W dotychczasowym podejściu do oceny technologii odzysku materiałów z odpadów jako pierwsze stawiane jest pytanie o porównanie kosztów realizacji tego procesu z tym prowadzącym do otrzymania materiału z zasobu pierwotnego lub o podobne porównanie z efektami dotychczas stosowanych technologii recyklingu.

Przyjęcie konieczności prowadzenia gospodarki – a więc i działań technologicznych – zgodnie z zasadą zrównoważonego rozwoju wymaga ważnych zmian w tym czysto techniczno-ekonomicznym spojrzeniu. Ocena nowej technologii, z tego punktu widzenia, powinna uwzględniać ekonomiczny rachunek ciągnący pełne koszty środowiskowe realizacji procesu. W skład kosztów musi też wchodzić koszt zasobu pierwotnego. Jego cena ujmuje nie tylko cenę jego wydobycia, powinna też obejmować koszt rekompensaty owej nieodwracalnej straty. W przypadku technologii recyklingu koszt – jako wycena surowca – powinien się więc pojawić jako zysk dla środowiska, ponieważ mamy wtedy do czynienia wprost z brakiem utraty zasobu pierwotnego. Nie trzeba go tracić, nie trzeba wydobywać, jest bowiem odzyskiwany w recyklingu. Porównanie technologii recyklingu ujawniałoby również, z jaką skutecznością jest on odzyskiwany, zawracany do systemu. Licząc w ocenie technologii tylko koszty własne, energię i pracę niezbędną do przeprowadzenia danej technologii, nie uwzględnia się wymienionej tu wartości. A przecież w miarę upływu czasu wartość zasobu nieodnawialnego będzie nieubłaganie wzrastała i jedynie dynamika tego procesu nie jest dziś do końca wiadoma. Z punktu więc widzenia czystej ekonomii zostałaby ona osiągnięta, lecz z punktu widzenia racjonalności zachowań wobec środowiska – stałoby się to zbyt późno. Dla odzyskania równowagi nie jest możliwe „wyprodukowanie” zasobu czy surowca. Chcąc chronić zasób nieodnawialny, trzeba dodać do jego wartości środki, które mogą i muszą być przeznaczone na stworzenie substytutu traconej wartości. Recykling jest właśnie takim substytutem i należy na niego spojrzeć z tej perspektywy, a nie jak na nazwę z katalogu modnej i politycznie poprawnej dziedziny – „ekologii”.

Konieczne podniesienie cen
Przeprowadzenie takiego przewartościowania ceny surowca byłoby wypełnieniem postulatu zachowania zasobu dla następnych pokoleń. Problemem ekonomistów jest nie tylko rzetelne oszacowanie tej wartości, ale także opracowanie metody redystrybucji kwot wynikających z oceny wartości, wyznaczonej dodatkowo z przeznaczeniem jej na ochronę i/lub substytucję tego zasobu. Środki powinny być kierowane na pokrycie różnic m.in. pomiędzy ceną produktu wynikającą z jego otrzymania w technologii korzystającej z zasobu pierwotnego a ceną z najlepszej technologii odzyskowej, gdyby ta okazywała się ekonomicznie mniej korzystna. W ten sposób stanie się ona opłacalna.
Innymi słowy, jeśli technologia odzysku zasobu nieodnawialnego jest droższa niż jego wydobycie i bezpowrotne zużycie, to znaczy, że reguły obowiązującej ekonomii są niezgodne z zasadą zrównoważonego rozwoju, prowadzą do nadmiarowego zużywania zasobu pierwotnego, a wartość zasobu jest przenoszona w czysty zysk przedsiębiorcy, pochodzący z rabunku środowiska. Przemyślana i właściwie stosowana zasada zrównoważonego rozwoju jest podstawą prawa i tym narzędziem, które w rachunkach powinno pozwolić na przybliżenie rzeczywistych, bo całkowitych kosztów środowiskowych. Nieopłacalność pozyskiwania surowca na drodze recyklingu, jeśli ma miejsce, bardziej wskazuje na konieczność wprowadzenia zmian w stosunkach ekonomicznych, niż dowodzi konieczności rezygnacji z tego sposobu postępowania na rzecz „utylizacji” rozumianej jako zniszczenie zasobu.
Przedstawione rozumowanie wskazuje, iż podniesienie ceny surowca jest wymaganym przez zasadę zrównoważonego rozwoju, racjonalnym źródłem pochodzenia środków na pokrycie różnic pomiędzy ceną produktu wynikającą z jego otrzymania w technologii korzystającej z zasobu pierwotnego a ceną z najlepszej technologii odzyskowej. Ta ostatnia zawsze powinna być tańsza niż zużycie zasobu pierwotnego. Należy przy tym zdecydowanie podkreślić, iż bez aktywnego, merytorycznego udziału technologów, teoretyków, a także przede wszystkim praktyków sami ekonomiści nie są w stanie dokonać tak wszechstronnej oceny. Przykładem czysto technicznym w podobnym zakresie może się tu stać kwestia doboru BAT dla produkcji miedzi w uwarunkowaniach, z jakimi mamy do czynienia w naszym przemyśle1.
Podobnie prezentowane tym tekstem rozwiązanie techniczne jest dobrym przykładem, w którym praktyczne problemy powiązania zasad i ekonomii znajdują swe odbicie. Wręcz nakazuje ono problemami tymi się zająć, jeśli pojęcie zrównoważonego rozwoju i rzeczywista troska o środowisko mają być wyrażane odpowiednimi działaniami gospodarczymi. Przedmiotem artykułu jest propozycja technologii utylizacji zużytych puszek aluminiowych, a także odpadów z ich produkcji, pomijająca przejście przez fazę ciekłą. Korzystając z procesu recyklingu, należy postawić jako równoległy ogólniejszy problem przesłanek do zachowań gospodarczych zgodnych z zasadą zrównoważonego rozwoju, gdyż ta wymaga troski o nieodnawialny zasób pierwotny, którym jest ruda, a więc i surowiec z niej otrzymany.

