Wszystko co chcecie wiedzieć o plastiku, ale boicie się zapytać!

50 twarzy… plastiku

Chociaż tworzywa sztuczne (syntetyczne materiały polimerowe) zostały wprowadzone do obiegu relatywnie niedawno, szybko stały się nieodłącznym elementem naszego codziennego życia – od kubeczka po jogurcie, przez rury w łazience, aż po wyposażenie samochodów. Trudno wymienić jakiś obszar funkcjonowania człowieka, w którym nie wykorzystuje się materiałów polimerowych. Czym dokładnie jest plastik i jak wygląda proces jego rozkładu? Jakie zagrożenie niosą ze sobą tworzywa sztuczne? 

Ciągle rosnąca produkcja tworzyw sztucznych, a co za tym idzie odpadów z tych tworzyw, stanowi poważne zagrożenie dla środowiska (w domyśle również dla ludzi, w końcu my też tworzymy część środowiska). Dzieje się tak w głównej mierze dlatego, że tworzywa sztuczne nie ulegają biodegradacji, czyli szeregowi procesów chemiczno-biologicznych w wyniku których dochodzi do rozpadu łańcucha polimerowego do występujących w przyrodzie związków małocząsteczkowych. Jak szacują naukowcy proces całkowitej degradacji niektórych konwencjonalnych polimerów może trwać setki lub nawet tysiące lat. A wszystko rozbija się o okres półtrwania wiązania chemicznego w danym polimerze, który może wynosić kilka lat (wiązania w cząsteczkach PET), ale też nawet kilkadziesiąt tysięcy lat, jak w przypadku wiązań obecnych w nylonie (poliamidach), których szacowany okres półtrwania wynosi 83 000 lat. 

To, że konwencjonalne tworzywa sztuczne nie ulegają biodegradacji, nie oznacza, że nie degradują. Pod wpływem ekspozycji na światło słoneczne (fotodegradacja), działania sił mechanicznych czy reakcji z substancjami w otoczeniu (rozpad chemiczny) odpady z tworzyw sztucznych dzielą się na coraz mniejsze fragmenty, aż do osiągnięcia mikroskopijnych rozmiarów generując w ten sposób tzw. mikroplastik, czyli mikrodrobiny tworzyw sztucznych, nieprzekraczające 5 mm wielkości. Chociaż naukowcy nieustannie alarmują o niebezpieczeństwie wynikającym z obecności mikroplastiku w środowisku, według badań możliwe jest, że zasięg tego zjawiska został mocno niedoszacowany. Przeczesywanie mórz i oceanów przy użyciu siatek o oczkach 3-5 razy mniejszych w porównaniu do dotychczas używanych skutkuje zebraniem nawet 10-krotnie więcej drobin tworzyw sztucznych, w tym tzw. nanoplastiku (czyli drobin nie większych niż 1 mikrometr). Ten ostatni stanowi największy problem z punktu widzenia zanieczyszczeń, ponieważ staje się praktycznie niemożliwy do usunięcia ze środowiska.

Zanieczyszczenie (mikro)plastikiem dotarło do każdej części planety, od najwyższych szczytów Ziemi po Rów Mariański. Nie od dziś wiadomo, że zjadamy cząsteczki tworzyw sztucznych oraz że wdychamy je z powietrzem. Wiele z tych maleńkich cząstek plastiku jest też połykanych przez zwierzęta hodowlane, które mylą je z jedzeniem i w ten sposób mikroplastik dostaje się na nasze talerze. Sytuacja jest tym bardziej poważna i niepokojąca, gdyż ​​mikroplastik możemy znaleźć nawet w ludzkim łożysku… Wpływ mikroplastiku na zdrowie nie jest jeszcze do końca znany. Ale mówi się, że substancje chemiczne zawarte w tworzywach sztucznych mogą powodować długotrwałe uszkodzenia i zaburzać rozwijający się układ odpornościowy płodu.

Plastik… czy raczej plastiki?

