Lm-muovin kierrätys- ja uusiokäyttöprojekti KIERRÄN tulokset

Transkriptio

1 1 Lm-muovin kierrätys- ja uusiokäyttöprojekti KIERRÄN tulokset Jyrki Vuorinen ja Krista Siik TTY Materiaaliopin laitos Muovi- ja elastomeeritekniikan laboratorio Hannu Kuopanportti ja Paula Anttila YTI tutkimuskeskus Mikkelin ammattikorkeakoulu

2 2 Sisällysluettelo Jätteen keräys ja lajittelu Jätteen kuljetus Jätteen murskaaminen Lujitemuovijätteen hyödyntäminen Lujitemuovijätteen kierrättäminen sementin valmistuksessa Lujitemuovijätteen polttaminen Lujitemuovijätteen käyttäminen täyteaineena tai lujitteena kestomuovimatriisissa Lujitemuovijätteen käyttäminen lujitteena nestemäisessä keraamissa (Vubonite ) Lujitemuovijätteen käyttäminen kertamuovipohjaisissa uusiotuotteissa Lujitemuovijätteen käyttäminen lujitteena puumuovikomposiiteissa Lujitemuovijätteen käyttö kaasunkeräyskerroksessa kaatopaikkoja suljettaessa Hiilikuidun kierrätys Lujitemuovijätteen kierrättämisen tulevaisuudennäkymät

3 Jätteen keräys ja lajittelu 3 Hyödynnettäväksi kelpaava lujitemuovijäte tulisi lajitella erikseen kaatopaikalle kuljetettavasta jätteestä. Mikäli lujitemuovijätteen kierrättäminen sementin valmistuksessa on mahdollista, jäte on eroteltava niin, että se ei sisällä polttoa vaikeuttavia tai polton kannalta kiellettyjä komponentteja. Mikäli jäte vain poltetaan, myös silloin lajittelussa on noudatettava polton asettamia rajoituksia. Oleellista on kuitenkin tietää, kuinka paljon ja minkälaista jätettä syntyy ja miten se lajitellaan, jotta sen hyötykäyttö ylipäänsä on mahdollista. Henkilöstön ohjeistaminen lajittelun suhteen on sen onnistumisen kannalta avainroolissa.

4 4 Jätteen kuljetus Mikäli jätettä ei voida hyödyntää sen syntypaikalla, se on kuljetettava joko hyötykäyttäjälle tai kaatopaikalle. Kuljetuskustannuksiin vaikuttaa oleellisesti jätteen tiheys, lujitemuovijäte on kevyttä ja kuljetuksen suhteen rajoittavana tekijänä on ennemminkin tilavuus kuin paino.

5 5 Jätteen kuljetus

6 6 Jätteen murskaaminen Lujitemuovijätteiden murskauksen onnistumiseen ja tehokkuuteen vaikuttavat jätteen koko, lujitepitoisuus ja haluttu raekoko. Mitä pienempi on jätteen koko ja lujitepitoisuus, sitä helpommin murskaus tavallisesti onnistuu. Lujitemuovijätteiden murskaus onnistui YTI-tutkimuskeskuksen suorittamien murskauskokeiden perusteella parhaiten 1-roottorisella, hitaasti tai keskinopeasti pyörivällä leikkaavalla terällä, jossa mäntä työntää jätteen roottoreita päin (esim. Weima). Myös TTY:n Muovi- ja elastomeeritekniikan laboratorion kokeilemalla Oy Hart Gate Ltd:n murskaimilla jätteestä saatiin tasalaatuista nopeasti ja tehokkaasti.

7 7 Jätteen murskaaminen Suomessa keskikokoiset murskaimet maksavat YTI-tutkimuskeskuksen selvityksen mukaan keskimäärin > Vasaramurskaimen saa :lla, mutta sen murskauskapasiteetti ja sillä murskattavien jätteiden koko on rajallinen, isokokoiset jätteet vaativat esimurskauksen. Murskainvalmistajia on kymmenittäin, suomalaisista valmistajista ainakin Oy Hart Gate Ltd valmistaa lujitemuovijätteen murskaamiseen soveltuvia murskaimia, joiden terät eivät yrityksen mukaan kulu yhtä nopeasti kuin tavanomaisten murskainten. Murskaimia on mahdollista ostaa myös käytettynä. Taulukossa 3 on Mikkelin osaprojektin tekemä laskelma jätteen murskauskustannuksista, jos yritys (jätemäärä 200 t/a) investoi omaan, maksavaan murskaimeen.

