Uhlíková stopa termochemického rozkladu směsných odpadních plastů pomocí metody posuzování životního cyklu LCA

V roce 2020 činila celosvětová produkce plastů 367 milionu tun. Produkce plastů v Evropské Unii dosáhla 55 milionu tun. Až 40% vyrobených plastů je používáno na výrobu obalů. Významný podíl odpadních plastů určených k recyklaci je exportován mimo Evropskou Unii. S ohledem na tento vývoj a vzhledem k tomu, že nedovolená přeprava odpadů je nadále zdrojem obav, přijme Komise EU opatření s cílem zajistit, aby EU nevyvážela své problémy s odpadem do třetích zemí.

Situace v odpadovém hospodářství v ČR je problematická. Na jednu stranu je podporována cirkulární ekonomika s recyklací odpadu, ale na druhou stranu existují překážky při uvádění do oběhu produktů vzniklých při chemické recyklaci plastových či pryžových odpadů. Výsledkem je, že tyto nové technologie pro chemickou recyklaci odpadu se dostávají do rutinního provozu v daleko menší míře, než by bylo z hlediska odpadového hospodářství žádoucí.

V letech 2021 až 2023 řeší Klastr WASTen, z.s. projekt výzkumu a vývoje s názvem WASTen, z.s. – Kolektivní výzkum, kterého hlavním cílem je určit hodnotový řetězec termického rozkladu vybraných skupin odpadů a jejich následného materiálového a energetického využití a provést LCA vyhodnocení technologií na přípravu druhotných surovin.

Projekt reaguje na aktuální situaci v oblasti odpadového hospodářství. Zpracovatelé odpadů jsou tlačení ke zvýšení podílu především materiálového, ale i energetického využití odpadu. Měl by se výrazně zvýšit podíl recyklovaného odpadu, aktuální legislativa odpadového hospodářství zvýšila ceny za uložení na skládky a tím ekonomicky motivuje k investicím do moderních recyklačních technologií.

Jednou z posuzovaných technologií na přípravu druhotných surovin v rámci projektu je termochemický rozklad směsných odpadních plastů. V tomto článku jsou prezentovány výsledky předběžného posouzení této technologie s využitím metody posuzování životního cyklu (LCA) z pohledu uhlíkové stopy. Výsledky prezentovány v tomto článku jsou založeny na projektových datech. Výsledky studie budou v dalším období aktualizovány na základě provozních dat z reálného zařízení, které je v současné době ve výstavbě. Výstupem projektu bude i metodika posouzení environmentálních dopadů technologií na přípravu druhotných surovin metodou LCA.

Metoda posuzování životního cyklu

V současné době posouzení globálních environmentálních aspektů v plánech odpadového hospodářství chybí. Nová odpadová politika Evropské unie (Balíček oběhové hospodářství) prosazuje možnosti využití životního cyklu v odpadovém hospodářství.

Metoda LCA je analytická metoda hodnocení environmentálních dopadů (tj. dopadů na životní prostředí) výrobků, služeb a technologií, obecně lidských produktů. Metoda LCA přistupuje k hodnocení environmentálních dopadů produktů s ohledem na jejich celý životní cyklus, zahrnuje tedy environmentální dopady produktů již od stadia získávání a výroby výchozích materiálů přes stadium výroby samotného produktu, stadium jeho užívání až po stadium jeho odstranění, opětovného užití či recyklaci v něm použitých materiálů.

Environmentální dopady produktů jsou hodnoceny na základě posouzení vlivu environmentálních aspektů (materiálových a energetických toků), jež sledovaný systém vyměňuje se svým okolím, tedy s životním prostředím. Významným přínosem metody LCA je vyjadřování environmentálních dopadů pomocí takzvaných kategorií dopadu. Kategorie dopadu je specifický problém životního prostředí, na jehož rozvoji se lidská činnost v důsledku výměny látek či energií s okolním prostředím podílí. Příkladem kategorií dopadu může být globální oteplování, úbytek stratosférického ozonu či eutrofizace.

Metoda LCA může být v oblasti odpadového hospodářství použita za účelem porovnání environmentálních dopadů alternativních systémů nakládání s odpady nebo za účelem identifikace hlavní oblasti potencionálního zlepšení v daném systému nakládání s odpady či v dané konkrétní technologii.

Termochemický rozklad směsných odpadních plastů

Termochemický rozklad probíhá bez přístupu vzduchu při teplotách 350 – 450°C. Výstupy z této technologie jsou procesní plyn, pevný zbytek a kapalný recyklát. Procesní plyn je využíván jako zdroj pro pohon mikroturbíny, který následně kryje část energetické potřeby vlastního provozu technologie. Kapalný recyklát a pevný zbytek jsou druhotné suroviny využitelné jako náhrada primárních surovin, např. v petrochemickém nebo chemickém průmyslu.

Základní schéma navržené technologie, která je předmětem posouzení, je uvedeno na obrázku 1.

