Przykładowo w 2018 według danych Eurostatu w przeliczeniu na mieszkańca Unii Europejskiej wytworzonych zostało 5,2 ton odpadów, zaś ich całkowita ilość przekroczyła 2,3 mld ton. Dla porównania w 2010 roku każdy zamieszkujący UE wytworzył średnio ponad 4,9 tony śmieci, których łącznie zebrano wówczas 2,5 mld ton. Pochodzą one z wielu źródeł – w statystykach uwzględniane są różne rodzaje działalności gospodarczej oraz gospodarstwa domowe.
Na przykład w 2018 roku najwięcej śmieci zostało wyprodukowanych przez: budownictwo – 36% oraz górnictwo i branżę wydobywczą – 26%. Udział przemysłu wyniósł 10,6%, branży wodno-kanalizacyjnej – 9,9%, natomiast gospodarstw domowych przekroczył 8%. Pozostałe ponad 9% stanowiły odpadki z innych źródeł, głównie usług (4,2%).
Pozytywną informacją jest to, że ponad połowa (54,2%) tych śmieci została poddana odzyskowi w porównaniu z 45,9% w 2004.
W 2018 roku najpopularniejszą metodą w tym zakresie był recykling. Dzięki niemu z ponad 38% śmieci, stosując różne techniki, na przykład przez rozdrobnienie mechaniczne albo pod wpływem reakcji chemicznych, udało się odzyskać surowce, które następnie zostały powtórnie wykorzystane, w tym samym albo w innym, niż pierwotnie, celu.
Pierwszy etap recyklingu – zbiórka
Bez względu na to, co się stanie z odpadami, pierwszym krokiem w zadaniu ich zagospodarowania jest ich zgromadzenie, najlepiej w połączeniu z segregacją, która jest tym efektywniejsza, im bliżej miejsca wytwarzania śmieci jest przeprowadzana. Następnie odpady są odbierane i transportowane do zakładu ich przetwórstwa lub na wysypisko, jeśli nie są poddawane odzyskowi ani recyklingowi.
Sposób gromadzenia i magazynowania zależy od charakteru śmieci. Na przykład w przypadku tych przemysłowych specjalnych rozwiązań wymagają odpady niebezpieczne.
Jeśli z kolei chodzi o śmieci komunalne, czyli pochodzące przede wszystkim z gospodarstw domowych, to są one zbierane do oddzielnych pojemników. Te są odpowiednio oznakowane różnymi kolorami, w zależności od rodzaju śmieci. Ponieważ segregowanie odpadów jest od niedawna obowiązkowe, kodu kolorów nikomu przypominać nie trzeba.
Choć podstawowa funkcja pojemników na śmieci pozostaje taka sama, nowa kolorystyka to nie jedyna zmiana, jakiej te niepozorne komponenty systemów gospodarowania odpadami ostatnio doświadczają, dzięki nowym technologiom stają się bowiem... inteligentne. Chodzi głównie o Internet Rzeczy oraz bezprzewodowe sieci komunikacyjne. Upowszechniają się one w takich zastosowaniach wraz z wdrażaniem w życie koncepcji inteligentnych miast.
Smart koszeDzięki nowym technologiom pojemniki na śmieci stają się aktywnymi komponentami systemów zarządzania odpadami, ponieważ wyposażone w czujniki oraz moduły komunikacyjne mogą informować centralę o stopniu swojego zapełnienia. Przynosi to liczne korzyści. 
