Search

Since 1869, when the first synthetic polymer began replacing natural materials, industrial polymer use has grown dramatically. This increased the number of polymer materials that became waste after reaching the end of their products' lifespans. The overall composition of discarded waste is different, thus, suitability for recovery needs to be analysed individually. Material recovery is the preferred waste management solution. However, it is applicable only for sorted and clean mono-fractions. Here pyrolysis stands out as one of the most environmentally sustainable energy recovery options for multi- material plastic waste. Through a technological assessment of 30 pyrolysis plants, the applicability of pyrolysis for the recovery of multi-layered plastics (MLP) is reviewed. Acceptable feedstock composition and additional feedstock requirements are identified. According to Resin Identification Code (RIC) system, MLP is classified as other (7). Only 40% of existing plants accept other (7) waste stream, and acceptance of polymer materials that are not classified by the RIC system is even lower. This represents a problem as MLP is commonly used in the food industry and accounts for over 14% of packaging waste. Currently, the recovery is challenging because the available technologies cannot identify and separate the individual layers of MLP. The feedstock composition is an important parameter in setting the operating conditions (temperature, residence time, catalyst) of the pyrolysis process. Since the composition of the MLP waste stream is not sufficiently investigated, it was decided to conduct the identification of its average composition from the discarded plastic waste by Fourier transform infrared (FTIR) microscopy. The obtained average MLP mixture was examined using thermogravimetric and kinetic analysis and pyrolyzed in a fixed bed reactor. Pyrolysis products (oil and gas) were analysed using FTIR spectroscopy and Nuclear Magnetic Resonance.

Pyrolysis Kinetic Study of the Plastic Food Packaging Waste Stream

Multi-layered plastics are a great challenge for the waste recycling industry. The majority of multi-layered plastics consist of two or more types of polymers, making it difficult to recycle mechanically, which leads to landfill or incineration plant. As a way of thermochemical recycling, pyrolysis is a promising cleaner technology that could use multi-layered waste plastics potential and convert it into valuable products like fuels and chemicals. To better understand the pyrolysis process of multi-layered plastics, thermogravimetric analysis was carried out to determine their thermochemical behaviour and kinetic parameters. Thermogravimetric measurements were conducted in a nitrogen atmosphere at heating rates of 5, 10, 15 and 20 °C/min in the temperature range 40−600 °C. Kinetic analysis was done using the isoconversional model- free Friedman method in combination with an advanced statistical approach. Thermogravimetric analysis revealed how decomposition occurs in the range 350−510 °C and the weight loss >90% indicating high volatile matter content, hence potential for pyrolytic oil production. The results of the kinetic analysis showed how pyrolysis of multi-layered plastics is a complex process consisting of three decomposition stages. The activation energy values determined by Friedman were rising with the degree of conversion from 127 kJ/mol at 0.01 to 219 kJ/mol at 0.95.

Plastična prehrambena ambalaža veliki je izazov za reciklažnu industriju. Većina prehrambene ambalaže sastoji se od dvije ili više vrsta polimera. Takva višeslojna plastična ambalaža pruža dobra mehanička svojstva s barijerama protiv vlage, svjetlosti i kisika kako bi se osigurao dulji vijek trajanja proizvoda. Međutim, zbog različitog sastava ambalaže, zahtjevno je provesti mehaničko ili kemijsko recikliranje tih materijala, što ih dovodi do odlagališta ili postrojenja za spaljivanje otpada. Piroliza je alternativna tehnologija kojom se termokemijski recikliraju miješani plastični otpad i polimerni materijali koje je teško reciklirati mehanički. Stoga se piroliza javlja kao obećavajuća, ekološki prihvatljiva metoda obrade otpadne prehrambene plastične ambalaže. U usporedbi sa spaljivanjem, u pirolizi se ulazni materijal ne koristi za izravnu proizvodnju energije već se dobiva pirolitičko ulje, plin i kruti ostatak, koji se dalje mogu koristiti za proizvodnju goriva, energije i kemikalija. Za bolje razumijevanje procesa pirolize prehrambene plastične ambalaže, provedena je termogravimetrijska analiza kako bi se utvrdilo termokemijsko ponašanje i kinetički parametri. U ovom istraživanju odabran je skup reprezentativnih uzoraka prehrambene ambalaže s poznatim omjerima polimera. Termogravimetrijska mjerenja provedena su u atmosferi dušika pri brzinama zagrijavanja od 5, 10, 15 i 20 °C/min u temperaturnom rasponu 40- 600 °C. Kinetička analiza provedena je bezmodelnom izokonverzijskom Friedmanovom metodom u kombinaciji s naprednim statističkim pristupom.

