MÛANYAG- ÉS GUMIHULLADÉKOK
5.2
Gumiabroncs-hulladékok pirolízise – elérhetetlen álom? Tárgyszavak: gumiabroncs; pirolízis; léptéknövelés; gazdaságosság; termékek.
Annak, hogy több mint 30 évi kutató és fejlesztő munka után sem tudják az Egyesült Államokban a pirolízist ipari léptékben alkalmazni a gumiabroncshulladékok és hasonló tulajdonságú anyagok feldolgozására, gazdasági szempontok és a keletkező termékek minősége a legfőbb akadálya. A pirolízis szerves anyagok olajokká, gázokká és szénné történő termikus desztillációja vagy lebontása. A gumiabroncs pirolízisekor keletkező termékek minősége gyenge, ezért felhasználhatóságuk korlátozott. Felhasználásra alkalmassá tételük magas beruházási és üzemeltetési költséget igényel, ezért a keletkező termékek nem versenyképesek. A fenti probléma megoldása érdekében a yorki Metso Minerals Industries társaság kifejlesztett és szabadalmaztatott egy gumiabroncsot pirolizáló rendszert.
A kezdetek 1997-ben a Svedala Industri AB (amelyet 2001-ben összevontak a Nordberggel, megalakítva a Metso Minerals-t) megkezdte a gumiabroncshulladék értékesíthető árucikkekké történő átalakítási folyamatának kifejlesztését. Piackutatás után megállapították, hogy a gumiabroncs-hulladék pirolízise gazdaságilag kedvezően megvalósítható, ha a folyamatban jó minőségű feketeszén keletkezik. Megvizsgálták a korábban alkalmazott pirolízisfolyamatokat, annak meghatározása érdekében, hogy azok miért voltak sikertelenek. Feltártak néhány problémát: az ellenőrzés hiányosságait, mechanikai problémákat, betáplálási és elvezetési nehézségeket, és azt, hogy kis értékű termékek keletkeztek. Laboratóriumi vizsgálatok során megállapították, hogy a gumiabroncsot közvetett fűtésű, szakaszos égetőkemencében pirolizálva előállítható a közepes minőségű feketeszénnel összehasonlítható tulajdonságú szén. A továbbiakban megoldandó feladatok az alábbiak voltak:
– a félüzemi berendezés esetében a gumiabroncsdarabok korábbi betáplálási problémáinak a megoldása, az anyagot a kemencébe minimális levegő elszivárgással bejuttató betápláló rendszer alkalmazásával; – a pirolízis paramétereinek és a termékek (szén, olaj, gáz) tulajdonságainak értékelése. A szénnek a gumiabroncsban található huzaltól való maximális elválasztása és az elvezetéssel kapcsolatos problémák megoldása érdekében a gumiabroncs-hulladékot 5 cm-esre darabolták, a kemence kimeneténél pedig dobszitát helyeztek el az elválasztás biztosítása érdekében; – a kondenzáló olajköd és a gázáram szilárd részecskéinek a kezelésére egyaránt alkalmas olajkondenzáló rendszert fejlesztettek ki; – vizsgálták a félüzemi berendezésben több mint 400 üzemóra után keletkezett termékeket: a szén közepes minőségű feketeszén, az olaj hasonló a 2. minőségi fokozatú olajhoz, de kisebb a fűtőértéke és nagyobb a kéntartalma. A nem kondenzálódó gázok fűtőértéke közel azonos a propán fűtőértékével.
Léptéknövelés A félüzemi vizsgálatok eredménye alapján a Metso Minerals kifejlesztett és szabadalmaztatott egy ipari léptékű, max. 100 t/nap kapacitású rendszert (1. ábra). A 100 t/nap kapacitású pirolízisüzemben 28 t szén, 12 t acél, 20 800 dm3 olaj és 19 600 m3 gáz keletkezik. A berendezés beruházási költsége 12–15 M USD, amely nem tartalmazza az emissziót ellenőrző rendszer költségét. A Metso a technológiát egy gázfelhasználó üzem, hulladékból energiát előállító üzem vagy egy olajfinomító közelében szeretné telepíteni, az emissziót ellenőrző rendszer kihasználása érdekében. A Metso szakemberei szerint a befektetés 20%-a két év alatt megtérül, ami kedvezőnek tekinthető a gumiabroncs-hulladékot feldolgozó vállalatok számára. A hulladékfeldolgozó iparban általában két-három év szükséges egy vállalkozás beindításához és nyereséges pénzügyi mérleg eléréséhez. A befektetőknek mérlegelniük kell a telephely és a berendezés megvásárlásának és a telepítésnek a költségét, be kell szerezniük a szükséges engedélyeket, üzemeltetni és karban kell tartani az üzemet. Biztosítani kell továbbá a gumiabroncs-hulladékok folyamatos beszállítását. A Metso pirolízistechnológiájának célvállalatai a gumiabroncshulladékokat kezelő, illetve a környezet megtisztításával foglalkozó társaságok. A Metso reméli, hogy ezek a vállalatok a technológia üzemeltetése során a keletkező termékek értékesítésével nyereségre tesznek szert. Ez valósággá válhat két – Richmondban és New Brunswickban üzemelő – pirolízisüzemben, amelyekben alkalmazzák a Metso pirolíziseljárását.
