Наземные предметы здравоохранения, используемые в экспериментах. В состав материалов входят перчатки, хирургические халаты, трубки и маркеры, среди прочего. Кредит: Технологический университет Чалмерса
Одноразовые медицинские предметы — все от перчаток и пакетов для крови до хирургического оборудования — стали растущей экологической проблемой во всем мире. Их использование резко возросло в последние годы, и в настоящее время не существует методов переработки таких пластиковых медицинских отходов.
Исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции теперь показали, как смешанные отходы здравоохранения могут быть переработаны безопасным и эффективным способом, используя технологию, при которой материал нагревается и преобразуется в химические строительные блоки, которые затем могут быть использованы в производстве нового пластика.
Их исследование опубликовано в Ресурсы, сохранение и переработка .
Одноразовые предметы медицинского назначения сегодня создают огромное количество отходов. В лучшем случае эти отходы сжигаются, но во многих странах они оказываются на свалках, а также могут быть выброшены в окружающую среду. Пандемия COVID способствовала лавинообразному росту использования одноразовых предметов. По оценкам, во всем мире одни только использованные маски для лица весили около 2641 метрической тонны в день в 2022 году.
В политике круговой экономики медицинские отходы часто упускаются из виду. Одноразовые предметы медицинского назначения обычно состоят из нескольких видов пластика, которые невозможно переработать с помощью современных технологий. Кроме того, предметы должны считаться загрязненными после использования, и поэтому с ними следует обращаться так, чтобы избежать риска распространения потенциальных инфекций.
Когда дело доходит до производства одноразовых медицинских изделий, также невозможно использовать переработанный пластик, поскольку требования к чистоте и качеству материалов, предназначенных для медицинского использования, слишком высоки.
Все эти проблемы можно решить с помощью нового метода, разработанного исследователями из Чалмерса. Технология называется «термохимическая переработка» и основана на процессе, называемом «паровой крекинг». Она разлагает отходы путем смешивания их с песком при температуре до 800°C. Затем молекулы пластика распадаются и преобразуются в газ, который содержит строительные блоки для нового пластика.
«Это можно сравнить с термической кувалдой, которая разбивает молекулы и одновременно уничтожает бактерии и другие микроорганизмы», — говорит Мартин Зееманн, доцент отделения энергетических технологий в Чалмерсе. «Остаются различные типы соединений углерода и углеводородов. Затем их можно отделить и использовать в нефтехимической промышленности, чтобы заменить ископаемые материалы, которые в настоящее время используются в производстве».
Огромный потенциал для экономии ценных химикатов
Чтобы протестировать технологию в реальной жизни, исследователи параллельно реализовали два разных проекта в испытательном центре Chalmers Power Central. В первом проекте несколько разных типов продукции, таких как защитные маски и пластиковые перчатки, прошли процесс. Во втором была создана смесь, которая представляет собой средний состав больничных отходов из больниц региона. Смесь содержала около 10 различных пластиковых материалов, а также целлюлозу.
Результаты в обоих проектах были неизменно положительными, что показывает огромный потенциал, который существует в этой технологии. Один из проектов возглавляла Джудит Гонсалес-Ариас, которая сейчас работает в Университете Севильи в Испании.
«Что делает эту технологию такой захватывающей, так это ее способность решать экологические проблемы, которые мы связываем с медицинскими одноразовыми изделиями. Термохимическая переработка не только решает проблему того, что медицинские отходы сегодня не перерабатываются, но и способствует извлечению ценных атомов углерода.
«Это полностью соответствует принципам экономики замкнутого цикла и обеспечивает устойчивое решение неотложной проблемы управления медицинскими отходами», — говорит Джудит Гонсалес-Ариас.