Przede wszystkim dzięki monitorowaniu poziomu wypełnienia koszy można zapobiec przedwczesnemu opróżnianiu pojemników jeszcze nie do końca napełnionych, jak i ich przepełnianiu się. W przeciwnym razie w pierwszym przypadku śmieciarki pracują nieefektywnie, czego skutkami są: strata czasu, niepotrzebne obciążenie pracowników, strata paliwa (emisja CO2) i niepotrzebne zwiększanie natężenia ruchu drogowego. Odpadki wysypujące się z przepełnionych koszy stanowią natomiast problem higieniczny i estetyczny. Poza tym czujniki zamontowane w pojemnikach na śmieci dostarczają danych, które są analizowane pod różnymi kątami. Przykładowo można przewidywać ilość odpadków i tempo, w jakim kosze się w danej lokalizacji napełniają, przeważnie albo tylko okresowo. To z kolei jest użyteczną informacją w planowaniu liczby oraz gęstości rozmieszczenia pojemników. W połączeniu z danymi z sensorów, które są instalowane w śmieciarkach, można także optymalizować trasy tych pojazdów i zarządzać ich całymi flotami. Smart kosze zwykle wyposażone są w czujniki optyczne (laserowe), które skanują ich wnętrze, sensory wykrywające pożar oraz czujniki reagujące na ruch lub zmianę orientacji pokrywy. W zakresie komunikacji popularne sieci to z kolei m.in: LoRaWAN, SigFox, Narrowband IoT. |
Nowoczesne śmieciarki
Nagromadzenie rozwiązań z zakresu pomiarów, komunikacji, jak i automatyki stanowią również śmieciarki. Najnowsze technologie są w nich wykorzystywane coraz chętniej z kilku powodów.
Przede wszystkim chodzi o usprawnienie ich obsługi, odciążenie pracowników i zwiększenie efektywności odbioru odpadów. Ich konstrukcja powinna także umożliwiać transport śmieci różnego rodzaju, zmieszanych i posegregowanych, zgodnie z wymogami, które ich dotyczą. Czujniki oraz sieci pokładowe systemów diagnostycznych, wykorzystywane w konserwacji predykcyjnej, wydłużają z kolei okres eksploatacji tego typu pojazdów.
Nowe technologie poza tym poprawiają bezpieczeństwo załogi i osób postronnych, które mogą znaleźć się w pobliżu śmieciarki w trakcie jej załadunku. Nowoczesna konstrukcja ma także za zadanie przekonać, że praca przy ich obsłudze nie jest aż tak nieprzyjemna, jak się może wydawać.
Zautomatyzowany załadunek śmieci
Dlatego obecnie w zasadzie standardem w takich pojazdach jest automatyzacja zadań, które wymagają bezpośredniego kontaktu z odpadkami. Śmieciarki w tym celu są wyposażane w wyrzutniki z funkcją automatycznego podnoszenia pojemnika, kiedy ten znajdzie się w ich roboczym zasięgu, opróżniania go, a następnie odstawiania zbiornika na miejsce.
Trajektoria ruchu wyrzutnika jest wyznaczana tak, aby zapobiec przypadkowym zderzeniom z przeszkodami. Poza tym jest wyposażany w system osłon, barier (stałych, nadmuchiwanych) i zabezpieczeń przed zanieczyszczeniami, na przykład kurtyn przeciwpyłowych. Częścią systemu bezpieczeństwa wyrzutników są także czujniki kolizji, zatrzymujące je, gdy w obszarze roboczym zostanie wykryta jakaś przeszkoda. Bezpieczeństwo operacji podnoszenia, opróżniania, odstawiania pojemnika na odpadki jest zapewniane przez skanowanie przestrzeni pod i dookoła niego zwykle za pomocą jednocześnie kilku sensorów, na przykład ultradźwiękowych.
Poza tym w śmieciarkach instalowanych jest również wiele innych czujników. Na przykład sensory ultradźwiękowe są wykorzystywane do rozpoznawania rozmiarów pojemników na śmieci. Pomiary są przeprowadzane, kiedy kosz na odpadki przemieszcza się w stronę śmieciarki. Na tej podstawie automatycznie dobierana jest odpowiednia konfiguracja podnośnika. W przypadku pojemników o dużej pojemności zwykle potrzebne są dwa podnośniki, sterowanie którymi trzeba skoordynować. Jeżeli natomiast trzeba podnieść jeden kosz albo dwa mniejsze, podnośnikami można sterować niezależnie.
Czujniki stosowane w śmieciarkach
W śmieciarkach sensory monitorują również poziom zapełnienia pokładowego zbiornika na śmieci. Jeżeli bowiem zostałby on napełniony powyżej bezpiecznego poziomu, przy następnym załadunku nadmiar odpadków wypadłby na zewnątrz. W związku z tym ilekroć ilość już odebranych śmieci przekracza tę dopuszczalną, na podstawie sygnału z czujnika, przeważnie ultradźwiękowego lub optycznego, automatycznie włączana jest prasa hydrauliczna zamontowana w pojeździe, która zgniatając odpadki, zmniejsza ich objętość do bezpiecznego poziomu. Jeśli ilość śmieci na to pozwala, po skutecznym zmniejszeniu zapełnienia pokładowego zbiornika śmieciarka może kontynuować odbieranie odpadów z kolejnych punktów. W przeciwnym razie wraca do bazy.
Ostatnio zmiany w przepisach dotyczących gospodarowania odpadami wymuszają montowanie w pojazdach tego typu również innych sensorów współpracujących z rejestratorami. Najważniejszą jest obowiązek dokumentowania miejsc odbierania odpadów komunalnych i ich wyładowywania. Sprawia on, że śmieciarki powinny być wyposażone w lokalizator GPS. Rejestratory gromadzące dane o miejscu, dacie i godzinie załadunku i wyładunku śmieci zestawiają informacje o lokalizacji pojazdu z odczytami z czujników na przykład monitorujących odwłok śmieciarki. Są to zazwyczaj sensory zbliżeniowe, które wykrywają uchylenie pokrywy o określony kąt. Mierzony jest czas oraz liczba jej otwarć.
Warto dodać, że podobne rozwiązania, w których dane z lokalizatorów GPS są raportowane razem z odczytami z czujników, stosowane są w przypadku także innych pojazdów służb komunalnych. Na przykład w tych wywożących nieczystości są to sensory, które monitorują pracę pomp. Z kolei w zamiatarkach instalowane są czujniki pracy szczotek, dmuchaw, pomp. Dane z rejestratorów są wykorzystywane w ich przypadku w rozliczeniach ze zleceniodawcami. Ponadto pojazdy służb komunalnych, w tym śmieciarki, są coraz częściej wyposażane w kamery wideo. Obraz przez nie rejestrowany pozwala kontrolować jakość oraz bezpieczeństwo pracy załogi pojazdu.
Autonomiczne śmieciarkiZapewnienie autonomii śmieciarek z kilku powodów nie jest zadaniem tak trudnym w realizacji, jak w przypadku "zwykłych" samochodów. Przede wszystkim z góry znana jest trasa tego typu pojazdów, podobnie jak miejsca, w których powinny się zatrzymywać, czyli lokalizacje pojemników na śmieci. Czujniki, które można zamontować w śmieciarce – na przykład lidarowe – zapewnią rozeznanie w jej otoczeniu. Poza tym podczas odbierania odpadów z sąsiadujących śmietników na przykład na jednej ulicy pojazd zwykle nie rozwija dużych prędkości pomiędzy kolejnymi przystankami. Równocześnie autonomiczne śmieciarki mają potencjał, aby znacząco odciążyć załogę – poruszanie się tak dużym pojazdem, po ciasnych ulicach, w tym wymóg jazdy tyłem, jest bowiem trudne nawet dla doświadczonych kierowców, szczególnie że często mają oni ograniczony widok, nawet jeśli pojazd jest wyposażony w tylne kamery. Poza tym, nawet jeżeli coś pójdzie nie tak, zagrożenie jest nieporównywalnie mniejsze niż w przypadku autonomicznych aut osobowych. Autonomiczne śmieciarki mogą także znacząco zwiększyć wydajność pracy – dzięki nim załogę można będzie zredukować o kierowcę, zaś osoba, która dotychczas była na przykład odpowiedzialna za opróżnianie pojemników, będzie mogła, poza tym zadaniem, wyłącznie nadzorować jazdę śmieciarki. W przypadkach, kiedy natomiast wcześniej pojazd i tak był obsługiwany tylko przez jedną osobę pełniącą podwójną funkcję, zastępując kierowcę automatem, można poprawić komfort pracy takiego pracownika. Często bowiem osoby takie uskarżają się na bóle stawów spowodowane powtarzającą się koniecznością wysiadania i wsiadania do śmieciarki, żeby ją przestawić przy opróżnianiu kolejnych śmietników. Pierwsze autonomiczne śmieciarki są już testowane – nad takimi pojazdami pracuje m.in. Volvo. 
|
Kolejne etapy recyklingu
Kolejny po zbiórce śmieci etap recyklingu to sortowanie, czyli separacja odpadków różnych typów. Jest ona wciąż konieczna, gdyż ich obowiązkowa segregacja przed wyrzuceniem ma tylko ogólny charakter. Potem odpady są poddawane wymaganej, charakterystycznej dla danego typu materiału, obróbce. Przedtem są jeszcze myte i rozdrabniane. Po przetworzeniu na surowce wtórne jest z nich produkowany nowy wyrób.