Tworzywa sztuczne, zwyczajowo nazywane plastikami, to ogólna nazwa szerokiej gamy polimerów syntetycznych lub półsyntetycznych składających się z wielokrotnie powtórzonych cząsteczek (tzw. merów). Termin „plastik” pochodzi od greckiego słowa „plastikos„, które oznacza „nadający się do formowania” co bezpośrednio odnosi się do plastyczności materiału podczas jego wytwarzania, umożliwiającego jego odlewanie, wytłaczanie lub wciskanie w formy. W celu poprawy właściwości materiału końcowego w produkcji plastiku często stosuje się różnorodne dodatki modyfikujące takie jak np. napełniacze, plastyfikatory, stabilizatory termiczne, stabilizatory promieniowania UV, uniepalniacze, środki antystatyczne czy barwniki. Tworzywa sztuczne mogą mieć bardzo zróżnicowany charakter, ale większość z nich odznacza się wysoką trwałością oraz odpornością na wodę, chemikalia i korozję. Dodatkowo mają one wysoki stosunek wytrzymałości do wagi i zwykle są dobrymi izolatorami termicznymi i elektrycznymi.

Jak klasyfikujemy tworzywa sztuczne?

Tworzywa sztuczne należące do tzw. plastomerów, czyli polimerów wykazujących małe odkształcenia pod wpływem naprężenia, można podzielić na dwie grupy: termoplasty i duroplasty (Tab. 1). Grupy te różnicują ich właściwości fizykochemiczne, warunkujące potencjał do powtórnego wykorzystania. Grupę tworzyw termoplastycznych stanowią plastiki, które podczas ogrzewania miękną, a po schłodzeniu twardnieją i jest to zjawisko w pełni odwracalne, co oznacza, że można takie tworzywo przetwarzać. Tworzywa będące duroplastami natomiast podczas ogrzewania (tworzywa termoutwardzalne) lub po wprowadzeniu odpowiednich związków chemicznych (tworzywa chemoutwardzalne) ulegają reakcjom, z utworzeniem przestrzennej sieci wiązań między poszczególnymi cząstkami tak, że po uformowaniu nie można ich ponownie stopić i zmieniać ich kształtu.

Tabela 1. Klasyfikacja plastomerów wraz z przykładowymi zastosowaniami.

Początek polimerowych perypetii

Najstarszym tworzywem sztucznym, opracowanym w drugiej połowie XIX wieku jest celuloid – polimer otrzymywany z azotanu celulozy, plastyfikowanego kamforą. Jego wynalazcą był Amerykanin John Wesley Hyatt. Celuloid początkowo był wykorzystywany w kinematografii, gdzie służył do produkcji taśm filmowych, ale w związku z jego łatwopalnością, a także niską odpornością na działanie związków chemicznych oraz światła nie jest już szeroko stosowany. Pierwszym w pełni syntetycznym tworzywem sztucznym, wytwarzanym już na początku ubiegłego wieku był bakelit. Jego twórcą był belgijski przemysłowiec Leo Baekeland. Bakelit dzięki wysokiej łatwości formowania – poprzez odlewanie bądź prasowanie proszku – wykorzystywany był zarówno w przemyśle, jak i do produkcji przedmiotów użytku codziennego. Powstawały z niego telefony, radia, suszarki, rękojeści noży, guziki, ustniki saksofonów, a nawet biżuteria.

Plastik, plastik… wszędzie plastik!

Podczas II wojny światowej większość wprowadzonych na rynek tworzyw sztucznych (w tym m.in. nylon i plexiglas) wykorzystywana była przez wojsko, a ich produkcja w samych Stanach Zjednoczonych w tym czasie wzrosła o 300%. Jednak prawdziwy rozkwit branży tworzyw sztucznych nastąpił po zakończeniu działań wojennych, prowadząc do komercyjnego zastosowania tworzyw sztucznych w produkcji stale rozwijającego się asortymentu produktów konsumenckich.

Produkcja tworzyw sztucznych została znacznie zintensyfikowana, tak by zaspokoić zapotrzebowanie szybko rosnącej populacji świata. Od lat 50. ubiegłego wieku obserwujemy logarytmiczny wzrost ich produkcji (Ryc. 1). Szacuje się, że od tego czasu wyprodukowano ponad 8,3 miliarda ton plastiku.

