Pojazdy stanowią skomplikowane technologicznie produkty przemysłu, których elementy są wykonane z różnorodnych materiałów, takich jak metale i ich stopy, szkła i ceramiki, polimery oraz kompozyty. Materiałom tym na etapie produkcji i eksploatacji stawiane są określone wymagania konstrukcyjne, technologiczne, estetyczne i ekonomiczne.

Obecnie widoczna jest tendencja stosowania coraz większej ilości tworzyw sztucznych przy zmniejszającej się ilości elementów wykonanych z żeliwa, staliwa lub stali. Współczesne samochody zawierają 15-20% tworzyw sztucznych. Taka ich ilość wynika z ich zalet, do których należą zmniejszenie masy elementu, łatwość projektowania przez dowolne formowanie kształtów (np. poprawiających właściwości aerodynamiczne pojazdów), poprawa jakości powierzchni elementów, dowolne barwienie i lakierowanie, izolacyjność termiczna, odporność na działanie związków chemicznych i czynników atmosferycznych, wytrzymałość na zużycie, tłumienie hałasu i drgań, zwiększenie bezpieczeństwa pojazdów przez pochłanianie energii podczas wypadku, powrót do pierwotnego kształtu po odkształceniu, możliwość doboru materiałów o wymaganych właściwościach wytrzymałościowych i dielektrycznych, przystępne koszty przetwarzania i obróbki oraz możliwość recyklingu.


Rys. 1. Odporność wybranych tworzyw sztucznych na temperaturę

Asortyment materiałów polimerowych stosowanych w pojazdach jest stosunkowo duży, co wiąże się z koniecznością doboru materiałów do określonych wymagań. Poszczególne polimery charakteryzują się odmiennymi właściwościami wytrzymałościowymi, termicznymi, optycznymi, elektrycznymi itd. (rys. 1). Plastyfikowany polichlorek winylu (PVC-m) zachowuje się plastycznie w temperaturze pokojowej, służy więc do wytwarzania uszczelek i listew ochronnych, a nieplastyfikowany (PVC) oraz polipropylen (PP) są materiałami sztywnymi, mięknącymi dopiero w temperaturze 90-100C. Poliwęglan (PC) zachowuje sztywność do 130C, co przy doskonałej przezroczystości stanowi o jego stosowaniu od wyrobu reflektorów. Przykłady zastosowań polimerów do wyrobu detali samochodowych przedstawiono w tab. 1.

Tab. 1. Zastosowanie tworzyw sztucznych w samochodach (PDF)

Obejmuje ona elementy o masie od kilkudziesięciu gramów do kilkunastu kilogramów. W przeciętnym samochodzie znajduje się ok. 2 tys. elementów wykonanych z materiałów polimerowych. Dominującą pozycję wśród polimerów stosowanych w pojazdach zachowuje polipropylen, co wynika z powszechności stosowania tego polimeru do wytwarzania zderzaków (rys. 2).


Rys. 2. Udział poszczególnych tworzyw sztucznych do wytwarzania elementów pojazdów

Podstawy prawne i skala problemu
W 2004 r. nastąpił lawinowy wzrost ilości używanych samochodów sprowadzanych do Polski z krajów UE. Wraz z przystąpieniem do Wspólnoty przestał w Polsce obowiązywać zakaz rejestrowania pojazdów niespełniających norm emisji spalin EURO II, co spowodowało napływ samochodów wyprodukowanych przed 1997 r. W ciągu roku sprowadzono ok. 812 tys. pojazdów, w większości wyprodukowanych ponad 10 lat temu.
W 2005 r. nadal sprowadza się duże ilości samochodów używanych, choć jest ich nieco mniej i są trochę młodsze (rys. 3).


