и основана на периодическом или полунепрерывном процессе. В отличие от них, новая технология является непрерывной и позволяет производить масла высокого качества, что поможет нам преодолеть ограничения существующего метода пиролиза» - сказал доктор Ли Кён Хван.