energia cieplna

Guma jest tworzywem sztucznym otrzymywanym z kauczuku naturalnego oraz kauczuków syntetycznych i substancji, które w określonym połączeniu z kauczukiem decydują o jej właściwościach.  Najbardziej charakterystyczną cechą tego surowca jest wysoka rozciągliwość i elastyczność, a także wytrzymałość na ściskanie i rozciąganie. W przemyśle samochodowym wykorzystywana jest także ze względu na dobrą izolację cieplną i dźwiękową.

Ze względu na te właściwości elementy gumowe spełniają w samochodzie ważne funkcje i  stanowią około 6,7% jego masy.

W pojazdach z gumy wykonane są:

• opony,

• węże i przewody,

• uszczelki,

• amortyzatory i elementy zawieszenia,

• paski klinowe i rozrządu.

Tabelka. Średni udział elementów gumowych w pojeździe

Tabela przedstawia średni udział w samochodzie poszczególnych elementów gumowych. Największy stanowią opony i uszczelnienia karoserii (drzwi, okna), charakteryzuje je łatwość wymontowania,  możliwość odzysku i recyklingu metodami stosowanymi do odpadów gumowych. Pozostałe elementy stanowią mniejszy procent masy komponentów gumowych w pojazdach, są trudno dostępne przy demontażu, a po wymontowaniu nie nadają się do ponownego zastosowania ze względu na szybkie zużycie na wskutek starzenia się gumy. Najczęściej pozostawia się je we wraku kierowanym do strzępiarki.

Z kauczuku etylenowo – propylenowego, odpornego na działanie czynników atmosferycznych, wykonane są uszczelnienia w karoserii.  Po segregacji i rozdrobnieniu mogą one być poddawane regeneracji i wykorzystane ponownie w produkcji wyrobów gumowych, jednak materiał  ten jest niepełnowartościowy i niekonkurencyjny cenowo, dlatego też trzeba dopuścić opcję pozostawienia uszczelnień we wraku, zwłaszcza gdy są to uszczelki wieloskładnikowe.

Zużyte opony stanowią odpad uciążliwy, ponieważ nie ulegają degradacji w środowisku naturalnym nawet przez 100 lat z tego powodu zostały zakwalifikowane do kategorii odpadów, które powinno się wykorzystywać przemysłowo i nie można pozostawiać ich na składowiskach, ponieważ zgromadzone w dużych ilościach w jednym miejscu stanowią zagrożenie pożarowe.

O problemie związanym z produkcją, a następnie składowaniem i recyklingiem opon świadczy fakt, że na świecie przybywa ich rocznie około 1 mld ton, w krajach Unii Europejskiej ponad 2,5 mln, a w Polsce około 150 tys. ton. Tego typu odpady gromadzone są głównie na składowiskach, gdzie często dochodzi do niebezpiecznych i trudnych do ugaszenia pożarów.

Zużyte opony samochodowe stają się coraz większym kłopotem także w naszym kraju, gdyż roku na rok przybywa ich w bardzo szybkim tempie. Sytuacja taka wymusiła regulacje prawną w tym zakresie i dlatego, zgodnie z przepisami o odpadach nie można obecnie na wysypiskach składować opon zarówno całych jak i w formie rozdrobnionej. Kolejną próbą rozwiązania tego problemu jest nałożenie na podmioty gospodarcze wprowadzające opony na rynek  obowiązku osiągania rocznego poziomu odzysku i recyklingu (w 2007 – 75%).

Recykling opon można podzielić na trzy grupy:

• proces regeneracji opon,

• recykling materiałowy,

• recykling energetyczny.

Proces regeneracji opon polega na ich bieżnikowaniu, czyli całkowitej wymianie bieżnika. Proces ten można wykonać dwoma metodami to jest:

• na zimno,

• na ciepło.

W procesie wykonywany metodą „na zimno” przykleja się nową warstwę  zwulkanizowanego bieżnika do karkasu odpowiednio wcześniej przygotowanej zużytej opony. Metodę „na ciepło” przeprowadza się w specjalnej metalowej formie, w której nowa warstwa niezwulkanizowanego bieżnika po nałożeniu go na przygotowaną oponę poddawana jest procesowi wulkanizacji.

W recyklingu materiałowym wykorzystuje się ponowne rozdrobnioną gumę.
Obecnie stosuje się  dwie metody  rozdrabniania opon:

• metoda klasyczna – czyli mechaniczne cięcie i rozcieranie opon w specjalnych urządzeniach zwanych strzępiarkami,

• technologia kriogeniczna – przeprowadzana z  wykorzystaniem ciekłego azotu polega na  zamrożeniu opony, a następnie rozdrobnieniu jej w młynach młotkowych.

Można także stosować technologie ścierania, która jest uzupełnieniem tych dwóch metod, jest ona  związana najczęściej z procesem regeneracji opon. Jej produktem jest „Ścier gumowy”, który powstaje w wyniku obróbki mechanicznej powierzchni opony, celem przygotowania jej do procesu bieżnikowania.

