Plastikler geniş kullanım uygulamalarına sahip ucuz, dayanıklı ve kolay şekillendirilebilen malzemelerdir. Bu nedenle plastik üretim hacmi son 60 yılda önemli seviyelere ulaşmıştır. Plastiklerin kullanım alanlarının artması beraberinde bir takım çevre problemlerinin ortaya çıkmasına neden olmaktadır.
Dünyada üretilen petrol ve gaz türevli ürünlerin %4’ü geri dönüştürülemeyen plastik hammaddelerde ve %3-4’ü onların üretilemesindeki enerji ihtiyacı için harcanmaktadır.
Plastik hammaddeler daha çok tek kullanımlık ambalaj ürünlerinde veya bir yılı aşmayan kullanım ömrüne sahip ürünlerde kullanılmaktadır. Polimerler dayanıklı oldukları için kullanım ömürlerini tamamlasalar da doğada bozulmadan kalabilmekte ve çevre kirliliğine yol açmaktadırlar.
Çevre problemlerinin ortadan kaldırılması için geri dönüşüm en etkili yöntemlerden biri olacaktır ve bugünün plastik endüstrisinin en dinamik alanını oluşturmaktadır.
Geri dönüşüm imha edilmesi gereken atıkların miktarını, karbondioksit emisyonunu ve petrol kullanımını azaltır.
Bu çalışmada diğer atık azaltma stratejilerine karşı malzeme kalibrasyonunun aşağı çekilmesi veya ürünlerin yeniden kullanılması, alternatif biyobozunur malzemelerin kullanılması yakıt ve enerji geri kazanımı gibi önemli geri dönüşüm yöntemleri üzerinde duracağız.1
Plastikler, hammadde türüne ve uygulamasına göre coğrafi olarak bakıldığında farklı miktarlarda 1970’ten beri geri dönüştürülmektedir. Bazı ülkelerde ambalaj malzemelerinin geri dönüşümü son yıllarda hızlı büyüme göstermiştir.
Gelişen teknoloji ve plastik toplamaayırma sistemleri, geri dönüştürebilir plastiklerin yeniden üretilebilmesi için yeni fırsatlar yaratmaktadır.
1. Atık Yönetimine Genel Bakış
Avrupa Birliği dahilinde olan ülkelerde kentsel katı atık miktarlarının kontrol altına alınabilmesi için atıklarıntoplanması ve yakılarak enerji elde edilmesi gibi atık yönetimi konularına öncelik verilmektedir.
Günümüzde Avrupa’da kişi başına bir yılda yaklaşık 520 kg evsel katı düşmektedir. Bu rakamın 2020’de bir yılda kişi başına 680 kg’lara yükselmesi beklenmektedir.
Genel olarak atık plastikler depolama sahalarından veya çöplerden geri kazanılmaktadırlar. Plastik ambalajlarhafif, kırılgan ve esnek yapılarından dolayı diğer organik atıklarla birlikte çöpe atılmaktadırlar. Atık yönetim sistemine giren malzeme miktarı, plastik malzeme kalibrasyonlarıyla daha düşük seviyelere indirilebilmektedir.
(Örneğin: Ağır ambalaj formatlarının hafif olanlarla değiştirilmesi gibi.) Tekrar kullanılmaya uygun, onarılabilen ya da geri dönüştürülebilen ürün tasarımları yapılarak atık plastik miktarları azaltılabilmektedir.
1.1 Atık Yakımı ve Enerji Korunumu
Atık yakma, plastik atıkları için çöp sahası ihtiyacını azaltmaktadır. Fakat yanma sürecinde tehlikeli gazların atmosfere salınımı endişe uyandıran bir durum teşkil etmektedir. PVC ve halojenli katkı maddeleri atık plastiklerin içinde karışmış halde bulunmaktadır.
Bu ürünler dioksin, poliklorobifeniller ve furanlar gibi maddelerin doğaya salınımına sebep olmaktadır.
Çevre kirliliği riski oluşturduğu için plastik yakma işlemi çöp sahası ve mekanik geri dönüşüm uygulamalarından daha az yaygın olan bir uygulamadır. Japonya ve bazı Avrupa ülkeleri (Danimarka ve İsveç gibi) içinde plastik bulunan evsel katı atıkları yakmak için kapsamlı altyapılara sahip olan ülkeler arasında bulunmaktadır.
