Recykling jest zwykle przedstawiany jako sposób na ratowanie planety spod sterty śmieci. Jednak proekologiczne aspekty tego tematu, mimo że są niezwykle istotne, to tylko wierzchołek góry lodowej. Mamy jeszcze szereg problemów związanych ze składowaniem odpadów, oraz straty ekonomiczne wynikające z samego ich powstawania. Nowa maszyna opracowana przez zespół kierowany przez dr hab. inż. Tomasza Klepkę, profesora Politechniki Lubelskiej sprawi, że problemy te odejdą w niepamięć, chociaż w nieco inny sposób, niż moglibyśmy się tego spodziewać.
Maszyna do recyklingu da nowe życie odpadom
Recykling większości z nas kojarzy się z segregowaniem śmieci: plastik i metal do żółtego pojemnika, szkło do zielonego, papier do niebieskiego… Tak wygląda recykling z perspektywy nas, konsumentów. Dlatego też maszyna do recyklingu kojarzy się nam głównie z urządzeniem, do którego wrzucamy puste butelki PET, lub inne śmieci, a na jej wyjściu otrzymujemy przetworzony produkt, lub surowiec. Jednak wynalazek opracowany na Politechnice Lubelskiej skupia się nie na recyklingu odpadów komunalnych, a tych produkowanych przez przedsiębiorstwa.
Odpady komunalne są trudne do przetworzenia i zajmuję się tym specjalistyczne przedsiębiorstwa. Każda gmina, miasto ma u siebie system segregacji odpadów i śmieci przystosowany do liczebności mieszkańców. My z uwagi na fakt, że zajmujemy się w Katedrze Technologii i Przetwórstwa Tworzyw Polimerowych nie tylko badaniami naukowymi, ale także działaniami wdrożeniowymi, jesteśmy gotowi wspomagać przedsiębiorców.
dr hab. inż. Tomasz Klepka, profesor Politechniki Lubelskiej dla Android.com.pl
W ich przypadku problem ten wygląda zupełnie inaczej. Dla producenta każda tona odpadów (np. pyłu powstałego przy cięciu dachówek) o znanym składzie i właściwościach, to zarazem tona utraconego surowca. A także tona, którą należy składować, przewieźć na wysypisko, lub oddać do recyklerów, co wiąże się z wysokimi kosztami i rozwiązaniem licznych problemów logistycznych.
O wiele łatwiej jest pracować z materiałami, których właściwości dobrze znamy. To wszystko jest kwestia postaci odpadu lub określonej frakcji, która w zakresie surowca wejściowego jest w 100% powtarzalna. W większości przypadków materiał od recyklerów przed wprowadzaniem do klasycznych procesów wtryskiwania lub wytłaczania musimy za każdym przejść ocenę jakościową — badania wejściowe. Bardzo ważne jest ustalenie, czy cechy i właściwości danego materiału są takie, jakich oczekujemy. A to dlatego, że przy produkcji masowej lub wielkoseryjnej, jakakolwiek zmiana składu powoduje, że część detali czy produktów ma wady, wtrącenia lub deformacje co wymusza wycofywanie tych produktów z systemu sprzedaży, ponieważ nie spełnia one określonych norm.
Tym samym zaproponowane przez nas rozwiązanie opisane w zgłoszeniu patentowym i prototyp maszyny sprawia, że odpady powstające na terenie zakładu produkcyjnego mogą zostać przetworzone samodzielnie w nowy produkt. Dzięki temu nie tylko rozwiązany zostanie problem z przechowywaniem, transportem, utylizacją, oraz dostarczaniem — dotychczas niepotrzebnych odpadów do recyklerów, ale także uzyska surowiec o znanym składzie i właściwościach. Przetwarzając własne odpad poprodukcyjne firmy wiedzą, z czym dokładnie mają do czynienia.