Единственный вариант для продуктов со строгими требованиями
Многие производители медицинских материалов сегодня очень заинтересованы в создании круговой модели, в которой продукты могут быть переработаны и повторно использованы снова в замкнутом цикле. Но материалы, которые должны использоваться в стерильных изделиях в здравоохранении, имеют строгие требования к чистоте и качеству, которые в принципе невозможно выполнить с помощью сортировки и механической переработки пластика. Однако это было бы возможно с помощью термохимической переработки.
«Это действительно единственный вариант для такого рода отходов стать действительно круговыми», — говорит Зееманн. «Это настолько элегантно, что как только материал был разложен на молекулярном уровне, химическая промышленность может превратить его обратно в первичный материал».
«Те же самые строгие требования к чистоте и качеству фактически применяются и к упаковке пищевых продуктов. Вот почему подавляющее большинство пластика, собранного из упаковки, сегодня сжигается или перерабатывается в предметы, для которых допускается более низкое качество.
Два проекта основаны на предыдущих исследованиях Чалмерса, которые показали, как смешанные пластиковые отходы могут быть преобразованы в сырье для новых пластиковых изделий максимально возможного качества.
Технология работает хорошо, но в игру вступают и другие факторы
Для масштабирования метода необходимо создать новые материальные потоки и функционирующие бизнес-модели в сотрудничестве между секторами здравоохранения и переработки. Законы и правила на разных уровнях также могут потребовать изменения для того, чтобы термохимическая переработка была широко внедрена в обществе.
«Определенные политические решения увеличат ценность пластиковых отходов как сырья для промышленности и увеличат шансы создания работающих циклических бизнес-моделей вокруг этого типа переработки. Например, требование улавливания углекислого газа при сжигании пластика создаст стимулы вместо этого инвестировать в более энергоэффективные альтернативные технологии, такие как наши», — говорит Зееманн.
Во многих странах есть технические предпосылки для переработки медицинских отходов и других смешанных пластиковых отходов путем парового крекинга. Однако правила и структурные условия различаются, что определяет, как субъектам в сфере управления отходами, химической промышленности и производства продукции необходимо будет работать вместе, чтобы создать работающие цепочки создания стоимости в разных частях мира.
Условия в Швеции
В Швеции наблюдается большой интерес к переработке в промышленности, но одноразовые предметы из сферы здравоохранения сами по себе не создают достаточно больших объемов отходов для функционирующей круговой бизнес-модели. Около 4000 метрических тонн такого пластика было выставлено на рынок страны в 2019 году.
«Чтобы построить завод такого размера, который необходим для прибыльной термохимической переработки, вам придется обеспечить материальный поток около 100 000 метрических тонн в год до запуска», — говорит Гонсалес-Ариас. Такие объемы отходов существуют в Швеции в целом, но дело не только в их перенаправлении с одного типа переработки на другой.
Она говорит, что поэтому необходимо новое сотрудничество между несколькими различными участниками для коммерческой термохимической переработки, где отходы здравоохранения могли бы быть частью материального потока. Процесс был бы оптимизирован, если бы завод был построен в существующем химическом кластере, например, в Стенунгсунде. Поэтому исследователи из Чалмерса сотрудничали с компанией Borealis во время разработки технологии.
В Швеции существует квота на переработку пластика, которая сегодня не достигается. Вместо этого большая часть идет на сжигание.
«Термохимическая переработка стала бы более выгодной с новыми политическими рамками, которые создают решение для переработки наших отходов, богатых пластиком», — говорит Зееманн. «Эта технология более энергоэффективна, чем некоторые другие методы переработки компонентов пластика, такие как улавливание углекислого газа во время сжигания для использования углекислого газа в качестве строительного блока для новых материалов».
Дополнительная информация: Джудит Гонсалес-Ариас и др., Газификация паром как жизнеспособное решение для преобразования одноразовых медицинских изделий в химические строительные блоки с высоким выходом для пластиковой промышленности, Ресурсы, сохранение и переработка (2023). DOI: 10.1016/j.resconrec.2023.107342 Предоставлено Технологическим университетом Чалмерса