Warto zauważyć, że etapy recyklingu wzajemnie na siebie wpływają. I tak specyfika (skład, rodzaj, jednorodność, stopień czystości oraz jakość) śmieci ma wpływ na wybór konkretnych technologii sortowania i przetwarzania. Od nich z kolei zależy jakość materiału wyjściowego. To natomiast warunkuje zakres nowych zastosowań dla danego surowca wtórnego.
W rezultacie na poszczególnych etapach procesu recyklingu wykorzystywanych jest wiele specjalistycznych maszyn i rozwiązań z zakresu automatyki oraz pomiarów – już same linie sortownicze stanowią zwykle zespół kilku różnych urządzeń połączonych ze sobą systemem przenośników. Dalej przedstawiamy przykładowe z nich.
Roboty i AI w sortowaniu śmieciPomimo że dysponujemy szeregiem zautomatyzowanych rozwiązań sortujących, ludzie wciąż odgrywają dużą rolę na etapie sortowania śmieci, szczególnie jeżeli w strumieniu odpadków odróżnić trzeba konkretny typ śmieci, co wymaga nieszablonowych działań i podejmowania decyzji w locie, na podstawie tylko ogólnych zaleceń. Dlatego też dotychczas specyfika tego zadania, wymagająca pracy z nieustrukturyzowanym, nieprzewidalnym materiałem, ograniczała możliwości wykorzystania robotów na liniach recyklingu. Z drugiej strony jednak sortowanie śmieci, wykonywane ręcznie, nie należy do najpopularniejszej pracy, a ostatnio, w związku z pandemią koronawirusa, gdy pracownicy sortowni słusznie zaczęli się obawiać zarażenia w związku z kontaktem z odpadkami pochodzącymi od osób zakażonych, jeszcze straciło na popularności. Nic zatem dziwnego, że poszukiwane są rozwiązania alternatywne. To skłoniło m.in. do prac nad wdrożeniem na liniach recyklingu technik sztucznej inteligencji w połączeniu z robotami przemysłowymi. 
Na rynku dostępne są już tego rodzaju rozwiązania, stanowiące połączenie technik sztucznej inteligencji, systemów pomiarowych oraz robotów przemysłowych wyspecjalizowanych w zadaniach typu pick and place. W uproszczeniu manipulatory na tego typu stanowiskach identyfikują, a następnie klasyfikują odpadki w sposób naśladujący człowieka. W pierwszym kroku, zwykle z wykorzystaniem jednej z technik sztucznej inteligencji, uczenia maszynowego, robot na postawie analizy przykładowych obrazów "uczy się" rozpoznawać różne typy śmieci. Dzięki temu następnie, pracując już na linii sortowania, jest w stanie je rozróżniać w strumieniu odpadków w czasie zbliżonym do rzeczywistego. Co więcej, zwykle również potrafi poprawnie zidentyfikować śmieci, których nigdy wcześniej nie widział, analizując ich podobieństwo do tych zapisanych w swojej bazie danych, dodatkowo opierając się na rachunku prawdopodobieństwa. W miarę rozwoju sztucznej inteligencji z pewnością technologia ta będzie rozwijana. |
Sortowanie przez przesiewanie
Sortowanie ma na celu odseparowanie śmieci z danego rodzaju materiału od innych, które również ewentualnie nadają się do recyklingu, na przykład tworzyw sztucznych od metali, szkła i papieru, a potem pogrupowanie ich według określonego kryterium, na przykład rodzaju plastiku lub kolorów. W tym zakresie wykorzystuje się różne techniki. Zwykle na liniach sortowania korzysta się z kilku metod jednocześnie, tak aby separacja była opłacalna, wydajna oraz dokładna. Szczegóły realizacji zależą od oczekiwanej jakości materiału wejściowego i wymaganej jakości materiału wyjściowego.
