Ера пластику чи металу: економічність і екологічність

Ера пластику чи металу: економічність і екологічність

Чи може бути пластик більш екологічним, ніж метал і які перспективи розвитку цього напрямку в Україні
Вівторок, 30 січня 2024, 18:27
заступник міністра енергетики

Глобальні тенденції циркулярної економіки в поєднанні з декарбонізацією та діджиталізацією призвели до зміни парадигми у багатьох галузях. 

До того ж, впровадження сучасних технологій у різних галузях змінює усталене ставлення до низки матеріалів у виробництві. 

Саме тому у глобальній економіці все активніше проглядається тренд на заміну металів пластиками, причому перші найчастіше виграють як з точки зору довговічності, так і, як би неочікувано це не звучало, з точки зору екологічності.

Декарбонізація і досягнення цілей European Green Deal ставить перед економіками європейських країн низку викликів у багатьох галузях промисловості. Найчастіше напрями, на яких акцентується найбільша увага, – це енергетика та транспорт.

Реклама:

З одного боку це - справедливо, оскільки вуглецевий слід від діяльності, пов'язаної з генерацією електроенергії і тепла, за даними Міжнародного енергетичного агентства (IEA), складає понад 25% усіх викидів, що обумовлено насамперед високим відсотком використання викопного палива. 

Транспортна галузь продукує понад третину викидів парникових газів, що також значною мірою пов'язано з використанням викопного палива.

Однак високий вуглецевий слід мають і інші галузі. Наприклад, будівельна. На неї, за підрахунками IAE, припадає 36% кінцевого споживання енергії та 39% викидів вуглекислого газу, пов’язаних з енергетикою та технологічними процесами. 

Причому 11% цих викидів є результатом виробництва будівельних матеріалів, зокрема, таких як сталь, цемент і скло.

Тобто, коли ми говоримо про декарбонізацію, недостатньо обмежуватися лише енергетикою і транспортом. Зрозуміло, що зниження викидів саме по цих напрямках матиме кумулятивний ефект і для інших галузей. 

Втім, важливу роль має і впровадження "зелених" технологій в інших сферах, зокрема при виробництві матеріалів, що використовуються у будівництві, промисловості, хімічній галузі тощо.

Пластик проти металу

За підрахунками директора Інституту дослідження заліза Макса Планка в Дюссельдорфі Дірка Раабе, на видобуток і виробництво металів припадає не менше 10% усіх викидів парникових газів і близько 40% усіх промислових викидів таких газів.

Саме тому наразі все більше уваги в ЄС приділяється розвитку "зеленої" металургії – виробництва металів без використання викопного палива, або із застосуванням технології зберігання та утилізації вуглецю для зменшення викидів.

Втім, базовою проблемою залишається велика енергоємність багатьох процесів, пов'язаних із виробництвом металів. Тож в багатьох галузях спостерігається стійка тенденція із заміни металевих компонентів альтернативними. Переважно – пластиковими.

З погляду енергоємності виробництва і вуглецевого сліду вони мають суттєві переваги відносно металів: за даними ETH Zurich, станом на 2021 рік вуглецевий слід пластиків у глобальних викидах парникових газів складав 4,5%. При цьому набагато нижча собівартість виробництва, легка оброблюваність, низькі температури плавлення, висока пластичність, що дозволяє виготовляти складніші форми, хімічна стійкість, а також проста можливість модифікації - сприяють їхньому використанню практично в усіх галузях економіки.

Ключові переваги пластику добре демонструє простий приклад. Водопровідні труби. Хімічна стійкість дозволяє не боятися корозії, гнучкість і легкість – робить зручнішим монтаж і демонтаж, менші тепловтрати – дозволяють економити.

Якщо додати до цих характеристик мінімальні реакції з іншими матеріалами, відсутність реакції на електричний заряд та магнітне поле, а також можливість надавати їм різні необхідні властивості: стійкість до механічних навантажень, ультрафіолетового випромінювання тощо, стає очевидним, чому пластик поступово витісняє метали. В окремих сферах, наприклад, медицині, пластики є безальтернативним рішенням.