a gumiabroncs-hulladék betáplálása
2,4 m átmérőjű, 29 m hosszú, forgó égetőkemence, amely oxigénhiánnyal, 454°C-on üzemel. Fűtését a külső köpenyen át, 24 földgázégővel biztosítják
olajkondenzátor
olajtermékek áramtermelés (1. lehetőség)
mágneses elválasztó rendszer a gumiabroncsban található huzal visszanyerésére acél/huzal
őrlés/osztályozás
nem kondenzáló gázok elvezetése
gőztermelés (2. lehetőség)
egyéb, közvetlen hasznosítás (3. lehetőség)
széntermékek
1. ábra A Metso Minerals gumiabroncs-hulladékot pirolizáló rendszerének folyamatábrája A richmondi üzemet a Tire Recyclers, egy gumiabroncs-hulladékot feldolgozó és gumiabroncshulladék-alapú tüzelőanyagot gyártó társaság üzemelteti. Ez a cég második kísérlete, hogy pirolízisrendszert üzemeltessen a richmondi telephelyén. Az első, 1994–1996 között üzemelő technológia teljes gumiabroncsot használt, de bezárták, mert nem tudtak megfelelő minőségű, illetve mennyiségű szenet előállítani. A cég együtt dolgozott a Metso-val a félüzemi kísérletek során. A richmondi pirolízisüzem beruházási költsége 10 M USD, amely tartalmazza a levegőszennyeződést ellenőrző rendszer 2,5 M USD-s költségét. A rendszerben a nem kondenzálódó gázok először áthaladnak egy másodlagos égetőkamrán, ahol 1093 oC-ra melegszenek, majd mészfürdőt tartalmazó gázmosóba és szövetszűrő rendszerbe kerülnek, a légkörbe történő kilépés előtt.
A New Brunswick-i üzemet a torontói székhelyű Unisphere hulladékfeldolgozó társaság üzemelteti. A 100 t/nap kapacitású üzemet Belledune-ben telepítik, egy 4650 m2-es üzemcsarnokban. Bár az üzem csak 2003 novemberében indul, az Unisphere már szerzett piacot a keletkező szénnek, olajnak, acélnak és a nem kondenzálódó gázoknak.
Működőképes lesz? A fentiek alapján felmerül a kérdés: miért sikeres a Metso pirolíziseljárása és miért nem működik a többi eljárás? A Metso pirolíziseljárása üzemviteli és termékelvezetési szempontból teljesen különbözik a korábbi eljárásoktól. Követi a pirolízis alapkoncepcióját, de hatékonyabb a folyamatok ellenőrzése és a gumiabroncsot a kemencében kémiailag lebontó eljárás. A keletkező termékek minősége jobb, és kereskedelmi forgalomban értékesíthetők. A Metso garanciát vállal az üzemvitel folyamatos, hatékony voltáért és a termékek minőségéért. A folyamat gazdaságos is, mert a fejlesztés során a Metso felhasználta az ipari termikus feldolgozó üzemek és az őrlőrendszerek gyártása során szerzett tapasztalatait, a feketeszénből eladható termékek gyártása érdekében. A Tyre Recyclers cég képviselői megtekintették a szénterméket, amely más minőségű, mint a korábbi pirolízisfolyamatokban keletkezett szén. Régóta gumiabroncs-hulladékkal foglalkozó feldolgozó társaságok azonban kétségeiket hangsúlyozzák. Az ISRI gumiabroncs-hulladékot feldolgozó cég alelnöke 2001-ben megtekintette a Metso danville-i kísérleti üzemét. Véleménye szerint a keletkező szén nem különösebben jó minőségű, a folyamat nem volt tiszta, és a szakember nem látta a technológia gyakorlati alkalmazhatóságát ipari környezetben.
Vissza a gazdaságossági kérdésekhez A gumiabroncshulladék-feldolgozók véleményének eltérése, valamint a pirolízistermékek kétséges értékesíthetősége miatt a Metso Minerals-nak nagy csatát kell megvívnia az új technológia bevezetése során. Minden olyan pirolízisfolyamatnak, amely nemcsak technológiai álom, profitot kell termelnie. A Gershman hulladékfeldolgozó társaság alelnöke szerint a pirolízis nyereségességének alapja a megfelelő minőségű szén előállítása. Ha a Metso meg tudja oldani a szén nyereséggel történő értékesítését, az egyedülálló lesz a gumiabroncs-hulladékok pirolízisében. A gumiabroncs-hulladékok pirolízisekor keletkező szenet gumiabroncsok, ipari gumitermékek, nyomtató és egyéb festékek, illetve műanyagok előállítá-
sához alkalmazzák. A feketeszén erősítő adalékként javítja a gumiabroncs fizikai tulajdonságait. A gumiabroncs gumitartalmának 25–30%-a feketeszén. Amikor a pirolízissel foglalkozó társaságok azt mondják, hogy feketeszenet állítanak elő, ez nem pontos megfogalmazás. A valóságban a pirolízis terméke a feketeszénnél rosszabb minőségű szén. A pirolízis elve szerint a gumiabroncsot oxigén kizárásával megolvasztják. A keletkező szén részecskemérete és szerkezete nem felel meg a gumiabroncsgyártásban felhasználható feketeszén tulajdonságainak. A Continental Tire cég megvizsgálta a Metso széntermékét, és megállapította, hogy az valóban nem feketeszén. A hozzájuk eljutott termék minőségét tekintve közel áll az ASTM N770 besoroláshoz, vagy jobb minőségű annál. A Continental Tire a gyártás során N660 vagy annál gyengébb minőségű feketeszenet használ. Szerintük a Metso széntermékét lenne a legcélszerűbb töltőanyagként használni a gumiabroncs gyártásában, nem pedig a feketeszenet. A szenet a töltőanyagként történő felhasználása előtt pelletizálni kell, és biztosítani kell az állandó minőségét. A tényleges minőséget nem tudták meghatározni, mert a rendelkezésre álló laboratóriumi eszközök szennyeződése befolyásolta a vizsgálatok eredményét. A minőség mellett a pirolízis során keletkező szénnek az árát tekintve is versenyképesnek kell lennie a feketeszénnel. A szabványos feketeszén ára 55-88 cent/kg, a szabványon kívülié 44 cent/kg-nál kevesebb. A Metso szerint a termékét a feketeszénnel összehasonlítható áron, 40–66 cent/kg-ért tudják eladni. Az ár függ a felhasználás nagyságától és helyétől. A pirolízis során keletkező olaj minősége hasonlít a 2. minőségi fokozatú olajéhoz. A Metso szerint az olaj minősége javítható a kéntartalom eltávolításával. Az olaj felhasználható nehézolajokhoz adalékanyagként, feketeszén előállítására, illetve új gumiabroncsok gyártására. A Tire Disposal and Recycling Service cég elnöke szerint a pirolízisolajat értékesítő piac aszerint változik, hogy az ország melyik részében található. A pirolízisolaj költségesen tovább finomítható, olcsón eladható vagy hulladékként lerakható. A cég nem finomítja a richmondi üzemben keletkező olajat, mert a közelben üzemelő nehézolaj-finomító vállalja ezt a tevékenységet. Ami a fémeket illeti, egy személygépkocsi gumiabroncsa átlagosan 1,13 kg acélhuzalt tartalmaz. A pirolízis során visszanyert acél bizonyos feltételek esetén értékesíthető. A Tire Recyclers pirolízisüzeméből visszanyert acélt egy dél-karolinai, autóabroncsokhoz huzalt gyártó acélüzemben használják fel. A pirolízis folyamatokban keletkező gázokat általában a pirolízishez energiatermelés céljára hasznosítják. A Metso technológiájában keletkező gázt ezzel szemben átvezetik egy gázkondenzáltató rendszeren, a gázban levő olaj eltávolítása érdekében. A nem kondenzálódott gázokat ezután áramtermelésre, vagy hulladékhőt hasznosító kazánokban hasznosítják. A gázokat a lég-
körbe bocsátásuk előtt átvezethetik egy levegőszennyeződést ellenőrző rendszeren, mint azt a richmondi üzemben is teszik.
