Последние несколько лет заинтересованные в отрасли стороны работают над экспериментальной инициативой, чтобы посмотреть, как будет вести себя гибкая пластиковая упаковка на крупном предприятии по переработке.

В марте 2019 года, после многих лет планирования, исследований и инжиниринга, первые испытательные тюки, которые должны были стать новым товаром под названием rFlex, сошли с конвейера на заводе Total Recycle, крупном однопоточном предприятии по переработке материалов (MRF) в Восточной Пенсильвании.

Эти тюки и пилотная программа их производства представляли собой потенциальный ответ на вопрос, который долгое время бросал вызов переработчикам, упаковщикам и производителям пластмассы: Как гибкая пластиковая упаковка, один из самых быстрорастущих материалов в потоке отходов после потребления, может вписаться в систему вторичной переработки, не предназначенную для этого?

Гибкая пластиковая упаковка (FPP) — широкая категория, включающая в себя пластиковые пакеты, обертки, пакеты и пленки, — считалась упаковкой, которая засоряет сортировочные фабрики. Между тем переменная смесь пластмассовых смол, используемая в этих упаковках, означала, что ее путь к переработанным пластмассовым изделиям не был простым.

«Как производитель пластмассы, мы знаем, насколько важна вторичная переработка упаковки для всей нашей цепочки создания стоимости, от наших прямых клиентов до конечных потребителей, и уверены, что вторичная переработка может помочь защитникам окружающей среды, — сказал Джефф Вустер (Jeff Wooster), директор по устойчивому развитию Dow, компании, которая поддержала этот проект. — Это побудило нас начать сотрудничество в отрасли для решения проблем, связанных с вторичной переработкой FPP».

В течение следующего года исследователи будут работать над решением этих проблем в рамках пилотного проекта переработки с целью изучения способов сбора, отделения и подготовки гибкой пластиковой упаковки для вторичной переработки — и всё это в контексте типичной американской программы по переработке отходов.

Materials Recovery for the Future (MRFF), совместная исследовательская программа, спонсируемая ведущими участниками производственно-сбытовой цепочки гибкой упаковки, была запущена в 2015 году с комплексной программой, нацеленной на вторичную переработку гибкой упаковки и обеспечение того, чтобы система вторичной переработки учитывала ценность материала.

Первые несколько лет действия программы включали в себя фундаментальные исследования под руководством консалтинговой компании RRS, занимающейся вопросами переработки и устойчивого развития, с целью доказать, как гибкая упаковка проходит в однопоточных системах переработки, как оптические сортировщики могут быть использованы для разделения и как будет выглядеть экономика переработки гибкой пластмассовой упаковки, если она будет распространена по всей территории США.

В то же время были исследованы потенциальные конечные рыночные виды использования этой упаковки, а результаты исследований по сортировке оценивали продукцию, которая в конечном итоге может быть продана.

К 2018 году исследования в крупных центрах переработки по всей стране показали многообещающие результаты. Гибкая упаковка вела себя предсказуемо при сортировке, а ситовые решетки от обертывания решали большинство проблем засорения. Оптические сортировщики на испытательных установках смогли определить и извлечь гибкую пластиковую упаковку из потока мусора. И в то время, как необходимое оборудование стоило бы миллионы долларов, оно имело потенциал для создания новых продуктов переработки, улучшения качества других продуктов и повышения уровня автоматизации и гибкости переработки.
«Наше прежнее исследование ставило своей целью понять, возможна ли сортировка этого материала, — сказал Крис Кинг (Chris King), старший инженер компании RRS. — Мы заметили, что антиоберточные сита работали хорошо, а последовательный поток FPP с 2D-материалом означал, что была реальная возможность вторично переработать его».

Но на другие вопросы можно было ответить только после конкретных испытаний этой концепции. Насколько хорошо могла функционировать система изо дня в день, в изнурительной среде постоянно эксплуатируемого центра переработки? Как бы выглядела реальная смесь типов пакетов, если бы она была собрана у жителей, а не моделировалась на основе данных о продажах? И будет ли она производить тюки, которые можно было бы продавать на реальных конечных рынках?