Все це призвело до того, що за останні 10 років виробництво пластиків у світі збільшилося більш ніж у півтора раза, або на понад 100 млн тонн на рік, і, за прогнозами Організації Об'єднаних Націй, до 2060 року щорічні обсяги виробництва пластику можуть потроїтися і сягнути 1,2 млрд тонн.

 

Динаміка виробництва пластиків. 

Джерело: Statista

Втім, яким би привабливим не було використання пластиків, на сьогодні є чітке розуміння головного недоліку – все більше поширення для короткотермінового використання (наприклад, упаковка) та довгий період розкладання з обмеженими можливостями переробки і утилізації призвела до того, що пластикові відходи накопичуються у надзвичайних масштабах, створюючи небезпеку для довкілля.

Згідно з даними ООН, у світі переробляється близько 9% пластику. Хоча, за іншими підрахунками, ця цифра сягає 15%, вона залишається вкрай низькою. Також є усвідомлення, що із збільшенням виробництва пластиків буде зростати і їхній вуглецевий слід. Адже, попри відносно низьку енергоємність виробництва, основною сировиною для синтетичних полімерів залишається викопне паливо - нафта і газ.

Тож, так само, як і в металургії, триває пошук рішень, які могли б зробити пластики "зеленими". Спільно з учасниками галузі на платформі Міненерго приділяємо увагу питанням викидів парникових газів та обрахунку вуглецевого сліду, адже вартість податку на викиди в ЄС є досить сильним фіскальним навантаженням.

Тенденції "зелених" полімерів 

Наразі всі технології біорозкладних пластиків, що виробляються і вивчаються, можна поділити на чотири групи. Перша – це полімери, виділені з біомаси, та природні полімери: крохмаль, целюлоза, білки. 

Друга – полімери, що виробляються мікроорганізмами під час своєї життєдіяльності (полігідроксиалканоати, бактеріальна целюлоза). Третя – полімери, штучно синтезовані із природних мономерів (наприклад, полілактиди). І остання група – традиційні синтетичні пластики із введеними в них біоруйнівними добавками. 

Ці технології активно розвиваються у світі, насамперед, у США та Європі. Новітні розробки з впровадженнями у виробництво з’явились і у Китаї, Японії, Південній Кореї. Коротко зупинимось на кількох конкретних прикладах розвитку цих технологій. 

Природні полімери, зокрема крохмаль, широко застосовуються для виробництва біорозкладних матеріалів побутового призначення (упаковка, плівка для мульчування в агротехніці, пакети для сміття). 

Дослідження промислових способів одержання біополімерів розпочалися наприкінці 1980-х в Італії компанією Novamont S.p.a. Сьогодні вона має в своєму розпорядженні завод продуктів на основі крохмалю потужністю 60 тис. тонн на рік. 

У Німеччині працюють фірми Biotec (20 тис. тонн на рік) та BIOP Biopolymer Technologies (3,5 тис. тонн на рік), причому остання також торгує ліцензіями на власну технологію отримання біопластиків. 

У Нідерландах базується компанія Rodenburg Biopolymers із потужностями 40 тис. тонн. Компанія Limagrain Cereales Ingredients виробляє 10 тис. тонн полімеру на основі крохмалю. У США виробником є Cereplast Inc.

Найпоширенішим біорозкладним полімером із групи, що виробляються мікроорганізмами, є полімолочна кислота (PLA). Виробництво мономеру – власне молочної кислоти – мікробіологічним способом дешевше традиційного, оскільки бактерії синтезують її з доступних цукрів у технологічно нескладному процесі. 

Сам полімер молочної кислоти (точніше суміш двох оптичних ізомерів одного і того ж складу) має досить високу термічну стабільність, а саме температуру плавлення 210-220 °С. Вироби з PLA характеризуються високою жорсткістю, прозорістю та блиском.

Хоча патент на метод промислового отримання PLA був виданий компанії DuPont ще у 1954 році, комерціалізація цього біопластику розпочалася лише у ХХІ столітті. У 2002 році в місті Блер у США фірмою Nature Work було запущено завод потужністю 140 тис. тонн виробництва PLA з глюкози кукурудзяного крохмалю. 

Сьогодні це найбільший виробник PLA у світі, його потужність уже 280 тис. тонн. У найближчі 5 - 10 років планується будівництво третього заводу, сировиною для якого стануть практично безкоштовні відходи переробки кукурудзи. Кілька заводів з виробництва PLA є в Європі, низка дрібних виробників – в Азії. 