Pénzügyi meggondolások A pirolízisfolyamatok legnagyobb hátránya, ha a keletkező szénterméket nem tudják értékesíteni. A meghatározott minőségi előírásokat megfelelő áron teljesítő termék előállítása és az értékesítési szerződések megkötése elősegíti a projekt finanszírozását. A richmondi üzemben korábban voltak pénzügyi problémák: a legelső pénzügyi terv megbukott, mert a bank nem bízott az üzemvitel életképességében. A pénzügyi tervet ezt követően átdolgozták.
Az üzemeltetés egyéb feltételei A fentiekben ismertetett termékminőségi és pénzügyi meggondolásokon túlmenően egy gumiabroncs-hulladékot pirolizáló üzem sikeres működése függ a gumiabroncs-hulladékok megfelelő mennyiségben történő rendelkezésre állásától. Egy 100 t/nap kapacitású pirolízisüzembe például évente 3,5 millió személyautó hulladék gumiabroncsot kell beadagolni, aminek a biztosítása nem könnyű, és az üzem elhelyezkedésétől, illetve az adóktól függ. A gumiabroncs-hulladék mint alapanyag biztosításához az üzemnek saját begyűjtő rendszerrel kell rendelkeznie, annak figyelembevételével, hogy a beszerzési lehetőség nem terjed túl egy 305 km sugarú körön. Ezért a gumiabroncs-hulladék alapanyagot szerződésben kell biztosítani. Az évente több mint 3 millió hulladék gumiabroncs beszerzése szerződés nélkül elképzelhetetlen. Az alapanyag-ellátási korlátok miatt tehát gumiabroncs-hulladékot pirolízissel feldolgozó üzemet nem szabad bárhol telepíteni. Lehetetlen például 100 t/nap kapacitású üzemet telepíteni Észak-Karolinában, mert itt a megyéknek már szerződésük van a lerakásra. Ugyancsak nehéz egy új berendezés telepítése, ha a lerakóhelyi adók alacsonyak. A lerakóhelyi adó összege jelenleg Észak-Karolinában 57–90 USD/t. A Tire Recyclers richmondi üzemében 2001-ben 3,5 millió hulladék gumiabroncsot dolgozott fel. 2002-ben ez a darabszám elérte az 5 milliót, a 45 USD/t lerakóhelyi adónak köszönhetően.
Szabályozások A pirolízisüzemeknek számos levegőtisztasági és hulladékkezelési előírásnak kell megfelelniük. Virginiában például egy 100 t/nap kapacitású pirolízisüzemnek – berendezésenként külön-külön minősítve – rendelkeznie kell a levegőtisztaságra vonatkozó minősítéssel. Ha a pirolízis során keletkező emissziók meghaladják
az előírt levegőkoncentráció küszöbértékeket (SAAC), szükséges a levegő minőségének modellezése és egyéb ellenőrzési folyamatok kialakítása. Ha a kén-dioxid-koncentrációk meghaladják a SAAC küszöbértéket, a folyamatra kiadott engedélyeket felül kell vizsgálni. Tennessee-ben ugyanakkor a berendezés beállításait és a kéményemissziókat az üzem beindítása után felül kell vizsgálni, ha az emiszsziók meghaladják a szabályozásokban szereplő értékeket. A szilárd hulladékok tárolására vonatkozó előírásokat alkalmazni kell a gumiabroncs-hulladékok esetében is (milyen mennyiségű gumiabroncshulladék tárolható egy helyen, tűzvédelmi terv készítése). (Regősné Knoska Judit) Kiser, J. V.: Scrap tire pyrolysis – the impossible dream? = Scrap, 59. k. 5. sz. 2002. szept./okt. p. 34–36, 38, 40–41. Galvagno, S.; Casu, S.; Casabianca, T.: Pirolysis process for the treatment of scrap tyres: preliminary experimental results. = Waste Management, 22. k. 8. sz. 2002. p. 917–923.
