EGYÉB HULLADÉKOK
6.8
Újdonságok az autóipari hulladékhasznosítás területén Tárgyszavak: roncsautó; újrahasznosítás; reciklálás; aprítóberendezés; műanyaghulladék; technológia.
Új eljárás a használtgépkocsi-zúzalék maradékának feldolgozására A különféle hulladékhasznosítási eljárások kidolgozása fontos lépés a hulladékhasznosító társadalom kialakítása irányában. A japán JFE Steel Corporation-nál 1996 óta az a gyakorlat alakult ki, hogy a hulladék műanyagot a vasgyártásban tüzelőanyagként és redukálószerként hasznosították. A használt autók zúzalékának maradékát (ASR = automobile shredder residue) eddig főként lerakókban helyezték el, mert abban sokféle anyag keveredett össze, amelyeket nehéz volt szétválogatni. Japánban évente mintegy 5 millió gépkocsit dobnak ki, amiből mintegy 800 000 tonna ASR keletkezik. Japánban, tekintettel a lerakóhelyek szűkösségére, egyre sürgetőbbé vált egy „zöld” hasznosítási technológia kialakítása. Ezt támasztja alá a 2004-ben elfogadott törvény is a használt gépkocsikról. A Japán Autógyártók Szövetsége arra törekszik, hogy a jelenlegi 80%-os hasznosítást 2015-ig 95%-ra növelje. Az ASR-feldolgozás hagyományos módjai mechanikus elválasztásra, gázfázisú lebontásra (szenesítésre) és a hamu megolvasztására épültek – de ez nem biztosít elég magas hasznosítási hányadot. A mechanikus elválasztás időigényes, és nem jó a hatásfoka. A szenesítés és hamuolvasztás nagy füstgázkezelő egységeket kíván meg a keletkező sósav megkötéséhez. További problémát jelent az, hogy ebben az eljárásban az értékes anyagok nem túl jól hasznosulnak. Németországban tanulmányozták az ASR nagyolvasztóba juttatását. Az ún. „hőfürdő” eljárásban kőszénkátrányból képződő olajat használnak, ami segít a fém és
a műanyag komponensek sűrűség szerinti elválasztásában, és egyben lehetővé teszi a PVC hulladék sósavmentesítését is. Ha ezt az eljárást kombinálják a klórt nem tartalmazó műanyagokra kidolgozott, nagyolvasztóban történő hasznosítással, az ilyen módon elkülönített műanyagok jobban hasznosulnak. Fe, 4% Cu, 3% üveg és homok, 26%
33% szervetlen anyag 33% szerves anyag 67%
egyéb, 16% textil, 10%
67%
PVC, 7% poliuretán, 10% poliolefin (PE, PP), 24%
1. ábra A használtautó-zúzalék maradékának (ASR) jellegzetes összetétele
A „hőfürdő”-eljárás lényege A használt gépkocsik tömegének 20–25%-át alkotja az ASR-frakció, amelynek összetételét az 1. ábra vázolja. Az ASR kb. kétharmada szerves anyag, azaz műanyag és textília. A műanyagok között vannak
tömegveszteség, tömeg%
poliolefinek, poliuretán (PUR) és PVC (mennyiségi sorrendben). A PVC-t rézkábelek érszigeteléshez használják, azért az ASR 2–3% klórt tartalmaz. A PUR-hab és a textília nagyon terjedelmes (az ASR térfogatának mintegy felét teszik ki), és ebben van elkeveredve a rézdrót. Az ASR-ben levő műanyagkomponensek bomlásgörbéit a 2. ábra mutatja. A poliuretánok mintegy fele 300 °C körül már elbomlik, és a PVC dehidroklórozódása is már jórészt lejátszódik ezen a hőmérsékleten. Ugyanakkor itt a PE és a PP lebomlása még jelentéktelen mértékű – ezért ha ilyen hőmérsékleten alkalmazunk hőkezelést, a klórtól megszabadulunk, ugyanakkor még elég sok polimer megmarad. A módszer vázlatos folyamatábráját a 3. ábra mutatja. A magas hőmérsékletű olajfürdőben a műanyagok meglágyulnak és elválnak a fémkomponensektől. A folyadék használata miatt a hőátadás gyors, a hőkapacitás óriási – ami sokkal kedvezőbb, mint a gázfázisú szenesítés esetében. A hőközlő közeg sűrűségét úgy választják meg, hogy az a műanyagok és a fémek közötti legyen. Ilyenkor a műanyagok a felszínre úsznak, a fémek meg a folyadék mélyére süllyednek.