Пилотная программа требовала крупных инвестиций, но она оказалась успешной, что позволило группе в короткие сроки значительно ускорить исследования.
В июне 2018 года проектная группа MRFF объявила о том, что нашла партнера по переработке. Компания Total Recycle, принадлежащая J.P. Mascaro and Sons, должна была установить четыре оптических сортировщика и периферийные устройства на своих уже существующих волоконно-оптических линиях для извлечения гибкой упаковки, которую она будет собирать у жителей в рамках официально принятой программы утилизации в определенных населенных пунктах.

К январю 2019 г. на предприятии Total Recycle проводилась модернизация. Система для сортировки FPP, приобретенная и установленная компанией Van Dyk Recycling Solutions, включала в себя оптические сортировщики Tomra Autosort 4, установленные на каждой из трех волоконно-оптических линий для извлечения FPP из сырья. Эти высококлассные оптические сортировщики представляют собой широкую конструкцию, что позволяет им обрабатывать материал со всей ленты конвейера и работать на высоких скоростях с максимально возможным распределением материала.

Четвертый сортировщик Tomra Autosort 4 очистил поток FPP, извлекая оставшиеся упаковки. Наконец, магнит Lubo Paper Magnet был использован для отделения таких жестких элементов, как контейнеры, от потока FPP.

Эта система изменила конфигурацию всей переработки и эффективно удалила FPP из потока волокна с минимальной потребностью в ручном контроле качества. Но насколько хорошо она сможет выполнять свою двойную функцию с течением времени — последовательно захватывать как можно больше FPP, минимизируя при этом любые потери материала?

В марте 2019 года была запущена система rFlex: оптические сортировщики отсеивали любой FPP, попавший в центр переработки. Однако при разрезании тюков, изготовленных из этого материала, появилась проблема. Система улавливала слишком много ненужного материала: результаты аудита показали, что менее половины тюков состояло из целевого FPP. Разнообразное нецелевое волокно составило 43% тюка, что далеко от ожидаемого результата в 15 или менее процентов. Загрязнения в виде уплощенных контейнеров и разного мусора составили еще 15%.

«Было бы здорово увидеть идеальную производительность с самого первого дня, — отметил Джей-Пи Маскаро (J.P. Mascaro, Sr.), старший директор по переработке отходов J.P. Mascaro & Sons. — Но именно поэтому так важно реализовать этот пилотный проект: проверка решения в реальных условиях может выявить проблемы, на которые вы не обратили бы внимания за несколько дней тестирования».

Мониторинг системы в действии выявил, что является причиной проблем с качеством тюков rFlex.

Из-за дождливой весенней погоды непокрытый переработанный материал промокал; влажная бумага слипалась, что затрудняло отделение FPP оптическими сортировщиками. После того как дожди закончились, материал стало легче сортировать. Этот вывод подчеркнул важность перехода на крытые тележки для сбора материала в жилых помещениях.

Другое исправление заключалось в балансировке между автоматической и ручной сортировкой. Четвертый оптический сортировщик, который очищал бумагу из потока rFlex, был изначально откалиброван менее агрессивно. Заметив это, центр переработки перекалибровал сортировщики и добавил ручную станцию контроля качества в виде контрольно-пропускного пункта, чтобы люди могли выбрать любой пропущенный FPP для рулона rFlex после того, как оптические сортировщики сделают свою работу.


Процесс оптимизации системы занял девять месяцев, но оно того стоило. В конце периода настройки уровень волокна в тюке составлял одну четверть от того, что было в начале. Среднее значение FPP тюка составило 77% — очень близко к тому, что было достигнуто в экспериментальных установках еще в 2016 году, но на этот раз стабильно производилось в реальных условиях.