Röviden… Az Európai Papíripari Szövetség átdolgozta a visszanyert papír minőségi rendszerét A szövetség 2002. júniusban adta ki a „Visszanyert papír és karton szabványos minőségek” jegyzékét. A jegyzék a 2001. decemberben jóváhagyott CEN szabványon alapul, amely az 1994-es EN 643 szabványt váltotta fel. A szabvány nyersanyag minőségi osztályba sorolást az igényeknek megfelelően megváltoztatta, a csoportokat átszámozta. A papírbegyűjtés és újrahasznosítás új fejleményeinek figyelembevételére, többek között a háztartási papírokra és a különleges kezelést igénylő papírfélékre, létrehozta az 5%-ös csoportot. A szabvány kijelenti, hogy a szemétosztályozókról nyert papír papíripari használatra alkalmatlan: „Az egyébként csak értékes, újrahasznosítható anyagot tartalmazó többanyagos begyűjtő rendszerből származó visszanyert papírt külön meg kell jelölni. Jelölés nélküli papírt nem szabad más visszanyert papírral vagy kartonnal összekeverni”. Az új szabvány a papírokat minőség szerint a következőképpen csoportosítja: 1. csoport: szokványos minőség, 11 alcsoport: vegyes papír és karton, nem válogatott, de a használhatatlan anyagoktól mentes; osztályozott vegyes papír és karton; szürke karton; nagyáruházi hullámpapír és karton; használt hullámpapír dobozok; eladatlan képes folyóirat; telefonkönyv, vegyes újságpapír és képes folyóirat (három osztály) és osztályozott papír festéktelenítésre.
2. csoport, közepes minőség, 12 alcsoport: újságpapír; eladatlan újságpapír; ritkán nyomtatott fehér papírlap; sűrűn nyomtatott fehér papírlap; osztályozott irodai papír; színes levélpapír; fehér famentes könyvpapír; színes famentes képes folyóirat; szénmentes másolópapír; fehérített famentes PEbevonatú karton; egyéb PE-bevonatú karton és a pépalapú számítógép nyomtatópapír. 3. csoport, kiváló minőség, 19 alcsoport: vegyes, enyhén színes nyomtatópapír lap; vegyes, enyhén színes famentes nyomtatópapír lap; famentes iratpapír; fehér finompapír lap; fehér céges levél; fehér famentes számítógépes nyomtatópapír; fehérített nyomtatott nátronpapír karton; ritkán nyomtatott fehérített nátronpapír karton; többszínnyomásos papír; fehér sűrűn nyomtatott többrétegű karton; fehér ritkán nyomtatott többrétegű karton; fehér nyomtatás nélküli többrétegű karton; fehér újságpapír; fehér pépalapú bevonatos vagy bevonat nélküli géppapír; fehér famentes ragasztómentes bevonatos papír; fehér papírlap, fehér famentes papírlap és nyomtatás nélküli fehérített nátronpapír karton. 4. csoport, kraftpapírok, 8. alcsoport: friss hullámpapír lap; új hullámkraftpapír (két osztály); használt hullám-kraftpapír; használt papírzsák; új papírzsák; használt kraftpapír; új kraftpapír és új csomagoló kraftpapír. 5. csoport, különleges minőségű papírok, a meghatározás szerint olyan anyagok, amelyek „legtöbb esetben csak sajátságos eljárással dolgozhatók fel újra vagy csak bizonyos feltételekkel hasznosíthatók újra, valamint a háztartásból származó papírok”. Ezek csak néhány országban lévő papírgyárban dolgozhatók fel. A csoport 7 alcsoportja: vegyes visszanyert papír- és karton; vegyes csomagolópapír; folyadékcsomagoló karton; csomagoló kraftpapír; nedvesen felrakható címke; nyomtatás nélküli nedvességálló famentes papír és a nyomtatott fehér nedvességálló famentes papír. (Reuse Recycle 32. k. 9. sz. 2002. p. 67–68.)
Egyéb irodalom Klingelhöfer, H. E.: Steuern und Sonderabgaben in der Abfallpolitik. (Adóztatási politika a hulladékgazdákodásban.) = Zeitschrift für Umweltpolitik und Umweltrecht, 26. k. 2. sz. 2003. jún. p 145–168. Veglio, F.; Quaresima, R.; Fornari, P.: Recovery of valuable metals from electronic and galvanic industrial wastes by leaching and electrowinning. (Értékes fémek kinyerése elektronikai és galvánhulladékból.) = Waste Management, 23. k. 3. sz. 2003. p. 245–252.