Jeżeli tworzywa pierwotne przetwarza się i uzyskuje się określone produkty o wysokiej jakości, to co się dzieje z odpadami poprodukcyjnymi przy produkcji tego typu tworzyw? Lub co się dzieje z odpadami, które mamy w zakładzie? Musimy je oddać na wysypisko śmieci i tam powstaje problem, bo wysypisko śmieci segreguje je w odpowiednie miejsce i sprzedaje do recyklerów. Tak więc innym sposobem ich zagospodarowania jest pozostawienie ich we własnym zakładzie przemysłowym. Dzięki temu możemy ponownie je przetwarzać – jest to możliwe w przypadku tworzyw termoplastycznych, a wymiernym efektem jest możliwość wytwarzania produktów na własne lub zewnętrzne potrzeby. To nie tylko umożliwia rozszerzenie swojego asortymentu, ale także pozwala na zmniejszenie kosztów utylizacji odpadów.
dr hab. inż. Tomasz Klepka, profesor Politechniki Lubelskiej dla Android.com.pl
Warto tu jednak zaznaczyć, że nowa metoda nie w każdym przypadku sprawi, że będzie można zwiększyć produkcję danego wyrobu, wykorzystując odpady powstałe z jego produkcji. Może jednak umożliwić określonemu przedsiębiorstwu rozpoczęcie produkcji innych towarów.
Z uszkodzonej, zużytej butelki, która jest odpadem, nie zrobimy nowej butelki, ale możemy dodać do tworzywa pierwotnego określoną ilość granulatu. Jednak poprzez dodanie różnych innych składników dodatkowych oraz napełniaczy, korzystnie także odpadów z własne produkcji możemy stworzyć materiał kompozytowy. Ten nie będzie już butelką, ale na przykład wspornikiem, elementem dystansowym lub konstrukcyjnym.
dr hab. inż. Tomasz Klepka, profesor Politechniki Lubelskiej dla Android.com.pl
Oczywiście nie oznacza to wcale, że maszyna ta sprawdzi się jedynie w zakładach przetwarzających tworzywa sztuczne. Tak naprawdę sprawdzi się to także w przedsiębiorstwach, które produkują dowolne inne produkty, jak na przykład dachówki, czy kostkę brukową. Otóż pył powstały przy ich produkcji może stanowić wypełniacz dla tworzyw sztucznych. Dzięki maszynie opracowanej przez naukowców z Politechniki Lubelskiej możliwe są badania oraz wykonanie serii produktów o ściśle określonych właściwościach. Tym samym wykorzystać można nawet gruz i piasek w ściśle określonej postaci.
Maszyna, którą skonstruowaliśmy w ramach naszego patentu, może mieszać różnego rodzaju odpady, w większej ilości niż było to możliwe do tej pory. Dotychczas napełniacz mógł stanowić do 15% masy wsadu. Dzięki naszemu rozwiązaniu możliwe jest wprowadzenie nawet 80% odpadu mineralnego do procesu uplastycznienia tworzywa. W tradycyjnych rozwiązaniach układów maszyn stanowi to wielki problem, ponieważ materiały takie bardzo szybko niszczą robocze części maszyn, znajdujące się w układach uplastyczniających.
dr hab. inż. Tomasz Klepka, profesor Politechniki Lubelskiej dla Android.com.pl
Jednak osiągnięcie tego nie jest możliwe tylko przez zwiększenie wytrzymałości maszyny na agresywne wypełniacze. Kluczem do sukcesu w projektowaniu tej maszyny okazało się zastosowanie innej, niż tradycyjna konfiguracji układu mieszającego.