Techniczna strona przedsięwzięcia
Technologia KOBO2, 3 obejmuje przeróbkę plastyczną drogą wyciskania z zastosowaniem matrycy poruszanej rewersyjnie wokół swej osi. Została ona zrealizowana w skali laboratoryjnej, półtechnicznej i technicznej, zwłaszcza dla odkształcania materiałów trudnoodkształcalnych. Technologia KOBO może być wykorzystana do bezpośredniego przetwarzania złomu aluminiowych puszek po napojach do postaci drutu (z pominięciem fazy ciekłej). Z powodzeniem prowadzono też próby przetwarzania odpadów po obróbce wiórowej, folii, a nawet kompozytów4, 5. Nadmienić należy również, iż w literaturze sygnalizowane są technologie przetwarzania odpadów aluminium lub jego stopów z pominięciem fazy ciekłej drogą konwencjonalnego, wysokotemperaturowego wyciskania rozdrobnionego i granulowanego materiału6, 7.
Wykorzystanie technologii KOBO do recyklingu aluminiowych puszek po napojach jest zagadnieniem skomplikowanym z powodu obecności na nich powłok ochronnych i lakierniczych oraz przypadkowych zanieczyszczeń. Poważny problem stanowi fakt, że puszka jest wykonana z dwóch odmiennych stopów aluminium (tab. 1).
W badaniach doświadczalnych zastosowano wyciskanie metodą KOBO odpadów poprodukcyjnych (pochodzących z obu stopów rozdzielnie) oraz złomu pochodzącego z zużytych puszek po napojach.
Próbki z drutu otrzymanego w poszczególnych wariantach poddano próbie rozciągania oraz badaniom mikroskopowym. Wyniki próby rozciągania podano w tab. 2, a charakterystyki rozciągania w układzie naprężenie umowne/odkształcenie przedstawiono na rysunku. Natomiast w tab. 3 oszacowano stopnie odzysku własności mechanicznych drutu w odniesieniu do własności stopów użytych do wytwarzania puszek.

Tabele i rysunki
Wyniki badań mechanicznych drutów wykonanych w proponowanej technologii i obserwacji ich mikrostrukturalnych przekrojów dowodzą, iż możliwe jest uzyskanie wyrobu (drutu) posiadającego niezłe własności mechaniczne. Należy podkreślić, iż zastosowany wariant technologii został wybrany na podstawie zaledwie pojedynczych prób, a więc nie był optymalizowany. Posłużono się trzema materiałami wsadowymi, z których tylko w odniesieniu do dwóch możemy mówić o wartościach narzucanych normą (materiał wsadowy na puszki i na wieczka). Trzeci materiał – pochodzący ze złomu – jest niejednorodną mieszanką tych dwóch i to zanieczyszczoną produktami spalania powłok, powstałych w wyniku wstępnego wyżarzania. Dalszej analizy wymagają wyniki prób rozciągania, które charakteryzują się zachowaniem typowym dla materiału odkształcającego się niejednorodnie (efekt Portevin’a – Le Chatelier’a)8.