1.2 Azaltma
Ürün başına kullanılan ambalaj miktarı azaltılarak, atık miktarı da azaltılabilmektedir. Ekonomik olarak, üreticilerin çoğu verilen bir uygulama için gerekli olan malzemeyi minimuma yakın olacak şekilde kullanmaktadırlar.
(Çizelge 1) Bu prensip aynı zamanda estetik, erişilebilirlik ve pazarlama açısından aşırı ambalaj kullanımına yol açabilmektedir. Mevcut işleme ve üretim yatırımları, bazı ürünlerde aşırı paketlemeye neden olabilmektedir.
1.3 Plastik Ambalajların Yeniden Kullanımı
Birçok Avrupa ülkesinde, geri alım ve doldurma düzenleri mevcuttur. Cam şişelerin yanı sıra PET şişelerde bu sistemlere dahil olmaktadır. Yerel işletmeler için büyük ölçekli ambalaj atıklarını azaltma stratejileri yerine daha uygun bir yöntem olmaktadır.
Geri dönüştürülmüş plastiklerin elektronik donanımlardan, araç aksamlarına kadar geniş kullanım alanları mevcut olmakta ve yeniden katma değer kazanmaktadırlar. Ayrıca taşımacılık endüstrisinde konteynırların ve paletlerin tekrar kullanıma uygun malzemelerden yapıldığı görülmektedir.
Avusturalya‘da geri dönüşüm süreçlerine katılması zor olan bazı tek kullanımlık plastik poşetler yerine tekrar kullanıma uygun plastik taşıma çantalarının kullanıldığı, İrlanda’da yasalar doğrultusunda kullanılan plastik poşetlerin geri toplatıldığı, Çin ve Bangladeş örneklerinde ise hafif plastik poşetlerin kullanımının yasaklandığı gözlemlenmektedir.
1.4 Plastik Geri Dönüşümü
Geri dönüşüm terminolojisi dört kategoride toplanmaktadır: birincil geri dönüşüm (mekanik olarak yeniden işleme ile eşdeğer özelliklere sahip ürün elde etme), ikincil geri dönüşüm (mekanik olarak yeniden işleme ile alt özelliklere sahip ürün elde etme), üçüncül geri dönüşüm (kimyasal bileşenlerin geri dönüşümü),dördüncül geri dönüşüm (enerji geri kazanımı).
Birincil geri dönüşüm, genellikle kapalı döngü geri dönüşümü, ikincil geri dönüşüm aynı sistemle fakat atık toplamaya dayalı geri dönüşüm olarak nitelendirilmektedir.
Üçüncül geri dönüşüm, polimerlerin kimyasal bileşenlerinin depolimerize olmalarıyla elde edilen kimyasal ya da hammadde geri dönüşümü olarak ifade edilmektedir. Dördüncül geri dönüşüm ise atıklardan enerji geri kazanımıdır.
Biyobozunur plastikler gübre olarak kullanılabilmekte organik veya biyolojik geri dönüşüm olarak tanımlanmaktadırlar, ayrıca dördüncül geri dönüşüm için örnek teşkil etmektedirler. Kapalı döngü geri dönüşüm termoplastikler için en yüksek katma değerli geri dönüşümdür.
Ancak plastik ambalajlarda farklı polimeler ve metal, kağıt, mürekkep, yapıştırıcı gibi malzeme kullanılmakta buda geri dönüşüm sürecini zorlaşmaktadır.
Kapalı döngü geri dönüşümü polimer bileşenlerinin atık kaynağından efektif bir şekilde ayrılması ve tekrar işlenme sürecinde degredasyona karşı stabilize olmaları yönünden en pratik yöntem olmaktadır. İdeal plastik atık geri kazanım uygulamaları için kullanılan polimerlerin geniş aralıkta olmaması gerekmektedir.
Örneğin; tüm PET şişeler benzer özellikte PET malzemeden üretilirse geri dönüştürülüp poliester elyaf olarak kullanılabilmektedir fakat hava şişirme yöntemi ile üretilen YYPE şişeler bu durumlar için uygun olmamaktadır.