Rycina 1. Globalna produkcja tworzyw sztucznych (w milionach ton). Strzałkami zaznaczono rok wynalezienia (lub opatentowania) trzech najbardziej rozpowszechnionych rodzajów tworzyw sztucznych (PE – 1933, PET – 1941, PP – 1957).

W latach 1950 – 1970 wyprodukowano relatywnie niewielką ilość plastiku, więc odpady z tworzyw sztucznych były stosunkowo łatwe do zagospodarowania. W latach 90. produkcja tworzyw sztucznych wzrosła ponad trzykrotnie (w ciągu dwóch dekad) pociągając za sobą podobny wzrost w produkcji odpadów. Natomiast na początku XXI wieku ilość odpadów z tworzyw sztucznych wzrosła szybciej w ciągu jednej dekady niż przez poprzednie 40 lat!

Odpady, odpady… wszędzie odpady!

Wraz z rosnącą produkcją tworzyw sztucznych rośnie również ilość odpadów. Nic dziwnego, skoro żyjemy w kulturze “jednorazowości”, w której produkty stworzone z materiałów o wręcz wiecznej trwałości wyrzucane są już po jednym użyciu. Spora ich część ciągle jeszcze trafia na składowiska odpadów, co może prowadzić do skażenia gleby, wód gruntowych, samozapłonu czy emisji do atmosfery szkodliwych gazów cieplarnianych. Poważnym problemem są również plastikowe odpady obecne w morzach i oceanach tworzące tzw. plamy lub wyspy śmie(r)ci.

Odpady z tworzyw sztucznych w większości przypadków można poddać recyklingowi w celu odzysku części surowca do produkcji kolejnych przedmiotów i opakowań (z wyłączeniem opakowań dla przemysłu spożywczego ze względu na przepisy bezpieczeństwa żywności). Jednak jak szacują naukowcy, zaledwie 9% wyprodukowanego do tej pory plastiku zostało poddane recyklingowi i aż 79% zalega w środowisku. 

Każdego roku w samej tylko Unii Europejskiej powstaje około 25,8 mln ton odpadów z tworzyw sztucznych z czego tylko ok. 30% trafia do recyklingu. Jednocześnie wskaźniki składowania i spalania odpadów z tworzyw sztucznych pozostają wysokie – odpowiednio 31% i 39% (Ryc. 2). W skali świata recykling obejmuje tylko ok. 14% odpadów, a aż 32% pozostaje poza systemem gospodarki odpadami (Ryc. 2).

Rycina 2. Produkcja odpadów z tworzyw sztucznych (według sektora) w UE w 2015 roku oraz los odpadów opakowaniowych w UE i na świecie.

Na szczęście wzrastająca świadomość szkodliwości odpadów zarówno dla środowiska jak i zdrowia człowieka w wielu krajach prowadzi do zaostrzenia polityki gospodarki odpadami. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/852 z dnia 30 maja 2018 r. zmieniająca dyrektywę 94/62/WE w sprawie opakowań i odpadów opakowaniowych wyznacza wyższe poziomy recyklingu do osiągnięcia dla poszczególnych materiałów (wynoszące dla opakowań z tworzyw sztucznych 50% do roku 2025 oraz 55% do roku 2030) (Tab. 2) oraz określa nowy sposób obliczania tych poziomów. Do 2030 roku zgodnie ze strategią UE na rzecz tworzyw sztucznych w gospodarce o obiegu zamkniętym wszystkie opakowania z tworzyw sztucznych wprowadzane na rynek UE powinny być przydatne do ponownego użycia lub recyklingu. To obliguje kraje członkowskie do podjęcia wielu działań prowadzących do osiągnięcia zakładanych poziomów i założeń strategii UE – może w tym pomóc zdecydowane działania na rzecz zmniejszenia ilości wytwarzanych odpadów ogółem.