Trawione i nietrawione mikrostruktury
Uzyskane wyniki uszeregowano pod względem postępów w scalaniu materiału podczas wyciskania. Uczyniono to, szeregując trawione i nietrawione mikrostruktury i zestawiając te obserwacje z wynikami badań własności mechanicznych (tab. 2 i rysunek).
Obok zróżnicowanej mikrostruktury obrazów próbek nietrawionych, ujawniających wręcz mikroskopowe nieciągłości wyrobu (co odbija się na własnościach), obserwacje próbek trawionych ujawniły ułożone w słoje elementy strukturalne. Należy przypuszczać, iż są to elementy pochodzące z powierzchni materiałów poddawanych procesowi (puszek) i produktów utleniania w procesie wyżarzania wstępnego5. Jest to więc rodzaj kompozytu wzbogaconego warstwami (jaśniejsze słoje) materiału wieczka.
Taką strukturę uzyskano w zastosowanym stopniu przerobu i dla danych, konkretnie przyjętych warunków przygotowania wsadu, temperatury i wielkości wprowadzanego odkształcenia, prędkości nadawania deformacji itd. Ponadto stwierdzono, że zmiana tych parametrów istotnie rzutuje na jakość materiału kompozytowego i jego specyficzne własności. Struktura zbliżona swym wyglądem do przekroju słojów drzewa stwarza nową perspektywę uzyskania właściwości nie opisywanych w normach.
W obecnym stanie zaawansowania badań i opracowania technologii KOBO jej istotną cechą jest sama możliwość przywrócenia do obiegu materiałowego surowca z pominięciem fazy ciekłej i uzyskanie konkretnego wyrobu – drutu o zdefiniowanych własnościach. Niemniej jednak skuteczność przeprowadzenia procesu scalania dla różniących się materiałów wsadowych wyraża stosunek uzyskanej w próbie rozciągania wartości granicy plastyczności R0,2, wytrzymałości na rozciąganie Rm i wydłużenia całkowitego Ac w materiale po scaleniu do wartości normatywnej w stanie umocnionym lub wyżarzonym (αu i αw). Dla materiału pochodzącego ze złomu za poziom odniesienia przyjęto jako własność normatywną średnią ważoną, obliczoną wg udziałów wagowych z własności normatywnej materiału – korpusu puszki (14 g) i materiału wieczka (3 g). Takie porównanie może przybliżyć wyobrażenie o stopniu przywrócenia własności w procesie. Niezwykle ważnym dowodem doświadczalnym, iż scalenie złomu puszek aluminiowych w procesie konwencjonalnego wyciskania nie jest możliwe. W tych samych warunkach temperaturowych i geometrycznych zatrzymanie rewersyjnego ruchu obrotowego matrycy wstrzymuje proces. Nawet kilkukrotny wzrost siły konwencjonalnego wyciskania nie prowadzi do porównywalnych rezultatów, ponieważ nie dochodzi do scalenia materiału.
Rezultaty wskazują jednoznacznie na możliwość zrealizowania technologii recyklingu złomu puszek aluminiowych z pominięciem fazy ciekłej – czyli bez straty metalu – zarówno odpadów pochodzących z zużytych puszek po napojach, jak i odpadów powstających przy ich produkcji. W wyniku badań laboratoryjnych z zużytych puszek uzyskano druty o własnościach mechanicznych na poziomie ok. 80% własności stopów użytych do ich produkcji w stanie wyżarzonym.
Wyniki pracy zwracają też uwagę na związki pomiędzy technologią a sposobem traktowania pojęcia zrównoważonego rozwoju przez prawo i ekonomię. Realizacja tej zasady, w przypadku możliwości utraty zasobu nieodnawialnego, wymaga przyjęcia jego ceny uwzględniającej koszt wytworzenia substytutu tego zasobu.

Źródła
  1. Stalony-Dobrzański F., Gargul K., Jarosz P.: Pojęcie BAT a zrównoważony rozwój – analiza krajowych technologii produkcji miedzi. Materiały Konferencji „Teoretyczne i praktyczne problemy zagospodarowania odpadów hutniczych”. Kraków maj 2004.
  2. Korbel A., Bochniak W.: Patent nr 168018 – „Sposób wyciskania materiałów” (udzielony 30.12.1995).
  3. Korbel A., Bochniak W.: U.S.Patent No 5,737,959 – „Method of plastic forming of materials” (udzielony 14.04.1998); European Patent No 0711210 (udzielony 23.08.2000).
  4. Korbel A., Bochniak W.: Wytwarzanie wyrobów w procesie wyciskania wiór odpadowych. Materiały Konferencji „Teoretyczne i praktyczne problemy zagospodarowania odpadów hutniczych”. Krynica maj 2001.
  5. Bochniak W., Dybiec H., Stalony-Dobrzański F., Błaż L., Korbel A.: Structure of multilayer composite extruded from aluminium foil. Twelfth Annual International Conference on Composites/Nano Engineering. Teneryfa 2005.
  6. Gronostajski J., Chmura W., Gronostajski Z.: Bearing materials obtained by recycling of aluminium and aluminium bronze chips. „Materials Processing Technology”. 2002.
  7. Gronostajski J., Matuszak A.: The recykling of metals by plastic deformation: an example of recycling of aluminium and its alloy chips. „Materials Processing Technology” 1999.
  8. Korbel A.: Analiza zjawiska niejednorodnego odkształcenia w roztworach substytucyjnych. Praca habilitacyjna. „Metalurgia i Odlewnictwo” Nr 65. Kraków 1974.

dr inż. Feliks Stalony-Dobrzański
mgr inż. Paweł Ostachowski,
prof. nadzw. dr hab. inż. Włodzimierz Bochniak

Tytuł i śródtytuły od redakcji

Badania wykonano w ramach prac statutowych AGH – umowa nr 11.11.180.134 Kraków 2006.