Zastosowanie odpadów polistyrenowych w izolacjach wodochronnych dla budownictwa

Wraz z postępem cywilizacji wzrasta ilość wykorzystywanych w życiu codziennym tworzyw sztucznych. Materiały pochodzenia naturalnego (drewno, metale, tkaniny itp.) są zastępowane przez polimery. Poczytne miejsce w różnych zastosowaniach „wywalczył” sobie polistyren (PS). Jest to jedno z najdłużej stosowanych tworzyw termoplastycznych i, mimo konkurencji wielu nowych materiałów, jego produkcja nadal wzrasta. Obok poliolefin i PCV należy do ważniejszych tworzyw.
Polistyren spieniony – znany jako styropian – wykorzystywany jest powszechnie w budownictwie i chłodnictwie jako tani materiał termoizolacyjny. Od kilkudziesięciu lat styropian wykorzystuje się do pakowania sprzętu elektronicznego (komputery, RTV) oraz artykułów gospodarstwa domowego (AGD) i drobnej galanterii (np. biżuterii czy sprzętu fotograficznego), w przypadku których kształtki styropianowe mogą stanowić nawet 100% objętości gabarytów opakowanego artykułu. Od kilkunastu lat polistyren spieniony coraz częściej wykorzystuje się także w przemyśle spożywczo-gastronomicznym. Bardzo liczną grupę stanowią tutaj tacki styropianowe (wykorzystywane jako opakowania wszelkiego rodzaju mrożonek i tzw. szybkich dań), folia polistyrenowa, naczynia jednorazowego użytku oraz opakowania wszelkiego rodzaju nabiału wykonane z polistyrenu niespienionego.

Problem z odpadem
Znaczna masa wykorzystywanego polistyrenu, zwłaszcza spienionego, jest w efekcie źródłem potencjalnych odpadów. W Polsce przez długi czas ich udział w odpadach był minimalny (i przez to bagatelizowany), dziś natomiast sytuacja uległa gwałtownej zmianie.
Praktycznie nie zauważa się w kraju jakichkolwiek prób zbiórki odpadów polistyrenowych. Niskie koszty produkcji polistyrenu (a co za tym idzie – niska cena wyrobów finalnych) oraz wysokie koszty transportu lekkich, a jednocześnie wielkogabarytowych odpadów zadecydowały o powstaniu w kraju opinii o braku zasadności jego recyklingu. Jest to opinia niesłuszna, w której nie bierze się pod uwagę przyszłych kosztów, zarówno ekonomicznych, jak i społecznych. Traktowany jest raczej na równi z odpadami bytowymi, a w świadomości społecznej zakorzenił się pogląd o jego nieszkodliwości dla środowiska naturalnego. Rzeczywiście, polistyren w przeciwieństwie do wielu innych tworzyw sztucznych, jak choćby oleje, smary czy kwasy, nie jest toksyczny. Mimo to odpady polistyrenu kwalifikowane są do grupy odpadów uciążliwych. Wynika to z jego właściwości fizykochemicznych. Odporność chemiczna polistyrenu jest bardzo duża. Wytrzymuje on w temperaturze pokojowej działanie zasad, roztworów soli i większości kwasów. Trudno także ulega biodegradacji (nie gnije), jak i „samodegradacji” chemicznej. Polistyren należy do tzw. grupy tworzyw fotodegradowalnych. Pod wpływem promieniowaniu UV rozkładowi ulegają spienione formy PS, a zamknięte w porach powietrze ulatnia się. Proces ten trwa jednak stosunkowo długo, od kilkunastu do kilkudziesięciu lat, a dodatkowo wydłuża go zawarty w tworzywie pigment. Tak więc polistyren przemieszany z innymi odpadami praktycznie nie ulega degradacji, natomiast skutecznie przyczynia się do ciągłego wzrostu objętości odpadów na wysypiskach. Jedna tona styropianu to objętość 70 m³ (najczęściej używana gramatura wynosi 15 kg na 1m³). Dla porównania jedna tona złomu żelaza posiada objętość ok. 0,13 m³, czyli ponad 500 razy mniej niż styropian.