Sonuç olarak tüketim sonrası atık plastikler içinde PET şişeler ve bazı ülkelerde bulunan YYPE süt şişeleri etkin bir şekilde mekanik olarak geri dönüştürülebilmektedir.
2. Plastik Geri Dönüşüm Sistemleri
Plastik materyaller çeşitli şekillerde geri dönüştürülmektedir. Geri dönüşümün kolaylığı polimerin türüne, ambalaj tasarımına ve ürün şekline göre değişiklik göstermektedir. Örneğin, tek tür polimerden oluşan plastik kapların, çok katmanlı ve çok bileşenli paketlere göre geri dönüşümleri daha ekonomik ve basittir.
PET, PE ve PP dahil olmak üzere tüm termoplastikler mekanik geri dönüşüm potansiyeli yüksek olan malzemelerdir. Örneğin, doymamış polyester veya epoksi reçineleri mekanik olarak geri dönüştürülemezler ancak boyutları küçültürülerek ya da toz haline getirilerek dolgu malzemesi olarak kullanılabilmektedirler. Bu termoset plastikler kalıcı olarak çapraz bağ içermeleri nedeniyle yeniden eritilip şekillendirilemezler.
Çapraz bağlı kauçukların geri dönüşümü araba lastiklerinin kırıntı haline getirilip diğer ürünlerin içine karıştırılma esasına dayanmaktadır. Atık araba lastiği seviyelerinin artacağı tahmin edildiği için Avrupa’da atık lastiklerin çöp sahalarında biriktirilmesi yasaklanmıştır.
Plastik atıkların geri dönüşümündeki en büyük zorluk farklı tip plastiklerin birbirleriyle uyumlu olmamasından kaynaklanmaktadır.
İçeriklerin moleküler seviyede karışamamaları ve plastiklerin farklı işleme koşulları uyumsuzluğun ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Örneğin, PET atığın içinde az miktarda bulunan PVC geri dönüşüm esnasında PET’in bozunmasına neden olmaktadır.
PET daha yüksek sıcaklıklarda eritilip geri dönüştürüldüğü için bu sıcaklıklarda PVC’den yayılan hidroklorik asit gazı bozunmaya neden olmaktadır. PVC atıkların içinde bulunan PET ise geri dönüşüm sırasında katı topaklar halinde kalmakta ve geri dönüştürülen malzemenin değerini azaltmaktadır.
Bu yüzden teknik olarak geri kazanılmış plastiğe işlenmemiş polimere karışması bazı kalite özelliklerini (renk, berraklık veya mekanik) azaltması yönünden uygun olmamaktadır. Buna karşılık çok katmanlı/bileşenli polimerlerde geri dönüşüm esnasında farklı işleme özelliklerinden dolayı kontaminasyonlar meydana gelebilmektedir.
Atık plastiklerin geri dönüşümü; toplama ayıklama, temizleme, boyut küçültme ve ayrıştırma uyumsuz polimerlerin uyumlaştırılması gibi temel basamaklardan oluşmaktadır.
2.1 Toplama
Plastik atıklarda toplama işlemi kullanım sonrası plastiklerin şahıslar tarafından iadesi yoluyla ya da kaynağında ayrı toplama esasına dayalı olarak yapılmaktadır.
Geri iade toplum bilincinin yetersiz olması ve depozito uygulamalarına gerekli yaptırımların yapılmaması yüzünden istenilen seviyelere ulaşılamamıştır. Bu yüzden son dönemlerde geri dönüştürülebilir plastiklerin kaynağında ayrı toplanma uygulamalarına önem verilmektedir.
Bu programların ekonomik açıdan daha yararlı olabilmesi için geri dönüştürülebilen malzemelerin (kağıt/karton, cam, alüminyum, çelik ve plastik) ayrıştırılması gerekmektedir (Şekil 2).
Kaynağında ayrı toplama uygulamalarıyla üretilen plastik şişelerin %30-40’ının geri dönüştürülmesi sağlanmaktadır. Bu sebepler dikkate alındığında günlük atılan çöpler ayrıştırıldığı taktirde daha yüksek katma değerli geri dönüşüm oranlarına ulaşılabilmektedir.
Plastikler birbirinden farklı ısıl özelliklere sahip olduklarından ayrıştırılıp ayrı ayrı geri dönüştürülmeleri gerekmektedir. Dünya çapında kabul görmüş geri dönüşüm kodları ile plastiklerin birbirinden ayrı toplanması gerekmektedir.