Tabela 2. Opakowania w modelu gospodarki w obiegu zamkniętym. Masy wszystkich grup odpadów opakowaniowych (%), które należy poddać recyklingowi i poziomy recyklingu dla określonych grup odpadów do roku 2030.

Odpady? No nie, SUROWCE!

Składowanie i spalanie nie wpisują się w GOZ. Są to niewątpliwie najgorsze sposoby unieszkodliwiania odpadów, zarówno jeśli chodzi o środowisko (zanieczyszczenia, ogromne ilości gazów cieplarnianych, a dodatkowo w przypadku spalarni również niebezpiecznych popiołów oraz żużli), ale i nasze portfele (gigantyczny koszt budowy i utrzymania spalarni i składowisk). Jedyną sensowną alternatywą jest przetwarzanie odpadów (recykling) i włączenie ich do ponownego obiegu. Głównym założeniem recyklingu jest maksymalizacja ponownego wykorzystania materiałów odpadowych, przy jednoczesnej minimalizacji nakładów energetycznych związanych z ich przetworzeniem. Recykling może przybierać różne formy:

Recykling mechaniczny (materiałowy)

To proces oczyszczania, rozdrabniania, mielenia i topienia odpadowego materiału oraz powtórne jego granulowanie (bez chemicznej dekompozycji polimeru). Dzięki recyklingowi mechanicznemu możemy wytworzyć nowy produkt w wyniku prostej obróbki termiczno-mechanicznej. Tworzywami, które nadają się do tego typu przetworzenia są wyłącznie plastiki należące do termoplastów (patrz Tabela 1). Najchętniej pozyskiwanymi przez recyklerów odpadami do przetworzenia są te z polietylenu (HDPE, LDPE), polipropylenu (PP), politereftalanu etylenu (PET) czy polistyrenu (PS). Cały proces wymaga dokładnej selekcji przetwarzanych polimerów (np. oddzielenia butelek PET od zakrętek z HDPE) oraz stosowania odpowiednich substancji, które pozwalają na utrzymanie pożądanych właściwości. Zużyte tworzywa sztuczne selektywnie zebrane, oczyszczone i przetworzone na granulat nadają się do produkcji tekstyliów, materiałów opakowaniowych i innych produktów codziennego użytku. Warto podkreślić, że materiał powstały z recyklatu ma niższą jakość i funkcjonalność niż materiał wejściowy. Surowce zebrane do recyklingu, często mają potencjał na jeszcze jedno lub dwa życia, zanim staną się odpadami. Dla przykładu, plastikowe butelki przetwarzane na bluzy polarowe – to de facto “downcykling”, czyli wytwarzanie nowego produktu, ale o gorszych właściwościach, które powodują, że dalszy ich recykling wymaga dużej ilości energii, a z czasem staje się po prostu niemożliwy (zła jakość recyklatu). Co więcej, często, aby uzyskać materiał o pożądanych cechach uzyskany recyklat domieszkuje się tzw. “dziewiczym” plastikiem, czyli partią nowego tworzywa, co kłóci się z założeniami gospodarki o obiegu zamkniętym i walką ze zmianami klimatu.

Recykling chemiczny (surowcowy)

To rozkład plastiku na frakcje o mniejszej masie (aż do monomerów, czyli podstawowej jednostki, z której składają się polimery) lub do surowców podstawowych, tj. ciekłych węglowodorów lub gazów. W kontekście technicznym recykling chemiczny jest trudniejszy do przeprowadzenia niż recykling mechaniczny. Pozwala on jednak na wytworzenie materiału wysokiej jakości. Odpady z tworzyw sztucznych przetworzone na drodze recyklingu chemicznego mogą zostać wykorzystane do produkcji nowych materiałów (o równie dobrej jakości jak materiał wejściowy i bez żadnych ograniczeń związanych z ich dalszym przetwarzaniem). Recykling chemiczny może przebiegać na wiele sposobów, np. w środowisku ubogim w tlen (piroliza), stosując wysokie ciśnienie parcjalne wodoru (hydrokraking) lub kontrolowaną ilość tlenu (zgazowanie). Recykling chemiczny stanowi innowacyjne uzupełnienie innych procesów recyklingu i gospodarowania odpadami, niestety na ten moment nie jest szeroko stosowany. 

