Nowatorskie paliwo z odpadów tworzyw sztucznych?

Światowa produkcja tworzyw sztucznych w 2018 r. wyniosła 359 mln ton, co oznacza wzrost w odniesieniu do roku poprzedniego o 3%. W Polsce produkcja wyniosła 3,6 mln ton. Według PlasticsEurope, w ub.r. wyprodukowano na świecie 368 mln ton tworzyw, a tempo wzrostu wyniosło ok. 2,4% i jest to wartość niższa niż w latach poprzednich. Zużycie tworzyw sztucznych w Polsce wzrosło w latach 2006-2016 o 40% (z 2,36 mln ton do 3,3 mln ton), o 40% wzrosła również ilość zebranych odpadów tworzyw sztucznych (z 1,23 mln ton do 1,72 mln ton). W omawianym okresie składowanie tych odpadów zmalało o 27% (z 1,04 mln ton do 0,76 mln ton), ale nadal było to 44% zebranej masy. Pozytywnym aspektem jest natomiast 170-procentowy wzrost recyklingu tworzyw sztucznych (z 0,17 mln ton do 0,46 mln ton), choć to wciąż zaledwie 27% zebranych odpadów, czyli podobnie jak w Europie, gdzie mniej niż jedna trzecia odpadów z tworzyw sztucznych trafia do recyklingu. Zgodnie z wymogami Komisji Europejskiej, kraje członkowskie powinny w 2025 r. osiągnąć współczynnik recyklingu tworzyw sztucznych na poziomie 60%.

Polska nie spełnia dotąd zakładanych przez KE wyśrubowanych poziomów recyklingu. Systematycznie rośnie ilość wytworzonego i niezagospodarowanego paliwa RDF, którego masę szacuje się na ok. 30-35 mln ton. Każdego roku przybywa kolejne 1,4-3 mln ton. Przekształcanie termiczne RDF pozwala częściowo odzyskać zawartą w nich energię, jednakże nie energię zużytą na ich wytworzenie. Odpady nierecyklowalne są także kierowane na składowiska odpadów.

Takie sposoby zagospodarowania odpadów nierecyklowalnych prowadzą niejednokrotnie do wyeliminowania z obiegu potencjalnych materiałów mogących stanowić substrat w innym procesie, zgodnie z zasadami gospodarki obiegu zamkniętego. Jednym z założeń GOZ-u jest tzw. recykling kaskadowy, w którym odpadowe tworzywa sztuczne wykorzystywane są do wytwarzania produktów o innym zastosowaniu, często mniej zaawansowanym. Jednakże takie produkty muszą również spełniać określone normy jakościowe, np. wytrzymałościowe czy bezpieczeństwa (np. do kontaktu z żywnością).

Problem w jakości i cenie

Niski poziom recyklingu tworzyw sztucznych w UE oznacza duże straty dla gospodarki i środowiska. Główne problemy utrudniające recykling tworzyw sztucznych to jakość i cena produktu pochodzącego z recyklingu w porównaniu z ich pierwotnym odpowiednikiem. Przetwórcy tworzyw sztucznych potrzebują dużych ilości tworzyw pochodzących z recyklingu i wyprodukowanych według ściśle kontrolowanych specyfikacji oraz - rzecz jasna - po konkurencyjnej cenie.

Zgodnie z europejską strategią w dziedzinie tworzyw sztucznych (Dyrektywa SUP - Single-Use Plastic), do 2030 r. wszystkie odpady opakowaniowe z tworzyw sztucznych powinny nadawać się do recyklingu. Oznacza to potrzebę ekoprojektowania uwzględniającego możliwość recyklingu. Niezbędne są też takie metody zachęcające do wprowadzania na rynek tworzyw sztucznych pochodzących z recyklingu jak tworzenie norm jakości wtórnych tworzyw sztucznych, zachęcanie do certyfikacji w celu zwiększenia zaufania przemysłu i konsumentów, wprowadzenie obowiązkowych zasad dotyczących minimalnej zawartości materiałów pochodzących z recyklingu w niektórych produktach czy zachęcanie państw członkowskich do ewentualnego obniżenia podatku VAT na produkty pochodzące z recyklingu.

Spalanie to nie recykling

Powszechnie wiadomo, że tylko czyste tworzywa można poddać recyklingowi materiałowemu na nowe tworzywa. Przetwarzaniu odpadowych tworzyw sztucznych metodą recyklingu materiałowego zwykle towarzyszy znaczna ilość produktów ubocznych, powstających czy to na etapie segregacji, czy podczas samego procesu przetwarzania. Zwykle takie pozostałości stanowią składnik paliwa alternatywnego RDF i kierowane są do procesów termicznego przekształcania odpadów z odzyskiem energii.

Jednakże procesy te pozwalają odzyskać jedynie energię zawartą w RDF, natomiast traci się energię zużytą na wytworzenie tworzyw sztucznych, z których powstał sam RDF. Procesy tzw. termicznego przekształcania odpadów, nawet z odzyskiem energii, generują również znaczne ilości CO2. Efektem spalenia jednej tony najprostszych poliolefin, czyli polietylenu PE lub polipropylenu PP, jest wygenerowanie ponad 3 ton ditlenku węgla, który - jak wiadomo - jest gazem odpowiedzialnym za efekt cieplarniany i związane z nim zmiany klimatyczne. Dlatego proponowane przez różne gremia "domknięcie systemu gospodarki odpadami poprzez budowę spalarni odpadów" i zachęcanie, aby "pójść śladem Europy", nie jest pójściem we właściwym kierunku. Spalanie to nie recykling. Szczycąca się spełnianiem poziomów recyklingu Szwecja, gdzie większość odpadów jest spalana (z odzyskiem energii), może mieć problemy z ich spełnianiem w nowych realiach gospodarki odpadami w UE.

Wodór na pomoc?

Obecny trend to biopaliwa oraz paliwa ze źródeł odnawialnych, czyli OZE. Za paliwo przyszłości uważany jest natomiast wodór, obecnie wytwarzany głównie przez reforming parowy paliw kopalnych oraz elektrolizę wody. Jak wiadomo, proces elektrolizy wody jest bardzo energochłonny. W zależności od metody otrzymywania zyskujemy "różnokolorowe" odmiany wodoru, których zakres obejmuje połowę kolorów tęczy - m.in. szary, błękitny, turkusowy oraz, oczywiście, zielony. Na ostatniej konferencji "Paliwa z odpadów" organizowanej przez Abrys, która w czerwcu 2020 r. odbyła się w Olsztynie, jeden z referatów poświęcony był zielonemu wodorowi. Za taki uważany jest wodór pozyskiwany np. w procesie elektrolizy wody zasilanej energią z OZE czy z pirolizy biomasy. Sugeruje się, że piroliza odpadów z tworzyw sztucznych mogłaby być metodą produkcji wodoru nieopartą na paliwach kopalnych. Jednak nadal wymaga to wysokich temperatur, rzędu 500-800oC, dodatkowo emitowanych jest ok. 12 kg CO2 na 1 kg wyprodukowanego H2.

Ciągle aktualny jest problem zagospodarowania RDF-u i tzw. nierecyklowalnych odpadów tworzyw sztucznych, które stanowią światowy problem. Jednym z proponowanych rozwiązań jest ich piroliza z wytworzeniem produktów mogących stanowić składniki paliw ropopochodnych. Z najnowszych doniesień literaturowych wynika, że powstały już metody wytwarzania wodoru z nierecyklowalnych odpadów tworzyw sztucznych. Jedną z nich jest obiecująca technologia oparta na połączeniu nanotechnologii i fotokatalizy. Technologia fotoreformingu bazuje na reakcji rozkładu tworzyw sztucznych w środowisku alkalicznym w obecności fotokatalizatora, którym są tzw. kropki kwantowe oparte na tanim siarczku kadmu. Z tworzywa sztucznego wystawionego na działanie promieni słonecznych w obecności tego katalizatora wytwarzany jest wodór oraz kwasy organiczne. W przeciwieństwie do pirolizy, proces fotoreformowania napędzany energią słoneczną odbywa się w temperaturze pokojowej.

Druga, bardzo obiecująca technologia to DMG System angielskiej firmy PowerHouse Energy Group. Technologia ta, oprócz czystego wodoru (99,999%), pozwala uzyskać ciepło i energię elektryczną. W Wielkiej Brytanii powstaje pilotażowa instalacja produkcji wodoru z wykorzystaniem tej metody, która pozwala przetwarzać nienadające się do recyklingu tworzywa sztuczne, zużyte opony i inne odpady poprzez zgazowanie ich do czystego gazu syntezowego (mieszanina CO, CO2 + > 80% obj. H2), z którego uzyskuje się wodór. Firma planuje uruchomienie w Anglii 11 takich instalacji. O innowacyjności technologii oraz możliwościach komercjalizacji może świadczyć fakt, że DMG System zainteresowała Ministry for Economy, Trade and Industry of Japan, które umieściło ją na "Road Map for Hydrogen Infrastructure for Japan". Jak wiadomo, Japonia jest światowym liderem w rozwoju technologii wytwarzania paliwa wodorowego. W komercjalizację technologii DMG System zaangażował się koncern Toyota, producent napędzanej wodorem Toyoty Mirai.

Nowe, przykładowe procesy oferują więc jednocześnie rozwiązanie dwóch globalnych problemów: zagospodarowania nierecyklowalnych odpadów z tworzyw sztucznych oraz produkcji czystego wodoru. W Polsce również opracowano innowacyjną metodę pirolizy mikrofalowej tworzyw sztucznych. Trwają prace nad jej komercjalizacją.

Mnogość inicjatyw

Obecnie zauważyć można szereg działań podejmowanych przez środowiska związane z przetwarzaniem odpadów, zwłaszcza tworzyw sztucznych, mających na celu rozwiązanie problemu rosnącej ilości wytworzonego i niezagospodarowanego paliwa RDF. Przedstawia się m.in. perspektywy domknięcia systemu gospodarki odpadami poprzez budowę spalarni odpadów. Oczywiście, ma to być spalanie z odzyskiem energii. Jednakże trzeba postawić pytanie, czy jest to proces ekologiczny? Według amerykańskiej agencji The Environmental Protection Agency (EPA), spalarnie odpadów emitują więcej ditlenku węgla na 1 MWh wytworzonej energii (1355 kg CO2/MWh) niż krytykowane elektrownie węglowe (1020 kg CO2/MWh)! Spalenie RDF to więc pójście na łatwiznę. Zgadzam się również opinią, że "spalanie odpadów jest dla leniwych". Dlatego cenne są wszelkie inicjatywy związane z GOZ-em, które mają przedłużać cykl życia wyrobów, natomiast wyroby nienadające się do recyklingu powinny stanowić surowiec dla innego procesu, np. wytwarzania najczystszego paliwa, jakim jest wodór.

Z wodorem wiąże się również szereg różnorodnych inicjatyw. UE, poprzez wdrażanie Zielonego Ładu, dąży do tego, aby do 2050 r. Europa stała się pierwszym kontynentem neutralnym dla klimatu. Potrzeba dekarbonizacji rynków wytwarzania energii, mobilności i energii cieplnej w obliczu szybko zmieniającej się rzeczywistości klimatycznej prowadzi do konieczności zielonej transformacji. Odpowiedzią na tę potrzebę jest wodór i P2X (Power-to-X), które dzięki ostatnim znaczącym postępom stają się dynamicznie i szybko rozwijającą się częścią przemysłu oraz pomagają stworzyć wydajny system czystej energii, którego celem jest zmniejszenie poziomu emisji CO2. Powstała także European Framework for Power-to-X, która promuje wodór jako sposób magazynowania energii odnawialnej.

8 lipca tego roku Komisja Europejska, w ramach wdrażania Europejskiego Zielonego Ładu, ogłosiła strategię wodorową. KE uznaje w niej za główny cel rozwój odnawialnego, zielonego wodoru - wytwarzanego w procesie elektrolizy przy wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii. Jednak jednocześnie KE przyznaje, że w krótkim i średnim okresie potrzebne jest w Europie dopuszczenie wykorzystywania także innych niskoemisyjnych form wodoru, pozyskiwanego innymi metodami niż elektroliza, aby zapewnić rozwój rynku wodorowego.

W naszym kraju minister klimatu, Michał Kurtyka, powołał do życia Zespół do spraw Rozwoju Przemysłu Odnawialnych Źródeł Energii i Korzyści dla Polskiej Gospodarki. Eksperci z różnych obszarów do 15 maja 2020 r. mieli przedstawić (z uwagi na COVID-19 nie posiadamy informacji, czy tak się stało w rzeczywistości) specjalny raport, w tym również na temat gospodarki wodorowej. Obecnie przygotowywana jest w Ministerstwie Klimatu Polska Strategia Wodorowa, która jesienią bieżącego roku ma zostać skierowana do konsultacji publicznych, a do końca roku zostać rozpatrzona przez Radę Ministrów.

Wielkopolska stawia na wodór

Urząd Marszałkowski Województwa Wielkopolskiego realizuje projekt "Gospodarna 2050 - H2 Wielkopolska", który z założenia ma być głównym "kołem zamachowym" wielkopolskiej gospodarki wodorowej. Projekt jest nowatorski i obejmuje wstępny etap pracy z przedsiębiorcami, dostrzegającymi szanse biznesowe na dynamicznie rozwijającym się rynku branży wodorowej. Przedsięwzięcie jest realizowane na przestrzeni czterech lat i zakończy się 30 czerwca 2022 r., a jego całkowita wartość to 3,5 mln zł.

Według posiadanych danych, preferowane kierunki działań to produkcja wodoru z wykorzystaniem węgla brunatnego oraz wodoru z biomasy. W ramach projektu Biostrateg podjęto próbę opracowania metody produkcji wodoru z biomasy, jednakże na razie nie uzyskano zadowalających rezultatów, np. odpowiedniej wydajności procesu.

Ze względu na ilość dostępnych nierecyklowalnych odpadów tworzyw sztucznych oraz nagromadzonej i stale rosnącej hałdy niechcianego RDF-u uzasadnione wydaje się zaproponowanie zespołowi doradczemu marszałka województwa wielkopolskiego ds. rozwoju energetyki opartej na wodorze, nazwanemu "H2 − Wielkopolska", rozważenia włączenia do projektu "Gospodarna 2050 - H2 Wielkopolska" właśnie zagadnienia produkcji wodoru z trudnych do zagospodarowania odpadów tworzyw sztucznych.