Ze względu na wielkość cząstek rozdrobnioną gumę możemy podzielić na:

• strzępy 40 – 300 mm,

• czipsy 10 – 40 mm,

• granulat 1 – 10 mm,

• miał 0 – 1 mm,

• ścier 0 – 40 mm

Postać  rozdrobnionych opon ma zasadniczy wpływ na sposób wykorzystania surowca.

Strzępy i czipsy najczęściej wykorzystuje się  jako wypełniacze w  konstrukcjach budowlanych, a także przy budowie tuneli,  przejść podziemnych, dróg i mostów. Takie właśnie ich wykorzystanie spowodowane jest  dobrymi właściwości izolacyjnymi i termicznymi oraz wodoodpornością.

Natomiast granulat i ścier gumowy znakomicie nadaje się do wytwarzania nawierzchni placów zabaw, boisk, mat izolacyjnych np. w ekranach dźwiękochłonnych. Surowiec ten  stosuje się także w ogrodnictwie jako torf syntetyczny.

Miał jest dodawany do mieszanek gumowych, z których produkuje się nowe wyroby np. opony przemysłowe, wykładziny podłogowe, wycieraczki, maty, dywaniki samochodowe i tym podobne. Miał gumowy stosowany jest  również do asfaltu przy budowie dróg.

Zużyte opony są cenionym paliwem alternatywnym, uzupełniającym węgiel czy olej opałowy, gdyż mają bardzo dobre właściwości energetyczne (wartość opałowa około 30 MJ/kg). Jednak wykorzystanie opon jako paliwa uwarunkowane jest koniecznością zapewnienia  właściwych parametrów procesu spalania. Spalanie opon w sposób niekontrolowany w szklarniach, kotłowniach i tym podobne, jest niezgodne z przepisami ochrony środowiska i przez to niedozwolone.  Spalanie opon powinno odbywać się w specjalnych piecach, najlepsze wydają się bezdymne piece cementowe – za przykład można podać cementownię „Górażdże”.

Rozdrabnianie opon wiąże się jednak  z problemami technologicznymi (zwłaszcza z ich metalowym zbrojeniem) i sytuacja ta wymusiła poszukiwanie sposobów ich spalania w całości. Produkcją i eksploatacją pieców do spalania opon zajmuje się już od 30 lat angielska firma „Avon Rubber”. Z kolei włoska firma „Del Monego” skonstruowała piec obrotowy umożliwiający spalanie opon o masie do 70 kg i średnicy do 120 cm. Działania tego typu prowadzą do wykorzystanie tego surowca do produkcji energii elektrycznej i czerpania z tego korzyści. W amerykańskim mieście Modesto firma „Oxford Energy” zbudowała elektrownię o mocy 14 MW spalającą 50 tys. opon w całości. Prognozuje się, że w niedługim czasie zostanie zbudowanych 12 następnych zakładów tego typu. Rozwój tych technologii energetycznych związany jest z odpowiednią polityką władz.  W USA, choć zakłady uzyskują dochód ze sprzedaży przetworzonego surowca jako paliwa dalszym klientom, za przeróbkę jednej tony ogumienia firmie wypłacane jest dodatkowo 50 dolarów.

Spalanie opon w celu wytwarzania energii cieplnej i elektrycznej wydaje się właściwym sposobem ich utylizacji. Proces ten jednak jest dopuszczalny wyłącznie przy przestrzeganiu norm emisji wydzielanych zanieczyszczeń.

Prace nad recyklingiem elementów gumowych w samochodzie prowadziła też amerykańska firma Firestone Tyres. W ich wyniku przeprowadzono udane próby transformacji gumy w metanol, co doprowadziło do uzyskania pyłu spełniającego wymagania obowiązujące przy produkcji gumy.  Podstawowym procesem rozkładu gumy, stanowiącym punkt wyjścia dla dalszego przekształcania produktów rozkładu w metanol, jest piroliza zachodząca w komorze utleniania w temperaturze 1000° C. Pierwsza instalacja tej firmy o wydajności 300 ton metanolu na dobę umożliwia przetwarzanie opon samochodów osobowych. Przed przystąpieniem do ich przetwarzania należy je pociąć na części z oddzieleniem obrzeża, które z kolei stanowi oddzielny produkt handlowy.

Rozwiązania podobne należy także zastosować w Polsce, gdyż rocznie pozbywa się u nas 150 tys. ton opon. Bieżnikowaniu poddaje się zaledwie około 6 tys. ton, a recyklingowi materiałowemu nie więcej niż 10 tys. ton. Mimo faktu, że zużytego ogumienia z roku na rok przybywa, nadal nie dokonano wyboru sposobu ich zagospodarowania. Wartość odzyskanych surowców z reguły nie pokrywa kosztów ich zbiórki, transportu i przetwarzania, dlatego też brak jest specjalistycznych firm zajmujących się przetwórstwem. Na niską skalę wykorzystuje się opony jako paliwo.