“Recykling energetyczny”, czyli jak ładnie nazwać proces puszczania surowców z dymem 

Na sam koniec słów kilka (ponownie) w temacie spalarni. Otóż zupełnie poważnie niektórzy próbują nazywać spalanie odpadów “recyklingiem” energetycznym (tudzież termicznym). Nie dajmy się na to nabrać! Z definicji “recykling energetyczny” to spalanie wysokoenergetycznych frakcji odpadów z wytworzeniem energii i ciepła. W zamierzeniu metoda ta jest preferowana dopiero w 3. kolejności (po recyklingu mechanicznym i chemicznym), w praktyce natomiast wiele odpadów, które mogłyby zostać przetworzone w inny sposób i wrócić do obiegu, trafia do pieca. Spalarnie niszczą surowce, które można poddawać recyklingowi. Inaczej nie miałyby zagwarantowanej wystarczającej wartości energetycznej i masy odpadów. Budowanie spalarni i spalanie odpadów wiąże się z wieloma problemami, poczynając od zanieczyszczeń powietrza i gleby (w wyniku spalania mogą powstawać trujące gazy np. dioksyny, nitrozwiązki, aldehydy, do tego dochodzą zanieczyszczenia stałe, czyli popioły i żużle), poprzez systemową pułapkę konieczności zapewnienia stałego dopływu określonej ilości odpadów, spalanie zasobów, wysokie koszty budowy i działania, a kończąc na znacznych emisjach CO2. “Recykling energetyczny” mija się z ochroną środowiska i walką z kryzysem klimatycznym! Chcesz wiedzieć więcej? Dołącz do grupy na facebooku, która pisze o projektach i działalności zakładów termicznego przekształcania odpadów oraz obala mity o spalarniach.

Podstawą recyklingu jest segregacja!

Codzienna segregacja odpadów to podstawa działań z zakresu recyklingu. Aby dany odpad miał szansę na przetworzenie najpierw musi trafić do odpowiedniego kontenera. Niestety wciąż kulejemy w tym temacie. Nie więcej niż 40% opakowań po napojach wyrzucanych w Polsce trafia do selektywnej zbiórki i późniejszego zagospodarowania. Dla porównania, w krajach takich jak Niemcy czy Litwa, gdzie opakowania po napojach są obłożone kaucją, poziom selektywnej zbiórki sięga nawet 90%! W Polsce oddać butelkę zwrotną można tylko za okazaniem paragonu i to nie we wszystkich punktach handlowych. To przekłada się na małe zaangażowanie Polaków i Polek, co z kolei ma wpływ na to, że wiele odpadów nie trafia do recyklingu i ponownego wykorzystania, a często również po prostu “wypada” z systemu zarządzania gospodarką odpadami (wystarczy wejść do lasu – zamiast wiadra grzybów można z lasu wynieść wiadro śmieci). Jak temu zaradzić? Dobrym rozwiązaniem byłoby wprowadzenie systemu kaucyjnego na jedno- i wielorazowe opakowania (na początek np. po napojach). System kaucyjny ma szansę zwiększyć liczbę produkowanych opakowań wielokrotnego użytku, przy równoczesnym zmniejszeniu liczby opakowań jednorazowych.

Czy recykling uratuje nas przed śmieciową apokalipsą?

I don’t think so…

Pomimo wielu działań podjętych w celu zwiększenia skali selektywnej zbiórki (błagam, dajcie w Polsce system kaucyjny!) i odzysku tworzyw (recykling), ciągle borykamy się z nadmiarem odpadów (i słowo “borykamy się” to w tym kontekście… hmm… eufemizm). W rzeczywistości więc ciągle większość produktów z tworzyw sztucznych w Polsce, ale i na świecie ma charakter jednorazowy, a więc recykling wcale nie oznacza rozwiązania problemu odpadów z plastiku. W tej sytuacji słusznym rozwiązaniem wydaje się być, po pierwsze ponowne wykorzystywanie rzeczy (reuse), a po drugie ograniczenie powstawania odpadów (prewencja, prewencja i jeszcze raz prewencja), poprzedzone zmniejszeniem konsumpcji, a to wymaga fundamentalnych zmian w myśleniu, zachowaniach i systemach wartości zarówno konsumentów jak i przemysłu.