Гибкая пластиковая упаковка бывает самых разных форм и размеров: от пакетов детского питания до больших мешков с кормом для собак. Пилотный проект MRFF был нацелен на захват всего этого ассортимента, за редким исключением (например, очень маленькие упаковки или всё, что сделано из ПВХ). И еще он был нацелен на то, чтобы в случае принятия FPP в программы переработки он успешно нашел путь к тюку rFlex, а не превратился в конечном итоге в остаток, загрязняющий другие продукты переработки.

Для того, чтобы понять, насколько это действительно возможно, исследовательская группа RRS использовала технологию RFID для отслеживания образцов упаковки в центре переработки и вычисления того, сколько из них попало в тюк rFlex. Этот тест RFID был повторен в начале, середине и конце пилота для мониторинга прогресса. Каждый тест включал в себя нанесение маркировки на тысячи упаковок, добавление их в систему переработки в течение нескольких дней тестирования, а также анализ того, какие маркировки считывались каждым из 10 RFID-считывателей в определенных местах центра переработки.

Процесс тестирования RFID выявил области прогресса и области, в которых необходимы улучшения. Во-первых, тест показал успешный захват большинства пакетов и улучшение процесса со средней скоростью захвата более 70% в двух последующих тестах. Во-вторых, некоторые пакеты были захвачены очень эффективно, при этом к концу пилотного проекта скорость захвата составляла 90% для наиболее распространенных пакетов, предназначенных для розничной торговли.

«Тестирование RFID помогает нам увидеть сильные и слабые стороны системы, — сказал Кинг (King). — Как только вы узнаете, что это такое, вы сможете работать над ее улучшением».

Однако системе было гораздо сложнее захватить более мелкие пакеты, на которые в большей степени влияли проблемы с обслуживанием, погода и некоторые другие факторы. Это было особенно заметно в третьем тесте: когда маленькие пакеты с детским питанием подавались в систему, многие из них оказывались в местах сильного износа дискового сортировщика и никак не могли попасть в тюк rFlex. С большими пакетами этого не происходило.

Продолжаются дополнительные исследования по улучшению сортировки более мелких пакетов, чтобы довести ее до высокопроизводительного уровня сортировки больших изделий FPP.

В связи с технической осуществимостью сортировки FPP еще одно направление исследований было посвящено экономическим деталям.

В 2018 году RRS разработало финансовую модель, исследующую потенциальные преимущества утилизации FPP. Для центров переработки они были тройными: 1) перемещение FPP из остатков, предназначенных для отправки на полигон, в потенциально рентабельный тюк; 2) сокращение трудозатрат на очистку волокон сырья; 3) улучшение качества переработки, даже при повышенном содержании FPP в исходном сырье. Хотя наиболее устойчивой считается экономика в районах с более высокими затратами на полигоны, что связано с отсутствием затрат на утилизацию отходов.

По мере продвижения пилотного проекта эти потенциальные выгоды были реализованы. Начиная с сентября 2019 г. жителям местных населенных пунктов было дано указание постепенно приступать к включению FPP в утилизацию на обочинах дорог. Объемы FPP увеличились, но даже после реализации упомянутых выше мероприятий по контролю качества количество трудозатрат, необходимых для эксплуатации системы, сократилось на 38%. До и после аудитов продукции переработки также было отмечено значительное снижение доли загрязнения — с 1,4% до 0,3% в старой газетной бумаге (ONP) и с 1,6% до 0,5% в смешанной бумаге.

Добавление дополнительной категории вторсырья действительно бросает вызов некоторым последним тенденциям на рынке, но пилотный проект MRFF предполагает, что он может окупиться. С учетом преимуществ эффективности экономическая модель показывает, что вторичная переработка FPP может быть недорогим дополнением к контрактам по сбору отходов в жилом секторе. А по мере развития дополнительных рынков для тюков rFlex переработка FPP может сама по себе вырасти в прибыльный бизнес.

Но какими могут быть конечные рынки сбыта rFlex? Для исследования MRFF это оставалось ключевым нерешенным вопросом, который пересекался с каждым аспектом пилотного проекта.