Według wyliczeń warszawskiego Oddziału Instytutu Gospodarki Odpadami, wielkość odpadów polistyrenu w 1999 r. oszacowano na 12,85 tys. ton, co, jak łatwo obliczyć, daje prawie 1 mln m³ odpadu rocznie. Przyjmując powierzchnię wysypiska równą 10 tys. m² (kwadrat o boku 100 m) i współczynnik segregacji ≈0,5, uzyskamy górę śmieci o wysokości 200 m (dla porównania Pałac Kultury i Nauki w Warszawie ma wysokość 225 m). Do jej wywiezienia należałoby użyć ponad 15 tys. wagonów kolejowych (podczas gdy do przewiezienia złomu żelaza tylko 300 wagonów). Owszem, góra taka w praktyce nie istnieje, jest ona rozłożona i zalega w różnych rozmiarach na terenie całego kraju. Jednak tempo wzrostu rozmiarów takich gór będzie proporcjonalne do tempa wykorzystania styropianu w różnych dziedzinach naszego życia.
Sama tylko produkcja maszyn biurowych, komputerów i sprzętu RTV wzrosła średnio w latach 1996-1998 o 50% („Rocznik statystyczny GUS” 1999 r.). Wszystkie te produkty opakowane są w kształtki styropianowe. Niestety, żadne raporty nie ujawniają ani rozmiarów ich produkcji, ani importu. Nabywca sprzętu AGD czy RTV po jego rozpakowaniu całe opakowanie (zarówno pudło tekturowe, jak i kształtki styropianowe) wyrzuca na śmietnik. O ile jednak tektura zbierana jest chętnie pod postacią makulatury i dostarczana do punktów skupu, to odpadami styropianu nikt się nie interesuje i praktycznie wywożony jest on na wysypisko. Dotyczy to także styropianowych tacek po artykułach żywnościowych.
Istnieje realna obawa, że przy obecnym poziomie wykorzystania polistyrenu, a jednocześnie braku jakiejkolwiek koncepcji przetwórstwa jego odpadów, objętość wysypisk będzie pęcznieć w postępie geometrycznym, skracając tym samym ich żywotność. Prowadzić to musi do wykorzystywania na ten cel coraz to nowych terenów kosztem miejsc przeznaczonych pierwotnie na tereny rolnicze, parki krajobrazowe, tzw. tereny zielone itp. Takie podejście do problemu odpadów, jakie aktualnie prezentuje większość ich właścicieli, powoduje, że spora ich część znajdzie się na wysypisku w postaci jawnej (styropianu) lub jako odpady bytowe (w różny sposób przemycane – mimo nawet najbardziej rygorystycznych przepisów, dobrych chęci władz lokalnych czy też służb zarządzających wysypiskiem).

Styrozol – rozwiązanie problemu
Problem związany z odpadami styropianu dotknął w dużej mierze firmy budowlane. Głównie to one sygnalizują, że place ich budów toną w „śmieciowisku” walających się płyt styropianowych. Bardzo lekki materiał łatwo jest przenoszony z miejsca na miejsce nawet przez lekkie zawirowania powietrza.
Szacuje się, na podstawie różnych źródeł, że w procesie inwestycyjnym dużej firmy budowlanej, realizującej średniej wielkości osiedle (ok. tysiąc mieszkań rocznie), odpady styropianu stanowią ok. 10-15% całości wykorzystywanego materiału. Czynione są różne próby pozbycia się tego odpadu – od nielegalnych, polegających na jego spalaniu, co dla okolicznych mieszkańców stanowi prawdziwą gehennę (palący, a właściwie kopcący się styropian daje czarny i gryzący dym), poprzez nielegalne zwałki w okolicznych lasach do kosztownego wywożenia na odległe od placów budów wysypiska.
Na podstawie formalnego zgłoszenia jednego z największych krajowych deweloperów J.W. Construction (firma budowlana z Warszawy) pracownicy Politechniki Warszawskiej (Zespół Fizyki Budowli Instytutu Konstrukcji Budowlanych) podjęli prace nad możliwością użytecznego wykorzystania odpadów styropianu. W efekcie ponad dwuletnich prac badawczych została opracowana metoda uzyskiwania ciekłych kompozycji do wykorzystania w pracach budowlanych jako izolacji wodochronnych.

Recykling odpadów polistyrenu – wg omawianej metody – polega na ich rozpuszczeniu (odpowiednio dobraną grupą rozpuszczalników – głównie estrów kwasów alkoholi), a następnie poddaniu uzyskanej kompozycji procesowi modyfikacji poprzez użycie odpowiednich dodatków (plastyfikatory, barwniki, napełniacze). W konsekwencji uzyskuje się całkiem nowy wyrób, którego parametry umożliwiają takie jego zastosowanie w praktyce, że do minimum zostaje ograniczone prawdopodobieństwo jego degradacji, a w konsekwencji zostaje wyeliminowana konieczność ponownego recyklingu czy też składowania na wysypisku.
Wyrób o nazwie styrozol stanowi zgłoszenie patentowe Politechniki Warszawskiej. Uzyskał on pozytywne atesty higieniczne oraz aprobatę techniczną Instytutu Techniki Budowlanej AT-15-5196/2001 i dopuszczono go do stosowania w budownictwie. styrozol charakteryzuje się bardzo dobrymi własnościami technicznymi: skuteczną wodoszczelnością (1,2 MPa, co jest równoważne 120 m słupa wody), przyczepnością do podłoża (> 1,5 MPa), elastycznością i wydłużalnością (> 500%) oraz odpornością na procesy starzeniowe. Właściwości te predestynują styrozol do zastosowania go w bardzo zróżnicowanych warunkach jako izolacji wodochronnych:

• poziomych i pionowych (w budynkach podpiwniczonych i niepodpiwniczonych, por. fot. 1, 2),
• podłóg układanych na gruncie,
• traktów obciążonych ruchem pieszym samochodowym,
• tzw. tarasów zielonych,
• balkonów, loggi i tarasów (por. fot. 1),
• pomieszczeń „mokrych” (kuchnie, łazienki, natryski, baseny, pomieszczenia z mokrą produkcją),
• może być także wykorzystany do sklejania folii, a nawet papy między sobą i do podłoża.

Cechą rozpoznawczą styrozolu jest jego barwa – roztwory do gruntowania podłoża (wchodzące w skład zestawu) barwione są na żółto, zaś właściwe masy izolujące – na niebiesko. Zróżnicowanie barw poszczególnych odmian praktykowane jest już od jakiegoś czasu w niektórych krajach zachodnich. W Polsce natomiast taki sposób barwienia stanowi nowość. Różne kolory preparatu gruntującego i masy izolacyjnej mają zasadniczy wpływ na kontrolę rozkładania poszczególnych warstw. Zarówno ekipy wykonawcze, jak i nadzór może w dowolnej chwili skontrolować, gdzie zaczęto i skończono poszczególne etapy robót izolacyjnych.
Dotychczasowe zastosowania w praktyce styrozolu jako izolacji wodochronnej potwierdzają omówione wyżej zalety. Przy prostej technologii stosowania, a przede wszystkim konkurencyjnej cenie wyrobu i niskich kosztach stosowania (niskie zużycie jednostkowe), upowszechnianie się zastosowań styrozolu stale wzrasta. Jest nadzieja, że może to przyczynić się do zmniejszenia udziału (straszących swą „nieśmiertelną” czernią) tradycyjnych lepików.
Aktualnie Politechnika Warszawska posiada czterech producentów – licencjobiorców. Jednym z nich jest firma J.W. Construction, produkująca obecnie styrozol z własnych odpadów styropianu i zaspokajająca w ten sposób całkowicie swoje potrzeby w zakresie hydroizolacji. Tylko w 2003 r. firma J.W. Construction zaizolowała przetworzonymi odpadami obiekty o łącznej powierzchni 8,3 tys. m² (m.in. najwyższy budynek mieszkalny w kraju – 115 m). Pozwoliło to na spore oszczędności, gdyż praktycznie firma nie kupuje już stosowanych dotychczas lepików (głównie abizolu), a jednocześnie pozbyła się odpadów styropianu o kubaturze ponad 200 m³. Wykorzystując odpady polistyrenu, uzyskuje z jednej strony tańszy wyrób, a z drugiej sukcesywnie eliminuje odpad.
Od momentu uzyskania aprobaty technicznej zespół autorski kontynuuje badania nad poszerzeniem zakresu stosowania styrozolu. Efektem tych prac jest uzyskanie nowych właściwości technicznych wyrobu umożliwiających zwiększenie zakresu jego stosowania, które zostaną zawarte w nowelizowanej aktualnie przez Instytut Techniki Budowlanej aprobacie technicznej.
Styrozol uzyskał wyróżnienie na targach BUDMA w Poznaniu, w konkursie organizowanym przez miesięcznik „Izolacje” za „Wyrób izolacyjny – 2002”, a także nagrodę Rektora Politechniki Warszawskiej w 2003 r. Posiada szereg zastosowań, pochwał i referencji od użytkowników oraz od firm stosujących ten wyrób.

Koncepcja zbiórki odpadów PS i przetwarzanie ich w styrozol
Odpady polistyrenowe mogą być przetwarzane w miejscu ich powstania, tj. na budowach, a także mogą być przetwarzane w hurtowniach zajmujących się dystrybucją sprzętu pakowanego w kształtki polistyrenowe.
Odpady w miejscu ich powstania nie muszą być od razu przetwarzane w wyrób finalny. Mogą jedynie być rozpuszczone, co powoduje, że w formie półfabrykatu mają objętość kilkadziesiąt razy mniejszą od objętości pierwotnej, jaką są płyty i kształtki styropianu. Następnie półfabrykaty mogą być transportowane na miejsce produkcji, gdzie będą podlegały modyfikacji: uplastycznianiu, barwieniu, konfekcjonowaniu. Tylko w takiej formie uzasadniony jest ich dalszy transport.
W sytuacji, gdy takie odpady trafi już na wysypisko, na jego terenie lub w najbliższym sąsiedztwie może działać firma, która będzie je bezpłatnie przyjmowała. Spowoduje to, że właściciele tych odpadów nie będą się uciekać do nielegalnych form ich pozbywania się. Wynikłe stąd korzyści będą obustronne. Firma pozbywająca się odpadów otrzyma odpowiedni dokument zwalniający ją z opłaty depozytowej (co przynajmniej częściowo zrekompensuje koszty transportu), a zajmująca się recyklingiem – darmowy komponent.
Przepisy światowe od dawna ukierunkowane zostały na stymulowanie producentów i dystrybutorów galanterii opakowywanych w tworzywa sztuczne do organizowania ich zbiórki na własny koszt (adekwatnie do wielkości wytwarzanych opakowań) – bezpośrednio lub poprzez wyspecjalizowane firmy, które posiadają odpowiednie uprawnienia i sprzęt.
Autorzy mają nadzieję, że coraz szersze upowszechnianie i wdrażanie technologii przetwarzania odpadów polistyrenu spienionego na placach budów będzie miało zasadniczy wpływ na zrównoważony rozwój w budownictwie. Przedstawiona koncepcja stanowi nie tylko myśl techniczną, lecz posiada także bardzo istotny dzisiaj wymiar społeczno-gospodarczy.