Maszyny do uplastyczniania tworzyw są w większości przypadków konstruowane w układzie poziomym. Nasz zaprojektowaliśmy jako układ pionowy. Dzięki temu do procesu mieszania włączyliśmy grawitację. W ten sposób pewne bardzo drobne frakcje nie utrudniają nam procesu, a poprzez to homogenizacja jest bardziej efektywna.
dr hab. inż. Tomasz Klepka, profesor Politechniki Lubelskiej dla Android.com.pl
Tu samo na usta ciśnie się pytanie: po co jest napełniacz i czy znajomość jego właściwości ma jakieś znaczenie przy produkcji? Ta kwestia również została wyjaśniona:
Przede wszystkim chodzi o to, żeby nie robić w 100 procentach wyrobów z tworzywa pierwotnego, ponieważ ma ono pewne ograniczenia, w tym także jego koszt jest stosunkowo wysoki. Wypełniacze zmieniają właściwości materiału, przy czym tylko wtedy kiedy ich rodzaj i ilość jest dokładnie zaplanowana. Dobrym przykładem jest tu kreda lub talk. Jeśli dodamy je do tworzywa, to zwiększa się jego sztywność i wytrzymałość, chociaż spada elastyczność. W przypadku dodawania innych materiałów możemy liczyć na zmianę innych parametrów. Ważne jest także to, że wraz z dodatkiem wypełniacza zmniejsza się ilość tworzywa polimerowego. Tym samym dodając do mieszanki rozdrobnione, wysuszone części roślin możemy zwiększyć kruchość materiału, ale jednocześnie zmniejszamy koszty produkcji przez zmniejszenie objętości tworzywa. Wszystko zależy od tego, jaki produkt chcemy uzyskać i do jakich celów będzie on zastosowany.
dr hab. inż. Tomasz Klepka, profesor Politechniki Lubelskiej dla Android.com.pl
Maszyna do recyklingu: Komercjalizacja
To jednak nie oznacza, że produkcja materiałów na skalę przemysłową już jest możliwa za pomocą tej konkretnej maszyny. Wciąż mamy do czynienia z prototypem, którego głównym założeniem jest realizowanie celów badawczych, oraz krótkich serii przemysłowych.
Nie stworzyliśmy maszyny produkcyjnej, tylko maszynę badawczą. Dzięki niej jesteśmy w stanie z danych surowców stworzyć produkty, a nastąpienie zmierzyć je, zbadać i pokazać przedsiębiorcy w stosunkowo krótkim czasie jego wady i zalety.
dr hab. inż. Tomasz Klepka, profesor Politechniki Lubelskiej dla Android.com.pl
Z drugiej jednak strony wprowadzenie gotowego rozwiązania do zastosowań komercyjnych również nie powinno być problemem.
Z uwagi na to, że nasz pomysł oparty jest na systemach CAD-owskich, czyli mamy rysunki i całą dokumentację w wersji cyfrowej, to możemy bardzo łatwo ją przeskalować. I nie chodzi tu tylko o zwiększenie rozmiarów samej maszyny, ale także zwiększyć lub zmniejszyć jej poszczególne elementy, tak aby przystosować ją do danego rodzaju produkcji. Sama komercjalizacja polega zarówno na sprzedaży praw do tego patentu, jak i w ramach licencji niewyłącznej, albo w ramach licencji wyłącznej. Każdy z przedsiębiorców może wykonać lub zamówić tego typu maszynę u zewnętrznego wykonawcy. Jeśli chodzi o przygotowywanie prototypowych mieszanek, na przykład pomieszać dany polimer z wypełniaczami w postaci kredy, piasku, czy innych materiałów odpadowych, to każdy może zrobić to u nas.
dr hab. inż. Tomasz Klepka, profesor Politechniki Lubelskiej dla Android.com.pl
Jesteśmy w stanie przygotować technologię dla danych surowców wejściowych, wykonać pewne prototypy, pomierzyć właściwości mechaniczne jak na przykład wytrzymałość, twardość, elastyczność i określić, czy dany surowiec wejściowy może być przeznaczony do wykonania jakichkolwiek nowych produktów.
Maszyna do recyklingu: wszystko w rękach przedsiębiorców
Oczywiście wszystko zależy teraz od przedsiębiorców. To oni muszą zrobić ten ważny krok i sięgnąć po to rozwiązanie. I o ile w przypadku firm zajmujących się przetwórstwem polimerów będzie to stosunkowo łatwe, tak już firmy zajmujące się np. obróbką materiałów mineralnych mogą mieć pewne opory przed wprowadzeniem do siebie tej technologii produkcji, uznając, że ta jest spoza ich obszaru zainteresowań. Bardzo ważne będzie więc nie tylko ich przekonanie do tego rozwiązania, ale wręcz wskazanie im, że to także droga, którą sami mogą pójść.