kívánatos hőmérséklettartomány polietilén PVC klórveszteség
polipropilén
poliuretán
hőmérséklet, °C
2. ábra Az ASR-frakcióban előforduló néhány műanyag hőbomlási görbéi
Laboratóriumi kísérletek műanyagokkal A hőfürdő hőmérsékletének megállapításához kísérleteket kellett végezni PUR és PVC mintákkal. A PUR hab térfogata rohamosan csök-
ken a forró olajban, és a PVC bevonatú kábelek is 10 percen belül „lecsupaszodtak”. A laboratóriumi reaktorkísérletekben (4. ábra) már további technológiai paramétereket is be lehetett állítani. A berendezés egységei a betáplálóegység, a reaktor, az oldószertartály (fűtéssel) és egy szűrőegység a szilárd maradék és a felülúszó anyag eltávolítására.
ASR felúszó frakció
oldószer
hőfürdő
üledékek
műanyagok
vashulladék
színesfémek
redukálószer nyersvas nagyolvasztó acélgyártás nyersanyagai színesfémkohászat nyersanyagai
3. ábra A „hőfürdő”-eljárás vázlatos folyamatábrája Az oldószert recirkuláltatják a reaktorba. 5 órás kezelési idők után analizálták a felülúszó műanyag és a lesüllyedő fém komponenseket. Az ASR-frakciót feldolgozás előtt szitálták, és a 15 mm-nél kisebb frakciót használták a kísérletekhez. Kétfajta oldószert teszteltek: az egyik kőszénkátrány nehézolaj, a másik pedig kőszénszurok és nehézolaj 2:1 arányú keveréke volt. A nehézolaj sűrűsége 1,1 volt, a keveréké 1,2 – mert ez segítette elő a könnyebb szétválasztást (a műanyagok sűrűsége 1,0 körüli). Az oldószerek viszkozitása 280 °C-on 50 mPa · s alatt volt, vagyis könnyen megoldható volt a cirkuláció. A szurok és a olaj keveréke szobahőmérsékleten szilárd (lágyulási hőmérséklete 100 °C). Ez könynyen kezelhetővé teszi, és megkönnyíti a felúszott műanyagok eltávolítását is a szilárd oldószer felületéről. A hőmérséklet általában 280 °C volt, a tartózkodási időt a cirkuláció sebességével lehetett beállítani. Az inert körülmények biztosítása végett a reaktort nitrogéngázzal öblítették át. A reaktorra vonatkozó körülményeket az 1. táblázat foglalja össze.
adagoló
gáz
N2 H2O M
túlfolyó csatorna elválasztó rács az üledék felfogására szűrő a felúszó frakció elválasztására
reaktor: 0,072 m3 oldószertartály: 0,2 m3
fogaskerék szivattyú oldószertartály
4. ábra A laboratóriumi lépétkű reaktor vázlata 1. táblázat A laboratóriumi léptékű reaktor paraméterei Paraméter
Érték
Betáplálás sebessége (ASR)
1–4 kg/h (<15 mm frakció)
Oldószer
nehézolaj vagy keverék olaj
Oldószer betáplálási sebessége
10–50 kg/h
Hőmérséklet
206–290 °C
Tartózkodási idő
5-20 perc
Nitrogén térfogatárama
0,5–1,15 dm3 (normál állapotú)/h
Az eredményekből kiderült, hogy 280 °C-on, 10 perc alatt a PUR és a PVC komponensek gyakorlatilag elbomlanak, a fém alkatrészekről leválik a műanyag és felúszik, a fémek pedig lesüllyednek az oldószer aljára. A különböző körülmények között kapott visszanyerési arányokat mutatja az 5. ábra. Az oldószer változtatásával eltérő mennyiségű felúszott
a termékek megoszlása, tömeg%
frakciót kapunk. A nehézolajban kevesebb műanyag nyerhető vissza, mint a keverékben. Ennek az az oka, hogy a nehézolajban nagy a H/C arány, és a széntartalomnak kisebb hányada aromás – ezért a poliolefinek is jobban oldódnak benne. A készülék miatt választott kis szemcseméret (<15 mm) miatt valószínű, hogy a legkisebb méretű szemcséket a készülékbe szerelt szűrő fel sem tudja fogni. A tartózkodási idő hatása 5 és 20 perc között elég csekély, valószínűleg azért, mert már 5 perc alatt is lejátszódnak a várt folyamatok. 280 °C alatti hőmérsékleten a felúszott frakció mennyisége nő, de ez csalóka, mert a kapott frakció tömege nagyobb, mint az ASR-frakció eredeti szervesanyag-tartalma – vagyis a fémek egy része is a műanyagban marad. Ezt megfigyelések is igazolták. Magasabb hőmérsékleten viszont a műanyagok bomlása erősödik, csökken a felúszott anyag mennyisége.