Çizelge 6’da yaygın olarak kullanılan plastiklerin geri dönüşüm kodları, geri dönüşüm miktarları ve uygualama alanları verilmiştir.
2.2 Ayıklama
Karışmış halde bulunan geri dönüştürülebilir malzemelerin ayrıştırılması elle veya otomatik sistemlerle yapılmaktadır (Şekil 3).
Otomatik yapılan ön ayrıştırma işlemi ile plastik atığın cam, metal ve kağıt atıklarından ayrıştırılması için kullanılmaktadır.
Genel olarak temiz PET ve renklendirilmemiş YYPE şişelerinin tespit edilip çöpten ayrıştırılması için uygun bir yöntemdir. Kapların otomatik ayrıştırılması geri dönüşüm firmaları tarafından yaygın olarak kullanılmaktadır.
Bu sistemler genel olarak; polimer türünün tespit edilmesi için yakın bölge kızılötesi (Fourier-transform Near-infrared) spektroskopisinin kullanılması ve renkli malzemelerin ayrıştırılabilmesi için optik renk tanımlayıcı kamera sistemlerinden oluşmaktadır (Şekil 4).
FT-IR yöntemiyle birçok ticari plastik (PET, PP, PS, ABS, PE, PPS, PET, PC, PMP, PBT, PA,PETG, Nylon ve PMMA gibi) çok kısa sürede ve düşük bir maliyet ile ayrıştırılabilmektedir.
Optik ayrıştırıcılar şeffaf, açık mavi, koyu mavi, yeşil ve diğer renkli PET şişelerin birbirinden ayrıştırılması için kullanılmaktadır (Şekil 5). Ayrıştırma performansının maksimize etmek için çoklu dedektör içeren sistemler tercih edilmektedir.
Diğer bir ayrıştırma teknolojisi ise X-ray dedektörü içeren sistemlerdir. Bu sistemler PVC kapların ayrıştırılması için kullanılmaktadır. Bu kaplar ağırlıkça %59 oranında klor ihtiva ettikleri için kolayca tanımlanabilmektedir.
Geri dönüşüm fabrikaları tüketim sonrası esnek ambalaj malzemelerinin diğer atıklardan ayrıştırılabilmesi için yeterli ekipman bulunmadığından aktif olarak toplamamaktadırlar.
Birçok plastik geri dönüşüm fabrikası poşet ya da film ambalaj gibi esnek malzemelerin ayrıştırılmasında döner elek ve öz kütle bazlı hava ayrıştırma sistemlerini kullanmaktadır. Bu alanda balistik ayırma, gelişmiş hidrosiklonlar ve havayla sınıflandırma gibi farklı teknolojilerde esnek ambalajların ayrıştırılması için kullanılmaktadır.
2.3 Boyut Küçültme ve Yıkama
Sert plastikler genel olarak pul haline getirilip yiyecek artığı ve yapıştırıcı gibi malzemelerden arındırılmak için temizlenmektedir. Yeni nesil yıkama teknolojileri sayesinde bir ton malzeme 2-3 m3 suyla yıkanabilmektedir.
Bazı yenilikçi teknolojilerde ise organik malzemelerden ve kirli yüzeylerden arındırılması için yüzeylere sürtünme kuvvetiyle kuru temizleme işlemi yapılmaktadır.
2.4 İleri Ayırma Metodları
Boyut küçültme sonrası farklı ayırma teknikleri uygulanabilmektedir. Yoğunluğa bağlı ıslak metod ve yüzey özelliklerine bağlı ayırma metodları plastiklerin ayrıştırılması için kullanılan temel yöntemlerdir.
2.4.1 Yoğunluğa Bağlı Islak Metot
Bu yöntem polimer karışımlarını yoğunluklarına bağlı olarak ayırmakta çokça kullanılan bir tekniktir. Plastikler 1 g/cm3 ile 1.5 g/cm3 arasında geniş yoğunluk oranına sahiptirler.
Yoğunluk farkına bağlı ayırmada genel işleyiş; yoğunluk farkı yeterliyse daha az yoğun malzeme yüzmekte yoğun olan ise batmaktadır. Yoğunluk farkına bağlı ayırma yüzme batma, hidrosiklon ve santrifüj yöntemi olmak üzere 3 farklı şekilde yapılmaktadır.