W krajach Unii Europejskiej sytuacja jest podobna, gdyż mimo zapotrzebowania ze strony przemysłu na tego rodzaju paliwo wynosi 30 mln ton rocznie, to przekazywanych jest jedynie 981 tys. Nawet gdyby wszystkie odzyskane opony były dostarczane do cementowni, to i tak tylko w 10% wykorzystywano by zapotrzebowanie na nie.

Przykład przedsiębiorstwa tego typu stanowi Cementownia Górażdże, gdzie spala opony w ilości 12 tys. ton rocznie. Spalaniem opon zainteresowane są również inne krajowe cementownie. Szacuje się, że w zakładach tych można by spalić ponad 300 tys. t opon rocznie, przy zastąpieniu 10 proc. paliwa tradycyjnego właśnie oponami. Maksymalna temperatura w piecach cementowni sięga 2000° C i zapewnia rozkład wszystkich szkodliwych związków organicznych, w związku z tym spalanie opon w taki właśnie sposób jest najlepszą metodą utylizacji jakie są obecnie dostępne.

Energetyczna utylizacja ogumienia rozwija się w dwóch alternatywnych kierunkach. Pierwszy wariant opiera się na budowie wielkich elektrowni – taką drogę wybrano między innymi w USA, Wielkiej Brytanii i Włoszech. Na Wyspach Brytyjskich spalana będzie połowa wszystkich zużytych opon w dwóch instalacjach, które są obecnie jeszcze w budowie. Również w Rosji uważa się takie rozwiązanie za bardzo korzystne. Energetyka w tym kraju dysponuje urządzeniami niezbędnymi dla realizacji takich nowych, lecz uciążliwych dla środowiska procesów technologicznych, w których realizacji konieczne jest sprawne funkcjonowanie systemu zbiórki i transportu surowca do miejsca utylizacji.

Druga opcja preferuje budowę dużej liczby niewielkich spalarni, które spełniają obowiązujące normy ekologiczne. Będą one zlokalizowane w przedsiębiorstwach transportowych i będą stanowić uzupełnienie istniejących kotłowni. Wariant ten jest wydaje się korzystniejszy, gdyż taka rozproszona struktura systemu energetycznej utylizacji opon pozwoli na znaczne ograniczenie kosztownej zbiórki i dowozu surowca.

Przed recyklingiem elementów gumowych w Polsce rysuje się także inna droga prowadząca do  rozwiązania tego problemu. W Instytucie Chemii Przemysłowej w Warszawie opracowano innowacyjną metodę pozwalającą na otrzymywanie nowych wyrobów gumowych przy użyciu techniki prasowania rozdrobnionych mechanicznie odpadów gumowych, poprzez ich ponowną wulkanizację siarką. Zbadano parametry surowca uzyskanego w ten sposób, np. odporność na ścieranie, rozciąganie,  starzenie się i tym podobne (wszystkie okazały się pozytywne). Zaletą proponowanej metody są niskie koszty jej zastosowania, fakt, że choć jest ona nowoczesna to nie wymaga specjalistycznego oprzyrządowania. Z jej zastosowania wynikają także korzyści dla ochrony środowiska naturalnego, gdyż zapobiega składowaniu opon i pozwala zastosować surowce wtórne do produkcji wyrobów użytkowych, takich jak: wykładziny gumowe, wycieraczki, dywaniki samochodowe, podeszwy do obuwia, progi zwalniające na jezdniach, słupki parkingowe.

Ciekawym rozwiązaniem wydaje się być także zastosowanie pirolizy zużytych opon samochodowych, czyli procesu polegającego na degradacji cząsteczki w dostatecznie wysokiej temperaturze w środowisku beztlenowym. Przeprowadza się go w specjalnym piecu, w którym spalany jest granulat z opon. W wyniku tego procesu uzyskano trzy produkty:

Karbonizat – lekki i kruchy materiał wysokouwęglony w kolorze czarnym, o właściwościach fizycznych zbliżonych do właściwości sadzy, posiadający wysoką wartość opałową, zawierający jednak znaczną ilość popiołu (około 14%). Może być stosowany do produkcji paliwa, absorbentów węglowych oraz elektrod dla baterii i ogniw, a także w metalurgii, w materiałach ogniotrwałych, koksownictwie i jako substytut sadzy. Jego udział w uzysku  produktów pirolizy jest największy i stanowi w zależności od początkowego składu opony,  jej wieku, producenta i temperatury spalania, około 50 %.

Olej – lekko zawodniony, brązowy, o intensywnym ostrym zapachu, posiada wysoką wartość opałową około 43MJ/kg, ale zawartość siarki przekracza limit 1% obowiązujący w krajach Unii Europejskiej dla olejów komercyjnych i konieczna jest jego kolejna obróbka. Jego uzysk wynosi 26-33%.

Gaz – w większej części jest to wodór, a także węglowodory lekkie oraz tlenek węgla i dwutlenek węgla, posiada on wysoką wartość opałową, podobną do gazu ziemnego, ale jest zanieczyszczony przez siarkowodór. Uzysk stanowi 17-20%.

Andrzej Głaz, Piotr Głaz, Małgorzata Hojdak

Źródło: Ekogroup.info – Ekologia i Recykling