Idea jest taka, żeby dać impuls przedsiębiorcom. Przekonanie ich, żeby nie wyrzucali odpadów na wysypiska, ani nie oddawali ich do recyklerów, a zdecydowali się na samodzielną ich przeróbkę na gotowe produkty. Tym, co może stanowić dla wielu firm pewne wyzwanie, jest to, że konieczna będzie znajomość technologii przetwórstwa polimerów. Z uwagi na to, że polimer stanowią pewnego rodzaju spoiwo, które łączyć wszystkie wprowadzane do procesu produkcji odpady. Konieczna jest także znajomość właściwości produktu końcowego. Dobrym przykładem jest kostka brukowa wykonana w tej technologii.
Musi się ona wykazywać pewnymi parametrami jeśli chodzi wytrzymałość, ścieralność, odporność na deszcz i działanie promieniowania UV. To wymusza wprowadzenie do składu pewnych dodatków, które mają uszlachetnić ten produkt i na przykład zwiększyć jego odporność np. na utratę barwy, w wyniku działanie promieni słonecznych. I chociaż my jesteśmy w stanie to zrozumieć i opisać od strony naukowej dla przedsiębiorcy, to i tak to on powinien wiedzieć, jakiego dokładnie produktu oczekuje. Największym problemem dla nas jako technologów jest to, jakie kształt, wymiary i właściwości ma mieć produkt docelowy i tu bez dopiero po rozmowie z przedsiębiorcą możemy dobrać narzędzia i je wyspecjalizować.
dr hab. inż. Tomasz Klepka, profesor Politechniki Lubelskiej dla Android.com.pl
Konferencja naukowa „Innowacje w Praktyce”
Warto także podkreślić, że ta maszyna do recyklingu jest tylko jedną z wielu, idei nad którymi pracują naukowcy z lubelskich uczelni. To i wiele innych rozwiązań innowacyjnych zostanie zaprezentowane podczas konferencji naukowej pt. Innowacje w Praktyce oraz wystawy InnoWings. Imprezy te organizowane są od 12 lat przez lubelskie środowisko naukowe na terenie Arena Lublin.
Ta i wiele innych technologii naszego autorstwa zostanie zaprezentowana podczas konferencji Innowacje w Praktyce, którą organizuję już od ponad 12 lat. Zbliżająca się edycja będzie miała miejsce w dniach 6-7 czerwca 2024 roku i odbędzie się na Arenie Lublin. Zapraszam już dziś. To jest takie miejsce do spotkań dyskusji oraz łącznia nauki i biznesu. Wiele nowych idei innowacyjnych można zobaczyć w działaniu, a nawet dotknąć, albo porozmawiać w kuluarach z naukowcami. Natomiast dla osób, które nie są w stanie pojawić się na Konferencji osobiście, w tym samym czasie dostępna będzie w systemie online Międzynarodową Wystawa Wynalazków i Technologii InnoWings 2024 Zapraszam na zgłaszanie swoich pomysłów i do aktywnego uczestnictwa. Szczegóły dotyczące poprzednich edycji wydarzenia są dostępne na stronach internetowych (które zostały wymienione w źródle tego artykułu – przyp. autora).
dr hab. inż. Tomasz Klepka, profesor Politechniki Lubelskiej dla Android.com.pl
Źródło: Innowacje w Praktyce, cine.edu.pl, InnoWings, fot: własne
Część odnośników to linki afiliacyjne lub linki do ofert naszych partnerów. Po kliknięciu możesz zapoznać się z ceną i dostępnością wybranego przez nas produktu – nie ponosisz żadnych kosztów, a jednocześnie wspierasz niezależność zespołu redakcyjnego.