Головні сфери застосування PLA – упаковка (сумки, тара для харчових продуктів), пляшки для молока, соків, води, але не газованих напоїв, оскільки PLA пропускає вуглекислий газ. З PLA також виготовляють іграшки, корпуси мобільних телефонів, комп'ютерні мишки та тканини. 

За прогнозами європейської асоціації промисловості біопластику European Bioplastics, до 2028 року обсяги виробництва біопластику у світі зростуть майже утричі, порівняно з 2022 роком, до 6,3 млн тонн.

 

Пластики в Україні

До початку повномасштабного вторгнення Росії обсяги виробництва первинних пластмас в Україні зростали, за підсумками 2021 року сягнули близько 24-26 млрд гривень. Однак 65-67% потреб у первинних пластмасах покривалося за рахунок імпорту.

Втім, враховуючи конкурентні переваги, а саме сировинну базу: видобуток власної нафти і газу, а також можливості для розвитку виробництва біополімерів за рахунок агросектору, активний розвиток цієї галузі вбачається не лише доцільним, а вкрай необхідним.

Адже для України вкрай важливим є перехід від використання і експорту сировини, до переробки і створення продукції з високою доданою вартістю. При цьому саме в хімічній галузі маємо необхідну базу для розвитку переробки, що дозволить створювати додаткові робочі місця, сприятиме заміщенню імпорту і впровадженню новітніх технологій відповідно до світових трендів. 

При повоєнному відновленні полімери можуть застосовуватися в багатьох сферах: від будівництва доріг і будинків до машинобудування і прокладання залізничних шляхів (технології виробництва шпал із переробленого пластику набувають популярності у низці європейських країн, їхня стійкість до руйнувань, мастил і грибків роблять їх набагато довговічнішими, ніж традиційні дерев'яні і бетонні).

Вирішивши питання збору та сортування побутових відходів, реалістичним вбачається впровадження і розвиток технології переробки пластиків, адже це – європейський тренд. 

Хоча, як вже зазначалось, загальні світові показники переробки ще доволі низькі, за даними Єврокомісії, станом на 2020 в країнах ЄС перероблялося близько 38% відходів пластику, що використовувався для пакування. Враховуючи те, що саме на пакувальну продукцію припадає 40,6% всіх пластикових відходів, – це доволі значний показник. 

Європейський тренд до збільшення числа побутових товарів з перероблених відходів для "вторинного використання" не лише сприяє ефективному очищенню довкілля, але і формує замкнуті цикли виробництва. 

Основним рушієм змін є популяризація сортування населенням побутових відходів та безпечності використання продуктів з сировини вторинної переробки. 

Тож розвиток виробництва пластиків з акцентом саме на "зелений" напрям може стати одним із драйверів повоєнного відновлення і економічного зростання. Маємо максимально використовувати свій потенціал.

Висновки

Аби бути конкурентоспроможним на глобальному ринку, важливо бути в тренді. Тому Міністерство енергетики України у співпраці з Департаментом енергетики США та іншими іноземними партнерами системно розвиває напрямок R&D - Research and Development. 

Наша візія - відновлення промисловості, видобувної та переробної галузі повинно базуватись на передових технологічних рішеннях для їх конкурентоздатності в довгостроковій перспективі, що забезпечить місце на глобальних ринках. 

Ми активно вивчаємо світові тенденцій в контексті R&D для їх імплементації при формуванні політики. 

Світова практика передових корпорацій – баланс між реалізацією трендової продукції сьогодні та інвестиції в R&D, що забезпечують конкурентні рішення в майбутньому. Наша мета - синергія "Build Back Better" з інноваційними рішеннями для створення максимальної доданої вартості виробничих процесів.

Колонка є видом матеріалу, який відображає винятково точку зору автора. Вона не претендує на об'єктивність та всебічність висвітлення теми, про яку йдеться. Точка зору редакції "Економічної правди" та "Української правди" може не збігатися з точкою зору автора. Редакція не відповідає за достовірність та тлумачення наведеної інформації і виконує винятково роль носія.
Реклама: