В экспериментах использовались измельченные предметы медицинского назначения. В набор материалов входят, среди прочего, перчатки, хирургические халаты, трубки и маркерные ручки. Предоставлено: Технологический университет Чалмерса.
Одноразовые предметы медицинского назначения — от перчаток и пакетов для крови до хирургического оборудования — стали растущей экологической проблемой во всем мире. В последние годы их использование резко возросло, и в настоящее время нет методов переработки таких пластиковых медицинских отходов.
Исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции показали, как смешанные отходы здравоохранения можно безопасно и эффективно перерабатывать, используя технологию, при которой материал нагревается и превращается в химические строительные блоки, которые затем можно использовать в производстве нового пластика.
Их исследование опубликовано в Resources, Conservation and Recycling .
Одноразовые предметы медицинского назначения сегодня создают огромное количество отходов. В лучшем случае эти отходы сжигаются, но во многих странах они попадают на свалки, а также могут попадать в окружающую среду. Пандемия COVID способствовала лавинообразному увеличению количества используемых одноразовых предметов. По оценкам, в 2022 году во всем мире одни только использованные маски для лица весили около 2641 метрической тонны в день.
В политике циркулярной экономики медицинские отходы часто упускаются из виду. Одноразовые предметы медицинского назначения обычно состоят из нескольких типов пластика, которые невозможно переработать с помощью современных технологий. Кроме того, предметы должны считаться загрязненными после использования, и поэтому обращаться с ними необходимо таким образом, чтобы избежать риска распространения потенциальных инфекций.
Когда дело доходит до производства одноразовых предметов медицинского назначения, также невозможно использовать переработанный пластик, поскольку к материалам, предназначенным для медицинского применения, предъявляются высокие требования к чистоте и качеству.
Все эти проблемы могут быть решены с помощью нового метода, разработанного исследователями компании Chalmers. Технология называется «термохимическая переработка» и основана на процессе, называемом «паровой крекинг». Отходы расщепляются путем смешивания с песком при температуре до 800 ° C. Затем молекулы пластика расщепляются и превращаются в газ, который содержит строительные блоки для нового пластика.
«Это можно сравнить с термической кувалдой, которая разбивает молекулы и в то же время уничтожает бактерии и другие микроорганизмы», — говорит Мартин Симанн, адъюнкт-профессор Отдела энергетических технологий Университета Чалмерса. «То, что остается, — это различные типы углеродных и углеводородных соединений. Затем их можно отделить и использовать в нефтехимической промышленности, чтобы заменить ископаемые материалы, которые в настоящее время используются в производстве «.
Огромный потенциал для экономии ценных химических веществ
Чтобы протестировать технологию в реальной жизни, исследователи параллельно выполнили два разных проекта в испытательном центре в Центре питания Чалмерса. В рамках первого проекта процессу подверглись несколько различных видов продукции, таких как маски для лица и пластиковые перчатки. Во втором была создана смесь, представляющая средний состав больничных отходов из больниц региона. Смесь содержала около 10 различных пластмассовых материалов, а также целлюлозу.
Результаты обоих проектов неизменно положительные, что свидетельствует об огромном потенциале, заложенном в технологии. Одним из проектов руководила Джудит Гонсалес-Ариас, которая сейчас работает в Севильском университете в Испании.
«Что делает эту технологию такой захватывающей, так это ее способность справляться с экологическими проблемами, которые мы связываем с одноразовыми медицинскими изделиями. Термохимическая переработка не только решает проблему, из-за которой медицинские отходы сегодня не перерабатываются, но и облегчает извлечение ценных атомов углерода.
«Это полностью соответствует принципам экономики замкнутого цикла и обеспечивает устойчивое решение насущной проблемы обращения с медицинскими отходами», — говорит Джудит Гонсалес-Ариас.
Единственный вариант для продуктов со строгими требованиями
Сегодня многие производители медицинских материалов очень заинтересованы в создании замкнутой модели, при которой продукты можно перерабатывать и использовать повторно по замкнутому циклу. Но материалы, которые будут использоваться в стерильных изделиях в здравоохранении, предъявляют строгие требования к чистоте и качеству, которые в принципе невозможно выполнить при сортировке и механической переработке пластика. Однако это было бы возможно при термохимической переработке.
«На самом деле это единственный способ сделать этот вид отходов по-настоящему круговым», — говорит Симанн. «Это настолько элегантно, что, как только материал будет разложен до молекулярного уровня, химическая промышленность сможет превратить его обратно в первичный материал».
«Те же строгие требования к чистоте и качеству на самом деле применимы и к упаковке пищевых продуктов. Вот почему подавляющее большинство пластика, собранного из упаковки, сегодня сжигается или перерабатывается в изделия более низкого качества.
Оба проекта основаны на предыдущих исследованиях Чалмерса, которые показали, как смешанные пластиковые отходы могут быть преобразованы в сырье для новых пластиковых изделий максимально высокого качества.
Технология работает хорошо, но в игру вступают и другие факторы
Для масштабирования метода необходимо создать новые материальные потоки и функционирующие бизнес-модели в сотрудничестве между секторами здравоохранения и переработки отходов. Законы и нормативные акты на различных уровнях, возможно, также потребуется изменить, чтобы термохимическая переработка получила широкое распространение в обществе.
«Определенные политические решения повысят ценность пластиковых отходов как сырья для промышленности и повысят шансы на создание функционирующих бизнес-моделей замкнутого цикла вокруг этого вида переработки. Например, требование улавливания углекислого газа при сжигании пластика создало бы стимулы для инвестирования в более энергоэффективные альтернативные технологии, такие как наша «, — говорит Сееманн.
Во многих странах есть технические предпосылки для переработки медицинских отходов и других смешанных пластиковых отходов методом парового крекинга. Однако нормативные акты и структурные условия различаются, что определяет, как субъекты обращения с отходами, химическая промышленность и производство продукции должны будут работать вместе, чтобы создать функционирующие цепочки создания стоимости в разных точках мира.
Условия в Швеции
В Швеции промышленность проявляет большой интерес к вторичной переработке, но одноразовые предметы медицинского назначения сами по себе не создают достаточно больших объемов отходов для функционирующей бизнес-модели замкнутого цикла. В 2019 году на рынок страны было выпущено около 4000 метрических тонн такого пластика.
«Чтобы построить завод такого размера, который необходим для прибыльной термохимической переработки, вам нужно будет обеспечить поток материала примерно в 100 000 метрических тонн в год перед запуском», — говорит Гонсалес-Ариас. В общей сложности в Швеции существует такое количество отходов, но дело не только в том, чтобы перенаправить их с одного вида переработки на другой.
Она говорит, что поэтому потребуется новое сотрудничество между несколькими различными участниками для коммерческой термохимической переработки, где медицинские отходы могут быть частью материального потока. Процесс был бы оптимизирован, если бы завод был построен в существующем химическом кластере, таком как в Стенунгсунде. Поэтому исследователи Чалмерса сотрудничали с компанией Borealis при разработке технологии.
В Швеции существует квота на переработку пластика, которая сегодня не выполняется. Вместо этого наибольшая доля идет на сжигание.
«Термохимическая переработка станет более выгодной благодаря новым политическим рамкам, которые создают решение для переработки наших отходов, богатых пластиком», — говорит Сееманн. «Эта технология более энергоэффективна, чем некоторые другие методы переработки компонентов пластика, такие как улавливание углекислого газа при сжигании для использования углекислого газа в качестве строительного блока для новых материалов».