Zwykle jednym z pierwszych urządzeń w obrębie linii sortowania jest przesiewacz. W nim odpady są rozdzielane ze względu na swoje rozmiary. Popularne kategorie tych urządzeń to: przesiewacze bębnowe oraz wibracyjne. Przesiewanie śmieci za ich pomocą polega na rozdzieleniu ich na kilka frakcji o różnych rozmiarach. W przesiewaczach bębnowych materiał przeznaczony do przesiania najpierw ładowany jest do kosza zasypowego, a potem przenośnikiem taśmowym transportowany jest do bębna przesiewającego. W wyniku obrotów bębna drobniejsze śmieci spadają na podajnik, który znajduje się pod bębnem, zaś większe są przenoszone dalej.
Głównym komponentem przesiewaczy drugiego typu jest wibrujące sito – jego drgania zwiększają wydajność przesiewania. Analogicznie jak w urządzeniach bębnowych, mniejsze odpadki spadają przez oczka sita, a większe pozostają na nim. Jeżeli pod sitem znajdują się następne, realizowane jest sortowanie wielopokładowe. Używając na każdym poziomie sitek różniących się średnicami oczek, można oddzielić kilka frakcji nad- i podsitowych. Te drugie to na przykład miał lub pył. Do dalszego sortowania z frakcji nadsitowej zazwyczaj przekazywane są m.in. opakowania. Zalety przesiewaczy mechanicznych to: prosta budowa, łatwa wymiana sitek, uniwersalność.
Separatory powietrzne i balistyczne
Separatory powietrzne (pneumatyczne) zaliczane są do kategorii technik, w których poszczególne frakcje odpadków są od siebie rozdzielane dzięki różnicom gęstości materiałów, z których zostały wykonane. Głównym zadaniem tego typu urządzeń jest zatem oddzielenie śmieci lekkich od tych ciężkich. W linii technologicznej sortowania są przeważnie instalowane za przesiewaczami, jako alternatywa dla czasochłonnego, a przez to nieopłacalnego (a w czasie trwania pandemii również niebezpiecznego dla personelu) sortowania ręcznego.
Separatory powietrzne są montowane na taśmociągach, którymi podawane są wstępnie przesiane odpadki. Nimi transportowane są do komory rozdzielającej. W niej wytwarzane jest podciśnienie, powodujące, że lekkie frakcje, jak folia i papier, zostają zassane, natomiast cięższe są przesyłane dalej. Wydajność pracy separatora jest regulowana poprzez zmianę wydajność wentylatora. Jest to bardzo skuteczna metoda sortowania śmieci. Jej zalety to też: łatwa obsługa, małe wymogi w zakresie serwisowania, niskie koszty operacyjne, zwykle kompaktowa konstrukcja separatora.
W separatorach balistycznych z kolei śmieci są sortowane według rozmiaru, gęstości i sztywności. Rozdzielane są na trzy frakcje. Pierwszą stanowią lekkie oraz płaskie odpadki. Przykładem są folie, plastikowe torebki, kawałki papieru, tektury czy tekstyliów. Zazwyczaj ta frakcja wymaga dalszego sortowania. Drugą frakcję stanowią ciężkie, trójwymiarowe odpady, wykonane z metali, drewna, skóry, szkła. Również trzeba je dalej posegregować. Trzecia frakcja to zanieczyszczenia sypkie, które są przesiewane. Separatory balistyczne są zbudowane z wprawianych w drgania, perforowanych płytek ze zbierakami, połączonych ze sobą i tworzących pochylone dno.
Jak działają separatory magnetyczne?
Kolejną grupą urządzeń wykorzystywanych w ramach linii sortowania odpadów są separatory metali. Oprócz tego, że umożliwiają one odzyskanie wartościowych surowców, zabezpieczają również maszyny na dalszych etapach recyklingu przed zużywaniem się albo uszkodzeniem spowodowanym obecnością metalowych kawałków.