8 8 Jätteen murskaaminen

9 kierrättäminen sementin valmistuksessa 9 Sementin valmistuksessa voidaan käyttää vaihtoehtoisena polttoaineena lujitemuovijätettä, jonka sisältämät kuidut (lasi) hyödynnetään sementtiklinkkerin raaka-aineena ja hartsi prosessissa energiana. Menetelmää on kokeiltu käytännössä Euroopassa ja se on havaittu toimivaksi, eikä lujitemuovijäte vaikuta saatavan klinkkerin laatuun heikentävästi. Suomessa oli tarkoitus selvittää menetelmän mahdollisuuksia Finnsementti Oy:n Paraisten tuotantolaitoksella 5 suursäkin hiontapölyjäte-erällä, mutta koepolttoa ei vielä ole suoritettu. Jätteelle tehtyjen analyysien perusteella jäte soveltuu poltettavaksi sementtiuunissa, mutta polton aikana syntyvistä todellisista päästöistä ei ole selvyyttä koepolton tulosten puuttumisen vuoksi.

10 kierrättäminen sementin valmistuksessa 10 Menetelmän edut: Jäte hyödynnettävissä suurella volyymilla Jäte ei vaikuta lopputuotteen laatuun Jäte hyödynnettävissä kokonaan, poltosta ei jää hankalasti hävitettävää tuhkaa Jäte korvaa osittain fossiilisten polttoaineiden käyttöä Menetelmän rajoitukset: Jäte tunnettava ja lajiteltava tarkasti Jäte ei saa sisältää klorideja eikä metallisia komponentteja Jätteen koostumuksen valvonta kustannukset Jäte murskattava alle 20 mm:n raekokoon kustannukset Kustannuksista ja mahdollisuuksista ei selvyyttä, koska koepolttoa ei ole tehty

11 kierrättäminen sementin valmistuksessa 11 Soveltuvat jätetyypit: Lasikuitukomposiittijäte, raekoko alle 20 mm Murskattu laminaattijäte Hiontapöly Ei saa sisältää klorideja eikä metalli-inserttejä Hiilikuitujäte (prosessiin energiaksi) Aramidijäte (prosessiin energiaksi)

12 polttaminen 12 Puhtaan hartsijätteen lämpöarvo on hyvä, noin 30 MJ/kg. Kovetettu hartsijäte kelpaa rinnakkaispolttoon ja jätteenpolttolaitoksille. Mukaan kelpaavat puujätteet (lavat), pahvit sekä kestomuovijätteet, mutta eivät klooria sisältävät jätteet (PVC). Hartsijäte kannattaa kovettaa muihin astioihin kuin metallitynnyreihin, tällöin tynnyrit vapautuvat suoraan metallin kierrätykseen. Mikäli hartsi kovetetaan tynnyreihin, voidaan tynnyrit irrottaa leikkaamalla ja toimittaa metallin kierrätykseen. Stora Enson Anjalankosken tehdas ottaa vastaan myös lujitemuovijätettä, jos sen lasikuitupitoisuus on alle 30 %. Anjalankosken tehtaan vastaanottomaksu murskaamattomalle jätteelle on 20 /t, murskatulle /t. Kainuun Voimakin ottaa vastaan lujitemuovijätettä, jossa on lasikuitua alle 30 %. Hinta jätteelle murskaamattomana on 80 /t. Ekokemin rakenteilla olevaan jätteenpolttolaitokseen kelpaavat kaikki lujitemuovijätteet riippumatta lasikuitupitoisuudesta, mutta vastaanottomaksu on noin 120 /t.

13 polttaminen 13 Voimalaitokset, jotka pystyvät polttamaan jätteitä: Turun jätteenpolttolaitos, Turku Stora Enso Publication Paper, Anjalankoski Fortum Power and Heat Oy, Kauttua UPM, Rauma ja Jämsänkoski Lahti Energia Oy, Lahti Kainuun Voima Oy, Kajaani Kotkan Energia Oy, Kotka Ekokemin ongelmajätteenpolttolaitos, Riihimäki Uusia jätteenpolttolaitoksia on rakenteilla Riihimäelle ja Kotkaan. Myös muita jätteenpolttohankkeita on vireillä.