Otpadna plastika krajnjih potrošača koja se ne može mehanički reciklirati predstavlja zabrinjavajuće ekološko pitanje. Prema najnovijim dostupnim podacima za Europu (Plastics-the Facts 2019), čak 25% sakupljene otpadne plastike nakon konzumiranja odlaže se na odlagališta, 43% se energetski oporabljuje i 32% reciklira. Jedan od mogućih načina obnavljanja plastike koja se ne može reciklirati (NRP) je piroliza koja se smatra ekološki prihvatljivom tehnologijom za dobivanje goriva ili kemikalija iz plastičnog otpada. Da bi se riješio izazov oporavka NRP-a pirolizom, potrebno je odrediti njegov stvarni sastav. Izvedeno je vizualno odvajanje sakupljenog NRP, a korištena je infracrvena spektroskopija s Fourierovom transformacijom (FT-IR) kako bi se potvrdila točnost vizualnog odvajanja. Pronađena je značajna količina plastike koja je označena kao "ostalo". Budući da sastav te otpadne plastike nije dovoljno istražen, pronađeno je vrlo malo studija o njenoj pirolizi. Stoga je karakterizirana i dodana smjesi s drugim pronađenim polimernim vrstama NRP. Termogravimetrijska analiza (TGA) provedena je kako bi se utvrdilo termokemijsko ponašanje i kinetički parametri, što je potrebno za laboratorijska ispitivanja pirolize. TGA mjerenja provedena su pri brzinama zagrijavanja od 5, 10 i 15 ° C/min u temperaturnom rasponu 40-600 ° C s protokom dušika. Kinetička analiza provedena je izokonverzijskom bezmodelnom Friedmanovom metodom i metodom nelinearne multivarijatne regresije. Cilj ovog rada bio je analizirati kinetiku procesa pirolize NRP uz zeolitne katalizatore (Fe-ZSM i FCC). Otkriveno je kako se razgradnja NRP odvija u dva stupnja. Energija aktivacije NRP-a iznosila je 144 kJ/mol u prvoj fazi razgradnje i 262 kJ/mol u drugoj fazi razgradnje i smanjila se za 34% i 6, 5% nakon dodavanja FCC katalizatora, a za 41% i 18, 3% s dodatkom Fe-ZSM katalizatora.

Tijekom ručnog razvrstavanja plastičnog otpada krajnjih potrošača, u značajnoj količini je pronađena plastika označena kao tip sedam. Većina plastičnog otpada tipa sedam je višeslojna plastika koja se sastoji od dvije ili više vrsta polimera, što otežava mehaničku reciklažu, pa se obično spaljuje. Piroliza, kao način termokemijske reciklaže, danas je široko korištena tehnologija za pretvaranje otpadne plastike u vrijedne proizvode poput goriva i kemikalija. Da bi se dobio optimalni pirolitički proizvod, potrebno je kontrolirati sastav sirovine. Sastav otpadne plastične struje tipa sedam još nije dovoljno istražen. Stoga je karakterizacija te struje izvršena upotrebom infracrvene spektroskopije s Fourierovom transformacijom (FT-IR) za identifikaciju vrsta polimera. Nadalje, provedena je termogravimetrijska analiza (TGA) kako bi se utvrdilo termokemijsko ponašanje i kinetički parametri, što je potrebno za daljnja istraživanja u laboratorijskom reaktoru. TGA mjerenja provedena su u atmosferi dušika pri brzinama zagrijavanja od 5, 10 i 15 ° C/min u temperaturnom rasponu 40-600 ° C na zeolitnim katalizatorima. Kinetička analiza provedena je pomoću izokonverzijske Friedmanove metode u kombinaciji s multivarijantnom metodom nelinearne regresije. Rezultati kinetičke analize pokazali su složeni mehanizam razgradnje otpadne plastike tipa sedam. Vrijednosti prividne energije aktivacije za fleksibilne plastične folije snižene su dodatkom željezovog (III) oksida na ZSM-5 katalizatoru. Isto je postignuto i za krutu plastiku s dodatkom FCC katalizatora.