Wyróżnia się dwa typy tych urządzań. Są to: separatory magnetyczne / elektromagnetyczne, które przyciągają ferromagnetyki, oddzielając je w ten sposób od strumienia nieposortowanych śmieci i separatory metali nieżelaznych. Pierwsze dzieli się na dwie grupy: z ręcznym czyszczeniem i samoczyszczące się. Urządzenia pierwszego typu muszą być okresowo czyszczone z cząstek metalowych gromadzących się na magnesie. Z separatorów takich korzysta się zwykle, kiedy spodziewana ilość metali do oddzielenia jest niewielka. Są one konstruowane i instalowane tak, żeby dostęp do nich nie był utrudniony. W separatorach samoczyszczących się natomiast stosowane są rozwiązania konstrukcyjne zapewniające automatyczne usuwanie gromadzących się na magnesie kawałków metali. Przykładem takich są taśmy, które okresowo je z magnesu zbierają.
Separatory metali nieżelaznych, inaczej wiroprądowe, służą do wychwytywania metali nieferromagnetycznych, takich jak aluminium czy miedź. Ich głównym komponentem jest przeważnie bęben z szybko obracającym się zestawem magnesów stałych, które wytwarzają zmienne pola magnetyczne o wysokiej częstotliwości. Te zaś wywołuje silne prądy wirowe w cząstkach metali nieżelaznych, które generują własne pola magnetyczne. Te przeciwdziałają polu zewnętrznemu, przez co metale te są odpychane.
Separatory optyczne
W separatorach optycznych rodzaj materiału jest rozpoznawany na podstawie zmiany właściwości promieniowania, które się od niego odbiło. W związku z tym typowo urządzenie takie składa się z jego źródła i odbiornika. Jego niezbędnym komponentem jest także system oddzielający dany rodzaj śmieci od pozostałych, na przykład wydmuchiwarka zasilana sprężonym powietrzem, którego strumień zdmuchuje odpadki do oddzielnych pojemników.
Do tej grupy zaliczanych jest kilka typów separatorów, które różnią się rodzajem promieniowania wykorzystywanego do rozpoznawania poszczególnych materiałów. Najpopularniejsze są detektory bliskiej podczerwieni – separatory podczerwieni są zwykle wykorzystywane do rozdziału tworzyw sztucznych ze względu na rodzaj: drewna i tekstyliów, papieru, tektury i opakowań. Często są również wykorzystywane detektory światła widzialnego. Mniej popularne są natomiast te promieniowania rentgenowskiego.
Maszyny pomocnicze
Oprócz opisanych separatorów wyposażenie linii sortowniczych obejmuje też sprzęt pomocniczy. Niezbędnym, zwykle pierwszym komponentem linii segregacji są rozrywarki worków. Zadaniem tych maszyn jest otwieranie opakowań foliowych z odpadami, ich opróżnianie i rozkładanie ich zawartości na przenośniku, którym są transportowane dalej. Ich główny element to mechanizm tnący i wysypujący zawartość worków. Najważniejsze parametry tych urządzeń to skuteczność otwierania i gwarancja nieniszczenia określonego procentu zwartości, co jest szczególnie ważne w przypadku odpadów szklanych.
Kolejnym przykładem są prasy belujące. Urządzenia te służą do sprasowywania dużych ilości odpadów do postaci silnie ściśniętych bel, których transport, a potem magazynowanie są dzięki skompresowaniu łatwiejsze.
Proces belowania jest w nich zwykle w pełni zautomatyzowany, a operator nadzoruje i programuje jego parametry za pomocą panelu sterowania, na przykład zmieniając stopień nasilenia zgniotu. W pierwszym etapie odpadki są przenośnikiem dostarczane na stanowisko, po czym są ładowane do komory prasującej. Załadunek trwa do uzyskania w niej zakładanego ciśnienia odpowiadającego zadanemu stopniowi zgniotu. Z belownicami zazwyczaj zintegrowane są owijarki. Służą one do zawijania sprasowanych odpadów w siatkę, a potem folię z tworzywa sztucznego. Osiatkowanie zachodzi przeważnie jeszcze w komorze prasującej. Dzięki temu można utrzymać kształt nadany beli, zapobiegając jednocześnie jej rozprężeniu się po otwarciu prasy. Po opuszczeniu komory bela śmieci przechodzi na stanowisko owijania. Tam, podczas gdy jest obracana dookoła własnej osi, jest zawijana w folię. Zabezpiecza to ją przed rozsypaniem się w czasie transportu i składowania. Ponadto ofoliowanie zapobiega wyciekom oraz ulatnianiu się nieprzyjemnych zapachów.