üveg, stb. oldott anyag réz vas ASR
üledék
szerves anyag
felúszó
nehéz olaj kezelési hőmérséklet, °C kezelési idő, min
280 5
kevert olaj 260
20
280
290
20
5. ábra Az ASR elválasztásának hatásfoka a laboratóriumi kísérletben az alkalmazott paraméterek függvényében A 6. ábra mutatja az anyagmérleget 280 °C-os kezelés és 15 perces tartózkodási idő esetén. A felúszott fázis 94%-a műanyag, a többi homok és üveg. Az oldószer aljára lesüllyedő frakcióban található réz, vas, ho-
mok és üveg. A felúszott frakció klórtartalma 0,6% volt, azaz a kiindulási klórtartalom mintegy 80%-a eltávozott. A felúszott frakció réztartalma minimális, fel lehetett használni a nagyolvasztókba adalékként. Az ASR-ből elég kevés gáz képződött (mintegy 0,1%), ennek nagyobb része CO2 és CO a poliuretánok bomlásából – dioxinok képződését nem észlelték. A kísérletek alapján a keverék oldószer bizonyult gyakorlati célokra alkalmasnak – az elkülönített anyagok könnyebb elválaszthatósága miatt is. A hőmérséklet 280 °C, a tartózkodási idő 5 perc, ami sokkal kedvezőbb, mint az elszenesítési folyamatban használt 1–2 óra. ASR 200 kg/h (1200 t/év) véggázok
felülúszó lefölözése
forgólapát
szedő az üledék eltávolítására reaktor
felülúszó
üledék (vas és színesfém) reaktor: 16 m3 oldószertartály: 10 m3
oldószertartály
elemi összetétel (száraz anyag) C
H
N
S
O
Cl
Fe
Cu
Al
43,9
5,8
2,0
0,1
9,1
1,3
4,1
3,2
2,7
7. ábra A „hőfürdős” eljárás kísérleti üzemi megvalósítása
Félüzemi kísérletek A „hőfürdős” módszer kísérleti üzemi megvalósítását a 7. ábra mutatja. Az oldószer 5 m3/h sebességgel cirkuláltatták, az állandó hőmérsékletet villamos fűtés biztosította. A nitrogénes átöblítést itt is alkalmazták. A tartózkodási időt a keverőlapátokkal úgy szabályozták, hogy az kb.
20 perc legyen. Az ábrán a feldolgozott ASR-frakció összetétele is látható. Oldószerként nehézolaj/szurok keveréket használtak 1,2-es sűrűséggel. A kiértékelést 50 órás működés után végezték el. A hőmérsékletet 280 ± 5 °C-on tartották az egész kísérlet ideje alatt. Az ASR-darabok maximális mérete 200 mm fölött volt, ezért felmerült, hogy a nagyobb PUR darabok elbomlása elegendő mértékű-e. A rendszer viselkedése hasonló volt a laboratóriumi reaktoréhoz. A feldolgozott ASR mintegy 67% szerves anyagot, 4% vasat, 3% rezet és 26% homokot és üveget tartalmazott. A feldolgozás után 73% felülúszót és 27% üledéket kaptak. A felúszott fázis 92% szerves anyagot tartalmazott, és gyakorlatilag rézmentes volt (<0,01%) A rézkábelek köpenye teljesen lejött, akárcsak a laboratóriumi kísérletben. A klór mintegy 70%-a eltávolítható a kezelés során. A kapott termék megfelel nagyolvasztóban redukáló szerként. Az üledék 18% vasat, 13% rezet és 53% üveg + homok frakciót tartalmazott. Rendkívül kevés gáz képződött, főként szén-dioxid és szén-monoxid, dioxinképződést nem figyeltek meg. vasérc (Fe2O3)
nagyolvasztó véggáz
égetés, gázosítás: CmHn + O2 → CO + H2
forró levegő befúvás (1200 °C, levegő/O2)
redukció Fe2O3 + CO, H2 → Fe + CO2, H2O
olvasztás
redukálószer (CmHn)
nyersvas (Fe)
8. ábra Vegyi reakciók a nagyolvasztóban
Az elválasztás termékeinek hasznosítása A felülúszó fázisban található polimerek hasznosítását a nagyolvasztóban a 8. ábra vázolja. A redukálószert a forró levegővel együtt fúj-
ják be. Ennek hatására CO- és H2-gáz képződik a 2000 °C-os hőmérsékleten. A vasérc a redukálószerrel reagálva vassá alakul. Tekintettel arra, hogy a felülúszó fázist itt porított szén vagy egyéb műanyag hulladék helyett hasznosították, azt lehet mondani, hogy értékes hasznosulásról van szó. A felülúszó fázist a pneumatikus adagolhatóság érdekében 2–10 mm-s darabokra aprították, és összehasonlították hasonló méretű műanyaghulladékkal, ill. szénporral (az utóbbinak 80%-a 74 µm alatti). Az égetési és elgázosítási hatékonyságot összevetve a reciklátum jobbnak bizonyult, mint a koksz, és hasonló volt a műanyag hulladékokhoz. Ez részben a hosszabb tartózkodási idővel magyarázható. A kokszpor finomabb részecskéi túl gyorsan átjutnak a magas hőmérsékletű tartományon, és nem hasznosulnak eléggé. A teljes léptékű ipari kísérletben, ahol 2 órán keresztül 1500 kg/h sebességgel adagolták a felülúszó fázist egy nagyolvasztóba, nem tapasztaltak sem pneumatikus szállítási, sem egyéb problémát.
jelenlegi eljárás ELV
szétszerelés, bezúzás
fémalkatrészek
80%
ASR
20%
fémalkatrészek
80%
hatásfok 80%
javasolt eljárás ELV
szétszerelés, bezúzás
hatásfok 96% hőfürdő
felülúszó fémek egyebek
15% 1% 4%
9. ábra A hagyományos és az újonnan javasolt használtautó (ELV) feldolgozási módszerek összehasonlítása A szilárd maradékot kalapácsmalom segítségével könnyen szét lehet választani fémes és nemfémes komponensekre. A szétválasztás
után a kapott anyagot vastörmelékre, vasban gazdag porra, színesfémekre és nemfémekre (üveg + homok) választják szét mágneses és indukciós szeparátorok segítségével. Az üledékekből a fémeknek kb. a fele visszanyerhető. A hőfürdős módszerrel történő használtautó-zúzalék hasznosítást a 9. ábra hasonlítja össze a hagyományos eljárással. A korábbi módszer 80%-os hasznosítási rátájával szemben az új, 96%-os hatásfok már elegendő a 2015-re megcélzott 95%-os hasznosítás megvalósításához.
A Rolls Royce hulladékhasznosítási gyakorlata A Rolls Royce nemcsak a műszaki színvonal és a kézműipari gyártástechnológia szimbóluma, hanem a luxusé és sikeré is. Sok híres személy tartott ilyen kocsit, ezzel is öregbítve a márka hírnevét. Eddig nem is lehetett sokat hallani arról, hogy a Rolls Royce-nál sokat foglalkoztak volna a hulladékhasznosítással. Az idők azonban változnak, különösen amióta a BMW vásárolta meg a gyárat, amely büszke arra, hogy elkötelezettje a fenntartható fejlődésnek. A legújabb Rolls Royce üzemet már a környezeti szempontok messzemenő figyelembevételével építették fel – és természetesen ISO 14001 szerint tanúsították. A gyárban mindent megtesznek annak érdekében, hogy a lehető legtöbb, helyben keletkező hulladékot hasznosítsák. Erre a célra egy 334 m2-s területű recikláló centrum szolgál.
A hulladékgazdálkodás koncepciója A cégnél egy ember teljes munkaidőben a hulladékgazdálkodás szervezésén dolgozik, és van egy hulladékmenedzser a logisztikai részlegnél is – mindkettőjük munkáját támogatja a környezetvédelmi csoport. Az egyszerű hulladékgazdálkodási koncepció hatékonynak és stabilnak bizonyult, ezért csak kisebb javításokra van szükség a hulladéklerakókba kerülő szemét mennyiségének további csökkentése érdekében. A hulladékgazdálkodási koncepció 2003-ban lépett életbe. Az üzemben kilenc „hulladékszigetet” alakítottak ki. A jól megkülönböztetett helyeken színekkel jelölt szelektív hulladékgyűjtő tartályok állnak. A munkavégzés helyén is vannak kisebb szelektív gyűjtő tartályok, és a munkások felelőssége, hogy ezeket a műszak végével kiürítsék a közös gyűjtőkbe. Azzal az egyszerű ténnyel, hogy a műanyagokat és a kartonpapírt kivonták az általános hulladékok közül, 54%-kal lehetett csökkenteni a hulladéklerakóba jutó hulladék mennyiségét. Létesítettek egy kü-
lön „hulladékgazdálkodási segélykérő vonalat” is, amelyen bárki kérhet hulladéktárolót, annak ürítését vagy megszervezheti a hulladékgyűjtést. A vonalon begyűjtött információt a logisztikai csoport dolgozza fel. Kiadtak egy hulladékgazdálkodási kézikönyvet, és minden egyes brigádot kioktattak a hulladékok válogatásáról és a hulladékáram sorsáról. Ezzel sikerül elkerülni a szelektíven gyűjtött hulladékok keveredését és szenynyeződését. A javítás érdekében minden egyes helyen feljegyzik a keletkező hulladék mennyiségét. Ha valahonnan nem megfelelően válogatott hulladék kerül a központi raktárba, onnan kell valakinek odamenni és helyreigazítani a hibát újraválogatással. Ezzel azt érik el azt, hogy mindenkinek érdekében áll rögtön megfelelő válogatást végezni. A BMW-csoport évente kétszer auditálja a hulladékot elszállító cégeket, és az audit eredményeként dönti el, hogy kikkel dolgozik tovább. Bár a hulladék zöme a termelésből születik, az irodákban és az étkeztető/ellátó egységekben is szelektíven gyűjtik a hulladékot. Az irodákban külön papírgyűjtő és általános hulladékgyűjtő van, a nyomtatókból származó kimerült festékpatronokat pedig külön dobozokban gyűjtik. A gyártás során esetleg nem megfelelőnek talált akkumulátorokat ugyancsak külön gyűjtik, mert azok veszélyes hulladéknak minősülnek és külön újrahasznosítást igényelnek. A hordozható berendezésekben inkább az újratölthető elemek/akkumulátorok használatát bátorítják, de a lejárt elemeket is külön gyűjtik. A kartonokat külön zöld hulladékgyűjtő tartályokban gyűjtik, majd bálázzák. Mikor 20 tonna összejön, értékesítik a recikláló cégeket. A hulladékmenedzser dolga a piac folyamatos figyelése, hogy a lehető legjobb árat kapják a hulladékért. A műanyaghulladékok között van buborékcsomagolás, csomagoló hab, zacskó és egyebek. Ezeket sárga színű konténerekben gyűjtik, bálázzák és 2–4 tonnás egységekben értékesítik. Itt is igyekeznek minél jobb árat kapni a hulladékért. Mivel a festékgyártók nem vehetik vissza a kiürült műanyag vödröket, a Rolls Royce-nál ezekben gyűjtik össze a piszkos rongyokat, amelyeket raklapokra helyezve veszélyes hulladékként kezelnek. Ez azonban csak ideiglenes megoldás, és a beszállítóval keresik annak a módját, hogy hogyan lehet valami jobb megoldást találni ennek a hulladékáramnak a kezelésére. A bőrhulladékot ugyancsak elkülönítve gyűjtik, és amikor tonnás nagyságrend összejön, eladják a bőrdíszmű iparnak újrahasznosításra. A fémhulladékot vas és színesfémekre válogatják szét a hulladékcentrumban, majd külön reciklálják. A fa raklapokat egyszerűen újra felhasználják, amíg tönkre nem mennek, a belső díszítésnél használt elemek gyártásakor létrejövő hulladékot gyűjtik és átadják egy helyi fafeldolgozónak.
Veszélyes hulladék kevés képződik a gyárban (pl. oldószeres festékkannák), ezeket külön gyűjtik, és ugyancsak elkülönítve tárolják magukat a maradék oldószereket. A közeljövő feladatai közé tartozik a polisztirol helyi újrafelhasználásának, az étkezési hulladék komposztálásának, a specifikáción kívül eső szélvédő üvegek újrafeldolgozásának vizsgálata és a festékiszap szárítása a hulladék tömegének csökkentése céljából. A cég felismerte, hogy a projekt sikerének titka a dolgozók megnyerése, amit egyrészt folyamatos továbbképzéssel, másrészt még több hulladékmenedzser bevonásával kívánnak elérni. Arra törekszenek, hogy ne csak arról legyenek híresek, hogy a „világ legjobb autóját” állítják elő, hanem lehetőleg arról is, hogy a „világ legjobb hulladékgazdálkodási rendszerét” működtetik. Összeállította: Bánhegyiné Dr. Tóth Ágnes Takaoka, T.; Asanuma, M. stb.: New recycling process for automobile shredder residue with ironmaking process. = Stahl und Eisen, 123. k. 11. sz. 2003. p. 101– 106. Bench, M.: An appreciation for the finer wastes of life. = Wastes Management, 2003. okt. p. 40–42.