Východiska studie

Cílem předběžné studie bylo posoudit environmentální dopady navržené technologie termochemického rozkladu směsných odpadních plastů pomocí metody LCA. Zvolenou funkční jednotkou studie, tedy kvantifikovaným vyjádřením velikosti funkce posuzovaného systému, je zpracování 1 tuny směsných odpadních plastů. V rámci studie je využit princip tzv. substituce, tzn., že je v rámci posouzení využitelným výstupům (kapalný recyklát a pevný zbytek) přičten pozitivní příspěvek, tedy „úspora“ environmentálních dopadů, které by vznikly při výrobě primárních surovin (nafta/kapalný recyklát, lignit/pevný zbytek) a které jsou těmito výstupy v rámci studie nahrazovány.

Tento princip je při posuzování metodou LCA standardně využíván a umožňuje porovnat alternativní technologie nakládání s odpady, které produkují různé výstupy. V rámci této předběžné studie bylo provedeno srovnání se zařízením na energetické využití odpadů, kterého využitelnými výstupy jsou elektřina a teplo. Volba primárních surovin, které v rámci studie nahrazují výstupy (kapalný recyklát a pevný zbytek) byly zvoleny na základě technických vlastností produktů a jsou také v souladu se zahraničními studiemi.3

Hranice systému posuzovaného produktového systému jsou znázorněny na obrázku 2.

SOP – směsné odpadní plasty, D - doprava

Výsledky předběžného posouzení termochemického rozkladů směsných odpadních plastů

Model životního cyklu zpracování směsných odpadních plastů termochemickým rozkladem byl vypracován s použitím specializovaného LCA software GaBi a s použitím aktuálních verzí databází a inventarizačních datových sad Gabi Professional, Ecoinvent 3.8. a na základě projektových dat získaných od společnosti ENRESS, s.r.o. Pro vyčíslení potenciálních environmentálních dopadů byla použita metodika EF 3.0 doporučovanou Evropskou komisí.

Na obrázku 3 je znázorněn příspěvek jednotlivých bloků technologie k uhlíkové stopě. Téměř celkový environmentální dopad technologie je spojen s provozem depolymerizačního reaktoru a to z důvodu jeho energetické náročnosti na provoz. Z provedeného předběžného posouzení metodou LCA vyplývá, že až 20% spotřeby elektrické energie zařízení pro termochemický rozklad směsných odpadních plastů může být pokryto vlastní produkcí procesního plynu a jeho spalováním v mikroturbíně.

Na obrázku 4 jsou znázorněny výsledky uhlíkové stopy technologie termochemického rozkladu směsných odpadních plastů, které jsou porovnány s alternativním scénářem nakládání s těmito odpady, a to jejich energetickým využitím. Z porovnání vyplývá, že technologie termochemického rozkladu směsných odpadních plastů má nižší uhlíkovou stopu než zařízení k energetickému využití.

Na obrázku 5 je uvedeno porovnání výsledků této předběžné studie s výsledky mezinárodních studií, které se zabývaly posouzením environmentálních dopadů a uhlíkové stopy technologie pyrolýzy směsných odpadních plastů. Z porovnání je vidět, že výsledek této studie je nejblíže studii CE Delft, které předmětem bylo také předběžné posouzení. Výsledky všech studií uvádí, že technologie termochemického rozkladu/pyrolýzy směsných odpadních plastů má nižší uhlíkovou stopu v porovnání se zpracováním těchto odpadů v zařízení k energetickému využití.

*Ve studiích BASF/SPHERA a KHOO byl do hranic systémů také zahrnut sběr a svoz odpadů.

Závěr

Ze studie vyplývá, že termochemická recyklace může být jednou z možností jak snižovat dopady změny klimatu v odpadovém hospodářstvía jak podpořit materiálové využití odpadů, což jsou i cíle odpadové politiky Evropské unie, tzn. omezování skládkování a v maximální míře podpora materiálového a energetického využití odpadů a celkové přijatelnosti pro životní prostředí.

Výstupy z konkrétní LCA studie nejsou platné obecně, ale platí vždy za daných a jasně specifikovaných podmínek. Přínosem metody LCA je právě jasná definice podmínek platnosti studií, zasazující dané poznatky o interakcích technologických procesů a životního prostředí do konkrétního technologického, environmentálního, ale i socioekonomického kontextu. Výsledky LCA mohou být užitečnými podněty pro proces rozhodování.

Práce na projektu je financována z programu Spolupráce – Klastry, OP PIK. Název projektu: „WASTen, z.s. – Kolektivní výzkum“.

• https://plasticseurope.org/media/eu-plastics-production-and-demand-first-estimates-for-2020-2/
• Sdělení Evropské komise COM (2020) 98 final, 11. 3. 2020.
• Sphera Solutions GmbH, BASF. Evaluation of pyrolysis with LCA – 3 case studies. 2020.
• CE Delft. Exploration chemical recycling – Extended summary. 2020.
• Sphera Solutions GmbH, BASF. Evaluation of pyrolysis with LCA – 3 case studies. 2020.
• KHOO, H. H.: LCA of plastic waste recovery into recycled materials, energy and fuels in Syngapore. In Resources, Conservation & Recycling 2019.