Belownice współpracują także z perforatorami butelek. Zadaniem tych urządzeń instalowanych przed komorą prasującą jest przebijanie opakowań. Dzięki temu w belownicy, w czasie zgniatania, bez problemu uchodzi z nich powietrze. Automatyzacja przebijania butelek eliminuje konieczność ręcznego odkręcania zakrętek lub ręcznego przebijania opakowań, co skraca czas przygotowywań odpadków do sprasowania.
Recykling materiałowy
Kolejnym po sortowaniu etapem recyklingu jest przetwarzanie posegregowanych odpadków do postaci umożliwiającej ich powtórne wykorzystanie. W tym zakresie, w zależności od materiału, stosowane są rozmaite techniki. Na przykład w przypadku tworzyw sztucznych popularne metody to recykling materiałowy (mechaniczny) oraz chemiczny (surowcowy).
Pierwszy z wymienionych zachodzi bez zmiany struktury chemicznej materiału. Pewnym ograniczeniem tej metody jest to, że wielokrotnie powtarzane cykle odzyskiwania pogarszają właściwości tworzywa. Efektywność tej metody zależy również od dokładności segregowania i czystości śmieci. Recykling mechaniczny to proces wieloetapowy, w którym zazwyczaj najpierw materiał jest myty, a potem rozdrabniany, mielony, topiony i ostatecznie przetwarzany do postaci granulatu. Linie granulowania, analogicznie jak ciągi technologiczne sortujące odpadki, również zatem stanowią zbiór różnych maszyn specjalistycznych.
Przykładowo na linii granulowania butelek PET na pierwszym stanowisku bele spłaszczonych opakowań po rozpakowaniu są kontrolowane pod kątem obecności zanieczyszczeń metalowych. Następnie są przesiewane. Kolejnym etapem jest zwykle ich rozdrabnianie w specjalnych młynach do tworzyw sztucznych, poprzedzone usuwaniem naklejek oraz nakrętek. Potem płatki tworzywa są ponownie czyszczone. Kolejnym komponentem w ciągu jest zwykle zagęszczarka – materiał jest w niej wstępnie podgrzewany i zagęszczany, dzięki czemu nadaje się do obróbki w kolejnym etapie, którym jest wytłaczanie. Uplastycznione tworzywo trafia następnie do granulatora, w którym jest odcinane przez zespół wirujących ostrzy. Potem granulat jest chłodzony, suszony i przesiewany w celu oddzielenia niewymiarowych granulek, poddawanych ponownemu recyklingowi.
Recykling chemiczny
Tytułowa metoda recyklingu polega na odzyskiwaniu surowców użytych do produkcji odpadków. Te mogą być następnie ponownie wykorzystane do wytworzenia nowych wyrobów. W tym celu przeprowadzane są różnego typu reakcje chemiczne, na przykład hydrolizy – w przypadku PET polega ona na rozkładzie tego tworzywa wodą, pod ciśnieniem i w wysokiej temperaturze. W wyniku reakcji hydrolizy uzyskuje się kwas tereftalowy i glikol etylenowy. Są to surowce do produkcji PET.
Reakcje te zachodzą zwykle na liniach technologicznych stanowiących ciągi zespołów reaktorów, czyli zbiorników, w których warunki są ściśle monitorowane i regulowane. Reakcje chemiczne w nich zachodzące są realizowane w ramach procesów wsadowych.
Reaktory w związku z tym stanowią nagromadzenie elementów wykonawczych oraz pomiarowych. Jedną z kluczowych wielkości, która w przypadku reakcji chemicznych przeprowadzanych w procesie odzysku surowców wtórnych wymaga monitorowania i regulacji, jest temperatura. W tym celu reaktory wyposaża się w liczne czujniki tej wielkości, natomiast do jej utrzymania na zadanym poziomie wykorzystuje się wymienniki ciepła.
Elementem wykonawczym układów regulacji reaktorów są również mieszadła i pompy. Ich zadaniem jest poprawa warunków, w jakich przebiega dany proces, na przykład poprzez przyspieszenie danej reakcji oraz zwiększenie wydajności przepływu ciepła między elementami grzejnymi a substancją w zbiorniku.