Rys. 3. Ilość samochodów sprowadzanych w latach 2004-2005

Na początku 2004 r. w Polsce zarejestrowanych było ok. 14,5 mln pojazdów, z czego samochody osobowe stanowiły ok. 10,5 mln. Teoretycznie powinno się wycofywać z eksploatacji ok. 300 tys. pojazdów rocznie, praktycznie natomiast jest to zaledwie 100 tys.. Na polski rynek zostały wprowadzone pojazdy, które niedługo znajdą się w grupie tych przeznaczonych do wycofania z eksploatacji. Jest to problem zarówno logistyczny, technologiczny, jak i ekonomiczny – średni koszt recyklingu samochodu w UE wynosi 100 euro – obecnie te koszty będą musiały być poniesione w Polsce (chyba że pojazdy te pojadą dalej na wschód).
Problem pojazdów wycofywanych z eksploatacji nie jest problemem lokalnym. W Europie wyrejestrowuje się rocznie ok. 10 mln samochodów. W celu uporządkowania tej kwestii na terenie Unii Europejskiej wprowadzono dyrektywę 2000/53/EC (ELV Directive). Najważniejsze postanowienia tej dyrektywy dotyczą:
  • ograniczenia lub całkowite wyeliminowania stosowania niektórych substancji niebezpiecznych (np. ołowiu, rtęci, kadmu i chromu6+),
  • zorganizowania systemów zbierania pojazdów wycofanych z eksploatacji, które umożliwiłyby od 1 stycznia 2007 r. realizację prawa do bezpłatnego oddania pojazdu przez ostatniego właściciela,
  • określenia wymagań przez wszystkie firmy zajmujące się demontażem pojazdów i mające prawo do wydawania tzw. świadectw zniszczenia (m.in. w zakresie wyposażenia oraz sposobu przeprowadzania demontażu) oraz autoryzacji przez właściwe władze (zezwolenia),
  • osiągnięcia określonych poziomów odzysku i recyklingu (odpowiednio 85 i 80% do 1 stycznia 2006 r. oraz 95 i 85% do 1 stycznia 2015 r.),
  • stosowania oznaczeń części i materiałów oraz przygotowania instrukcji demontażu pojazdów w celu ułatwienia demontażu.

Analogiczną konstrukcję posiada obowiązująca w Polsce ustawa o recyklingu pojazdów wycofanych z eksploatacji z 20 stycznia 2005 r., wdrażająca postanowienia dyrektywy 2000/53/EC.
Wymagany ustawą poziom recyklingu uzyskuje się głównie dzięki przetapianiu złomu metalowego, jednak zmniejszająca się jego ilość w samochodach nowej generacji nakazuje zwrócić uwagę na elementy z tworzyw sztucznych, które w większej mierze powinny być odzyskiwane i poddawane recyklingowi. Zakładając zawartość materiałów polimerowych w przeciętnym pojeździe na 150 kg, przy 500 tys. pojazdów, jakie teoretycznie w Polsce winny zostać wycofywane z eksploatacji, stanowi to 75 tys. ton odpadów polimerowych rocznie. Taka ilość surowca wtórnego może zostać zagospodarowana i być podstawą do zrobienia intratnego biznesu. Wśród warunków do spełnienia konieczne jest zbudowanie efektywnego systemu zbiórki wraków samochodowych, opartego na przejrzystym mechanizmie finansowym, odpowiednia infrastruktura techniczna i technologie dopasowane do lokalnych warunków.

Technologie recyklingu odpadów z tworzyw sztucznych
Elementy pojazdów samochodowych, wykonane z tworzyw sztucznych, mogą być poddane recyklingowi materiałowemu (powtórne wykorzystanie przetworzonych odpadów jako materiałów stanowiących pełnowartościowy surowiec do dalszego przetwórstwa) i chemicznemu (piroliza, uwodornienie, hydroliza, dehydrochlorowanie), regeneracji i powtórnemu użyciu elementów oraz recyklingowi energetycznemu (spalanie odpadów z odzyskiem zawartej w nich energii).

Tab. 2. Zasada recyklingu kaskadowego
Nazwa części
Tworzywo
Rodzaj produktu
Zderzak
Polipropylen
Chłodnica
Elementy układu wentylacyjnego
Obudowa filtra powietrza
Dywaniki
Paliwo (uzyskane w wyniku rozkładu termicznego)


Recykling materiałowy stanowi najprostszy i najtańszy sposób zagospodarowania odpadów. Pewne ograniczenie stanowi pogorszenie właściwości materiałów po wielokrotnym przetwórstwie. Z tego względu często stosuje się system kaskadowy (tab. 2), wytwarzając w kolejnych cyklach produkty o innym przeznaczeniu niż pierwotny. W systemie tym po każdym kolejnym etapie przetwórstwa wymagania stawiane wyrobom są coraz mniejsze.
Innym powszechnie spotykanym odpadem w przemyśle samochodowym jest pianka poliuretanowa. Najprostszym sposobem ich wykorzystania jest ich rozdrobnienie, a następnie zastosowanie jako wypełnień do opakowań wrażliwych na wstrząsy. Możliwe jest również uzyskanie sproszkowanego poliuretanu, który może być wykorzystany w procesie produkcji pianek jako lekki napełniacz duroplastów i mas poliestrowych oraz napełniacz mieszanek gumowych. Stosowana jest też utylizacja pianek, polegająca na ich rozdrobnieniu i sproszkowaniu oraz wprowadzeniu jako dodatku do poliolu. Proces taki umożliwia uzyskanie nowych pianek po niższych kosztach. Sproszkowane lub tylko rozdrobnione odpady można mieszać ze środkiem wiążącym i odpowiednimi środkami pomocniczymi (takimi jak włókna wzmacniające czy tekstylia), a następnie poddać prasowaniu. Tym sposobem najczęściej uzyskuje się wyroby o różnym zastosowaniu w przemyśle samochodowym. Miękkie, rozdrobnione pianki można formować pod ciśnieniem i w temperaturze powyżej 200ºC bez użycia środka wiążącego, otrzymując wyroby o właściwościach pianek integralnych.