Bibliografia

  1. Amaral-Zettler, L. A., Zettler, E. R. & Mincer, T. J. Ecology of the plastisphere. Nat. Rev. Microbiol. 18, 139–151 (2020).
  2. Cole, M., Lindeque, P., Halsband, C. & Galloway, T. S. Microplastics as contaminants in the marine environment: A review. Marine Pollution Bulletin 62, 2588–2597 (2011).
  3. Crespy, D., Bozonnet, M. & Meier, M. 100 Years of Bakelite, the Material of a 1000 Uses. Angewandte Chemie International Edition 47, 3322–3328 (2008).
  4. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/ z dnia 30 maja 2018 r. zmieniająca dyrektywę 94/62/WE w sprawie opakowań i odpadów opakowaniowych.
  5. European Commission. A European strategy for plastics in a circular economy. (2015).
  6. Europejska strategia na rzecz tworzyw sztucznych w gospodarce o obiegu zamkniętym. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/PL/TXT/HTML/?uri=CELEX:52018DC0028&from=SK (2018).
  7. Geyer, R., Jambeck, J. R. & Law, K. L. Production, use, and fate of all plastics ever made. Sci. Adv. 3, e1700782 (2017).
  8. Gigault, J. et al. Current opinion: What is a nanoplastic? Environmental Pollution 235, 1030–1034 (2018).
  9. Identyfikacja tworzyw | ZESPÓŁ TWORZYW SZTUCZNYCH. http://www.tworzywa.pwr.wroc.pl/pl/dydaktyka/identyfikacja-tworzyw (2021).
  10. Kaucja Wraca – Na czym polega system kaucyjny. Kaucja Wraca https://kaucyjny.pl/ 
  11. Laycock, B. et al. Lifetime prediction of biodegradable polymers. Progress in Polymer Science 71, 144–189 (2017).
  12. Lindeque, P. K. et al. Are we underestimating microplastic abundance in the marine environment? A comparison of microplastic capture with nets of different mesh-size. Environ Pollut 265, 114721 (2020).
  13. Planet Recycling: Odbiór Odpadów | odbiór odpadów Warszawa. https://www.planet-recycling.pl/ 
  14. Plastechopedia – Wortal Plastech. https://www.plastech.pl/plastechopedia/ (2021).
  15. Ragusa, A. et al. Plasticenta: First evidence of microplastics in human placenta, Environment International, 146, 106274 (2021)
  16. Reilly, J. A. Celluloid Objects: Their Chemistry and Preservation. Journal of the American Institute for Conservation 30, 145–162 (1991).
  17. Science History Institute. History and Future of Plastics. Science History Institute https://www.sciencehistory.org/the-history-and-future-of-plastics (2016).
  18. Siedlecka, E. M. Recykling tworzyw sztucznych. Wydział Chemii UG. http://pke.gdansk.pl/wp-content/uploads/2017/03/Wyk%C5%82ad-4-recykling-tworzyw-sztucznych.pdf 
  19. Stanowcze NIE dla budowania spalarni śmieci! Rzeczpospolita https://energia.rp.pl/komentarze-i-opinie/art17029131-stanowcze-nie-dla-budowania-spalarni-smieci 
  20. Stowarzyszenie Ekopsychologia. Od odpadu do produktu. https://archiwum.um.cieszyn.pl/smieci/files/Recykling_tworzyw_sztucznych.pdf 
  21. Tworzywa sztuczne wobiegu zamkniętym – analiza sytuacji w Europie. (2022).
  22. Tworzywa sztuczne. Wikipedia, wolna encyklopedia (2021).
  23. UNEP. Single-use plastics: A Roadmap for Sustainability (2018).

Autorka:

Joanna Klim

Członkini Polskiego Stowarzyszenia Zero Waste.