14 polttaminen 14

15 polttaminen 15

16 polttaminen 16 Menetelmän edut: Suuri volyymi Korvaa osittain fossiiliset polttoaineet Soveltuu monen tyyppiselle jätteelle Ei kaikissa tapauksissa vaadi jätteen murskaamista etukäteen Menetelmän rajoitukset: Ei luokitella varsinaisesti kierrätykseksi Lasikuitujätteen polttamisesta jää jäljelle tuhkaa, jonka loppusijoittaminen ongelmallista Jätteen lasikuitupitoisuuden oltava alle 30 % Vain jätteen energiasisältö tulee hyödynnetyksi Polttolaitosten luvat epävarmoja

17 polttaminen 17 Soveltuvat jätetyypit: Lasikuitukomposiittijäte, jonka kuitupitoisuus on alle 30 % Ei saa sisältää klorideja eikä muita ympäristölle haitallisia yhdisteitä Puhdas, kovettunut hartsijäte Hiilikuitujäte Aramidijäte

18 Malli lujitemuoviteollisuuden jätevirtojen energiahyödyntämisestä 18

19 käyttäminen täyteaineena tai lujitteena kestomuovimatriisissa 19 Menetelmän edut: Jäte hyödynnettävissä kokonaan Jätteen sisältämien kuitujen ominaisuuksia mahdollista hyödyntää (sekundäärinen kierrätys) Saadut kompaundit uudelleen käytettävissä Yhdistämällä kestomuovijätettä ja lujitemuovijätettä, ominaisuudet paranevat suhteessa paremmin, kuin neitseellisten materiaalien kohdalla Menetelmän rajoitukset: Jäte lajiteltava ja murskattava kustannukset Kaupallisesti saatavat täyteaineet ja lujitteet tällä hetkellä edullisempia Työhygienia Kytkentäaineiden käyttö tarpeellista Prosessointilaitteiden kuluminen Neitseellisiin materiaaleihin verrattuna heikommat ominaisuudet

20 käyttäminen täyteaineena tai lujitteena kestomuovimatriisissa 20 Soveltuvat jätetyypit: Hiontapöly sellaisenaan täyteaineeksi Murskattu lasikuitukomposiittijäte (ei epäpuhtauksia) Murskattu hiilikuitukomposiittijäte (ei epäpuhtauksia)

21 käyttäminen lujitteena nestemäisessä keraamissa (Vubonite ) 21 Menetelmän edut: Jäte parantaa mekaanisia ominaisuuksia toivotusti, eikä toimi ainoastaan täyteaineena Helpottaa muotista irrotusta ja käsittelyä Jätettä voidaan hyödyntää määrällisesti paljon (yli 50 t-%) Jätettä ei tarvitse seuloa, karkea murskaus riittää Jäte on helppo sekoittaa matriisiin Tuotteiden laaja kirjo Menetelmän rajoitukset: Matriisimateriaali patentoitu, kaupallisten tuotteiden valmistuksesta sovittava materiaalin valmistajan kanssa Matriisin hidas kovettuminen Soveltuu ennemmin pienen lujitemuoviyrityksen jätemäärille kuin ratkaisuksi suurille jätteentuottajille Soveltuvat jätetyypit: Murskattu laminaattijäte (karkea murskaus)

22 käyttäminen kertamuovipohjaisissa uusiotuotteissa 22 Menetelmän edut: Valmistettavien tuotteiden kirjo laaja Soveltuu pienille jätemäärille Menetelmän rajoitukset: Tuotteiden hinta ominaisuuksiin nähden liian korkea Jätettä saadaan kulumaan tuotteisiin vain vähän Jätteen ja neitseellisen hartsin yhdistäminen ei välttämättä järkevää Saatujen tuotteiden kierrättäminen ongelma myös tulevaisuudessa Soveltuvat jätetyypit: Murskattu laminaattijäte (lasi- ja hiilikuitu) Hiontapöly

23 käyttäminen kertamuovipohjaisissa uusiotuotteissa 23

24 käyttäminen lujitteena puumuovikomposiiteissa 24 Menetelmän edut: Virumiskestävyys tutkituilla näytteillä parani Muuten ominaisuudet eivät parantuneet, joskaan eivät myöskään heikentyneet tutkituilla näytteillä Jätteen hyödyntämisen volyymi mahdollisesti suuri Jätettä ei tarvitse murskata kovin pieneen raekokoon Menetelmän rajoitukset: Ominaisuuksiin ei merkittäviä parannuksia tutkituilla näytteillä Työstölaitteiden kuluminen jätteen vaikutuksesta Jätteen oltava kuitupitoista eikä siinä saa olla roskia tai muita suuria partikkeleita, jotka haittaavat prosessointia Soveltuvat jätetyypit: Murskattu laminaattijäte (karkea murskaus, ei epäpuhtauksia)

25 Lujitemuovijätteen hyödyntäminen -Lujitemuovijätteen käyttö kaasunkeräyskerroksessa kaatopaikkoja suljettaessa 25 Menetelmän edut: Suuri volyymi Edullinen ratkaisu Soveltuu kaikenlaisille lujitemuovijätteille Murskausta ei välttämättä vaadita Menetelmän rajoitukset: Mahdollisesti väliaikainen ratkaisu Saatetaan vaatia jätteelle liukoisuustestejä Ei varsinaisesti kierrätystä Soveltuvat jätetyypit: Kaikki lujitemuovijätteen lukuun ottamatta hiontapölyä

26 Lujitemuovijätteen hyödyntäminen - Hiilikuidun kierrätys 26 Menetelmän edut: Hiilikuidun kierrättäminen taloudellisesti kannattavaa neitseellisen kuidun korkean hinnan vuoksi Epoksimatriisin polttaminen pois ilmassa helpommin toteutettavissa kuin pyrolysointi Kuidun mekaaniset ominaisuudet pysyvät melko hyvinä Menetelmän rajoitukset: Pyrolysointilaitteiston investointikustannukset suuret, käsiteltävää jätettä tulisi olla paljon Tutkitut kuidut eivät johda sähköä, sähköä johtavaa kierrätyskuitua on kuitenkin saatavilla Jätteen esikäsittelyä ja erityyppisten hiilikuitujätteiden sekoittamista ennen prosessointia ei ole tutkittu Työhygienia Soveltuvat jätetyypit: Vanhentunut ja osittain kovettunut prepreg-jäte Lujitemattojen leikkuujäte Hiilikuitulaminaatit

27 Lujitemuovijätteen kierrättämisen tulevaisuudennäkymät 27 Lujitemuovijätteen kierrättämiselle ei projektin aikana tehtyjen tutkimusten ja havaintojen perusteella ole teknisiä esteitä, mutta lähes jokaisen menetelmän kohdalla törmätään kustannuksiin, jotka ainakin tällä hetkellä vielä rajoittavat kierrätysmenetelmien käyttöönottoa. Myös asenteet kierrätystuotteita kohtaan kaipaavat monin paikoin korjaamista, mutta on ymmärrettävää, että ulkonäöltään ja ominaisuuksiltaan neitseellisistä materiaaleista tehtyjä tuotteita heikompien tuotteiden valmistaminen suhteellisesti korkeammilla kustannuksilla ei houkuttele. Projektin aikana on saatu aikaiseksi läpileikkaus suomalaisen lujitemuovijätteen laadusta, syntypaikoista ja määristä sekä kartoitettu käytännössä eri menetelmiä - tunnettuja ja uusia - lujitemuovijätteen kierrättämiseksi Suomen mittakaavassa. Lujitemuovijätteen määrä on moneen sovellukseen liian suuri ja yhtälailla liian pieni, mutta joka tapauksessa menetelmät teoriassa soveltuvat lähes kaiken suomalaisen lujitemuovijätteen hävittämiseen. On valitettavaa, että sementin valmistuksen yhteydessä tapahtuvasta lujitemuovijätteen kierrätyksestä ei ehditty saada tuloksia, on hyvinkin mahdollista, että valtaosa suomalaisesta lujitemuovijätteestä voitaisiin hyötykäyttää näin.

28 Lujitemuovijätteen kierrättämisen tulevaisuudennäkymät 28 On kuitenkin odotettavissa, että kaatopaikkojen määrän oleellisesti vähentyessä ja lujitemuovijätettä koskevien direktiivien vaikutusten alkaessa näkyä, eivät kierrätyksen kustannukset enää nouse esteeksi kierrätyksen tiellä. Kun lujitemuovijätteelle on pakko tehdä jotakin muuta kuin toimittaa se kaatopaikalle, on olemassa tuloksia kierrätysmenetelmistä, joissa jätettä on mahdollista käyttää. Näihin muutoksiin on järkevää alkaa varautua. Ensisijaisesti varautuminen kannattaa alkaa pyrkimällä välttämään jätteen syntymistä, yhtä tärkeää on jatkuvasti seurata, kuinka paljon ja minkälaista jätettä yrityksessä syntyy. Tällöin jätteen hyödyntäminen on jatkossa helpompaa, edellyttäen että jäte on myös lajiteltu oikein.