Recykling papieru i szkła
Szkło i papier to kolejne typy materiałów poddawane recyklingowi. Technologia ich odzysku jest dobrze rozwinięta, a co więcej ich specyfika sprawia, że proces ten jest wysoce efektywny. Jeżeli bowiem chodzi o szkło, to jest to materiał w 100% odzyskiwany. Co więcej, recyklingowi można ten materiał poddawać bez utraty jakości i czystości nieskończenie – jest to jego wyróżnikiem w zestawieniu z innymi materiałami opakowaniowymi, dzięki któremu uznany jest za najbardziej ekologiczny. Podobnie prawie wszystkie rodzaje papieru można odzyskać i przy odpowiedniej obróbce wykorzystać do produkcji nowego materiału.
Linie recyklingu szkła i papieru, podobnie jak tworzyw sztucznych, stanowią zespoły maszyn specjalistycznych, a procesy ich odzyskiwania wymagają pomiarów i sterowania. Przykładem urządzeń powszechnych na liniach recyklingu szkła są kruszarki. Są one wykorzystywane do rozdrobnienia wcześniej posortowanego szkła do postaci tzw. stłuczki szklanej albo jeszcze drobniejszej mączki szklanej. Pierwszy surowiec wykorzystuje się później na przykład do wytwarzania opakowań szklanych, natomiast mączka szklana jest używana m.in. jako dodatek do mleczek czyszczących.
Pomiary i sterowanie w odzysku papieru
Recykling papieru to wieloetapowy proces, którego celem jest odzyskanie włókien papierowych, jak również często innych składników papieru, takich jak wypełniacze. Jest on zoptymalizowany pod kątem rodzaju papieru poddawanego recyklingowi i jego finalnego zastosowania. Generalnie specyfika tego surowca sprawia jednak, że przeważnie najpierw wymaga on odbarwienia, tzn. usunięcia z niego farby użytej do jego zadrukowania. Stosowane są w tym celu różne techniki.
Przykładem metody odbarwiania jest technika flotacyjna. Wykorzystuje się w niej zjawisko, które występuje w mieszaninie cząsteczek charakteryzujących się hydrofilowością, tzn. łączących się z wodą i cząsteczek hydrofobowych, czyli odpychających wodę, która zostanie napowietrzona. W takim przypadku cząsteczki hydrofobowe zwiążą się z pęcherzykami powietrza i zostaną wraz z nimi wyniesione na powierzchnię. W przypadku rozmoczonego papieru włókna celulozy mają charakter hydrofilowy, zaś cząstki farby drukarskiej, na skutek dodania specjalnych środków chemicznych, zyskują właściwości hydrofobowe.
W rezultacie te ostatnie łączą się z pęcherzykami powietrza wdmuwdmuchiwanymi do zbiornika i tworząc pianę, gromadzą się na powierzchni. Stamtąd są usuwane. Odbarwianie flotacyjne jest najczęściej stosowaną metodą usuwania farby przy odbarwianiu papieru gazetowego. Jest to złożony proces, wymagający monitorowania oraz regulowania różnych wielkości, przede wszystkim dozowania chemikaliów oraz sterowania instalacją napowietrzania, mieszania i systemem usuwania piany.
Przykładowo od prawidłowego mieszania zależy skuteczność łączenia się cząstek farby drukarskiej z pęcherzykami powietrza. Z kolei jedną ze standardowo mierzonych wielkości jest poziom pH mieszaniny, ponieważ to od jego właściwiej wartości zależy skuteczność chemikaliów – w przypadku kiedy jest zbyt zasadowy, włókna celulozowe mogą ulec odbarwianiu i osłabieniu.
Podsumowanie
Automatyzacja recyklingu to temat szeroki. Ponieważ dąży się do eliminacji udziału człowieka w odzysku surowców wtórnych, jest to z pewnością sektor ważny dla dostawców automatyki. Świadczy o tym przedstawiony w artykule pobieżny przegląd rozwiązań, jakie oferują oni dla tego zastosowania. Co więcej, jest to też branża perspektywiczna. Za tą tezą przemawiają z kolei próby adaptowania najnowszych technologii, jak autonomiczne pojazdy oraz sztuczna inteligencja w połączeniu z robotami przemysłowymi, również w dziedzinie gospodarowania odpadami (patrz: ramki).
Monika Jaworowska