Recykling chemiczny polega na rozłożeniu tworzyw sztucznych na monomery lub surowce do wytwarzania innych produktów chemicznych. Technologie tej metody zakładają odzysk surowców użytych do produkcji tworzyw sztucznych. Mogą one zostać zastosowane do otrzymywania pełnowartościowych tworzyw, zaś petrochemiczne frakcje lekkie i ciężkie mogą stanowić domieszkę do standardowych paliw i smarów. Podstawową zaletą recyklingu chemicznego jest otrzymywanie produktów wysokiej jakości oraz możliwość przeróbki tworzyw mieszanych, z pominięciem etapu kosztownej segregacji. Konieczność stosowania skomplikowanych instalacji, wysokiej temperatury, ciśnienia, katalizatorów oraz ścisła kontrola parametrów – stanowią istotne ograniczenie dla tej metody recyklingu.
Kraking, piroliza i uwodornienie stanowią zbliżoną grupę metod polegających na termicznym rozkładzie odpadów polimerowych. W zależności od warunków procesu (temperatura, ciśnienie, dostęp tlenu, obecność wodoru) uzyskuje się w różnych proporcjach produkty gazowe, ciekłe i frakcję stałą. Część gazu może być używana do ogrzewania reaktora lub do innych celów opałowych, można też otrzymać gaz syntezowy. Produkt ciekły charakteryzuje temperatura wrzenia benzyny lub oleju napędowego – może więc być używany w charakterze paliwa silnikowego. Skład i właściwości frakcji benzynowej zależą od składu odpadów polimerowych (zawartość polietylenu, polipropylenu i polistyrenu). Stała pozostałość ma właściwości koksu.
Dehydrochlorowanie stanowi proces odzyskiwania chlorowodoru i alkanów przez degradację termiczną lub termomechaniczną odpadów tworzyw sztucznych zawierających poli(chlorek winylu) lub poli(chlorek winylidenu). Pozostałość procesu stanowi koks.
Hydroliza polega na rozłożeniu polimerów polikondensacyjnych pod działaniem pary wodnej w podwyższonej temperaturze i pod zwiększonym ciśnieniem. Metodę można stosować do rozpadu poliestrów, poliamidów i poliuretanów (pianki poliuretanowe) na surowce, które mogą zostać użyte do ponownej ich produkcji.

Recykling energetyczny stanowi proces, w którym odzyskuje się energię zużytą na wytworzenie części z tworzyw sztucznych. Z energetycznym recyklingiem odpadów z tworzyw sztucznych wiąże się nadzieje na globalne rozwiązanie problemu przetwarzania odpadów, które nie mogą być poddane innym metodom recyklingu. Recyklingowi energetycznemu mogą być poddawane wszystkie rodzaje tworzyw sztucznych, stosowane w budowie samochodu, niezależnie od rodzaju zastosowanego polimeru, użytych wypełniaczy i dodatków oraz charakteru i postaci odpadu. Dlatego nie zachodzi potrzeba ani wstępnej segregacji odpadów, ani też ich mycia i usuwania elementów z innych substancji (uszczelek gumowych, tkanin itp.). Prócz energii uzyskuje się także gaz syntezowy. Schemat jednego z możliwych do realizacji procesów recyklingu energetycznego przedstawia rys. 4.


Rys. 4. Schemat procesu recyklingu energetycznego

Należy podkreślić konieczność doboru zarówno technologii i materiałów konstrukcyjnych, jak i warunków prowadzenia procesu, aby był on ekonomicznie uzasadniony i bezpieczny. Istnieje pilna potrzeba znalezienia metody zagospodarowania tzw. frakcji lekkiej powstającej przy rozdrabnianiu pojazdów, ja także wiele kontrowersji dotyczących poszczególnych technologii recyklingu energetycznego. Niezależnie od rodzaju dostępnych technologii wszystkie wymagają znacznych inwestycji oraz konieczności uwzględnienia znacznych kosztów eksploatacji i remontu instalacji, co wynika z drastycznych warunków technologicznych.

dr hab. inż., prof. Marek Kozłowski
Kornel Delczyk
Politechnika Wrocławska
Centrum Doskonałości Recyklingu Materiałów, Wrocław