После нескольких месяцев усилий по производству тюков, а также исследований, направленных на определение их точного состава, появились два основных рыночных пути: рынки смешанных тюков и рынки только пластмассы. Рынки материалов для смешанных тюков включают производителей строительных материалов, использующих сочетание волокон, пластмассы и (в некоторых случаях) других материалов — таких, как стекло и наполнитель. На рынках только пластмассовых изделий волокно из тюков удаляется путем влажной или сухой стирки, а затем с помощью пластмассового компонента изготавливаются гранулы или формованные долговечные изделия.

«Сеть рынков rFlex End Markets Network, которая выросла из этой исследовательской программы, имеет решающее значение, — сказала Сьюзан Графф (Susan Graff), вице-президент RRS и директор по исследованию проектов MRFF. — Это группа, которая соединяет спрос на переработанную пластмассовую продукцию с предложением MRFF для построения экономики вторичного использования сырья из гибкой упаковки. Благодаря тестированию rFlex и экспертной оценке у нас появились новые возможности для производства продукции с использованием недорогого высокопроизводительного переработанного сырья, которое может заменить первичные материалы».

К весне 2020 года тюки были отправлены местным, региональным и международным компаниям, заинтересованным в изучении возможностей применения rFlex. По мере наступления пандемии COVID-19 некоторые из этих испытаний прекратились, и результаты были получены только после публикации итогов пилотного исследования. После этого появились успешные результаты испытаний на рынках смешанных тюков и для экспериментальной установки были закуплены тюки rFlex, чтобы использовать их в производстве обложечного картона.

«Мы считаем, что важно определить ценность гибкой упаковки для пост-потребителей. Это означает возвращение ее в эксплуатацию в качестве полезного и функционального конечного продукта», — сказал Брент Хайст (Brent Heist), лидер по производству упаковочных материалов в компании Procter & Gamble и председатель проекта MRFF.

К июню 2020 года, через 18 месяцев после установки оборудования, результаты пилотного проекта были опубликованы. В отчете были описаны успехи по многим направлениям, а также планы по дальнейшему совершенствованию работы.

Коэффициент улавливания FPP в 74% рассматривается с дополнительными модификациями для достижения целевого показателя в 90%. Продолжаются испытания на конечном рынке, а также проводится инвентаризация воздействия жизненного цикла и затрат на сортировку и вторичную переработку FPP для проверки ее эффективности.

Эти вопросы, оставшиеся без ответа, послужили мотивом для продолжения исследования MRFF, проводимого RRS в рамках проекта, удостоенного награды Института REMADE. Проект под названием «Определение материальной, экологической и экономической эффективности сортировки и переработки смешанной гибкой упаковки и полиэтиленовой пленки» изучит воздействие производства, транспортировки и переработки rFlex. Проект, завершение которого запланировано на 2021 год, будет на постоянной основе публиковать промежуточные результаты, начиная с инженерной поддержки и дополнительного теста RFID в августе 2020 года для дальнейшего усовершенствования состава тюка с переработанным материалом.

Хайст (Heist) добавил: «Наш отчет представляет собой веху, но не конец существования MRFF. Мы удовлетворены тем, что работа по развитию рынка для повторного использования гибкой упаковки будет продолжена с Американским химическим советом и Институтом REMADE, чтобы расширить наши знания и закрепить достижения к настоящему времени».

Качества гибкой упаковки, которые делают ее экологически выгодной — ее малый вес и небольшое количество сырья, необходимое для ее производства, — мотивировали ее использование, но затруднили ее переработку. Исследования, спонсируемые MRFF, показали, что совместный отраслевой подход может привести к разработке практических мер для решения задач по переработке в короткие сроки.

В России также осуществляется много научных исследований по изучению способов переработки новых упаковок, но проводится эта работа либо небольшими исследовательскими группами, либо частными компаниями. К сожалению, у нас нет комплексного подхода, как в США, нет средств на проведение многолетних исследований, а население недостаточно подготовлено для упрощения процесса сортировки. В этих условиях особенно важно изучать и использовать результаты многолетних исследований в других странах.

Статья подготовлена на основе переводов журнала Plastics Recycling Update.