Yüzme Batma Yöntemi
Basit yoğunluk farklarını ayırmak için kullanılır. Büyük bir yüzme batma tankı ve su kullanılır. Örneğin; yoğunluğu 1 g/cm3 olan HDPE şişesi ile yoğunluğu 1.34 g/cm3 olan PET şişeleri bu yöntemle ayrılabilir (Şekil 6).
Hidrosiklon Yöntemi
Bu yöntem plastik karışımları ayırmak için ekonomik ve etkili bir şeçenektir. Burada da yoğunluk farkından yararlanılır.Parçaların şekli hidrosiklon ile ayırma yönteminde oldukça önemlidir. Ayırma sıvısı olarak yalnızca su kullanılırsa kurulma maliyetini geçer.
Suyun hızı önemlidir. Hız ne kadar fazlaysa ayrım da o kadar verimli olur. Hidrosiklonların iki çıkışı bir adet de girişi vardır. Üst kısmındaki çıkış ince malzeme çıkış borusu (vortex) alt kısmındaki çıkış ise iri malzeme çıkış borusudur (apex) (Şekil 7).
Santifirüj Yöntemi
Bu yöntem en karmaşık yoğunlukları ayıran bir tekniktir ve yüksek verimlidir (Şekil 8). Fakat bu yöntemin dezavantajı ekipmanlarının ve ayırmanın maliyetinin fazla olmasıdır. Bununla birlikte sadece küçük parçaları tercih edilmektedir.
Santifirüj yöntemi için parçanın şekli önemli değildir ve sert plastikleri ayırmak için kullanılabilmektedir.
2.4.2 Yüzey Özelliklerine Bağlı Islak Ayırma Yöntemi Köpüklü Yüzdürme
Etkili ve verimli bir ayırma yöntemidir. Köpükle yüzdürme yöntemi yoğunluk farkları az olan ama yüzey özellikleri (hidrofilik- hidrofobik) farklı olan iki plastiğin ayrılmasında kullanılır (Şekil 9). Bu yöntemin adımları şunlardır:
1. Öncelikle polimer uygun boyuttaki öğütücüye konulur.
2. Daha sonra, karıştırma tankında polimer, su ve bazı kimyasallar bulamaç haline getirilir.
3. Son olarak yüzdürme makinesine hava veya gaz ekleyerek yüzdürme olayı yürütülür. Suyu sevmeyen parçalar hava kabarcıklarına yapışır suyu seven parçalar ise hücrede kalır ve hücreyle beraber boşalır.
Örneğin PET (1.33-1.37 g/cm3) ile PVC (1.33-1.37 g/cm3) polimerlerinin yoğunluk değerleri birbirine çok yakındır. Su temas açılarıda her iki polimerin yaklaşık 20-85 derece olmasından dolayı bu iki polimerlerin hidrofobik özellikleri de birbirine yakındır.
Aşırı bazik sodyum hidroksit çözeltisi PET yüzeyinin hidrofobik özelliklerini değiştirirken PVC’ninkini çok da etkilememektedir. Böylelikle bu iki polimerin ayrıştırılması mümkündür.2
Kuru Ayırma Metodu
Elektrostatik yüklenme farkını kullanarak plastikleri ayıran yöntemdir. Bu yöntem birbirine benzemeyen plastiklerin triboelektriklenmesine bağlıdır (Şekil 10).
Örneğin iki farklı polimerin pürüzlerini gidermek için aynı anda zımparalanmasıyla oluşan elektriklenme farkıyla elektrik alan sayesinde birbirinden ayrılabilmektedir. Çoğu plastikler ayrılırken bu yöntem kullanılır.
2.4.3 Geri Dönüşümündeki Gelişmeler
Son on yıl içerisinde geri dönüşüm alanındaki yenilikler ayrıştırma dedektörlerine yatırım olarak artmaktadır. Özel tanımlama ve karar verme yazılımları üretilerek daha doğru ve verimli ayrıştırmalar yapılabilmektedir. Örneğin FT-NIR dedektörleri 8.000 saate kadar minimum hatayla çalışmaktadırlar.
Gelişen bir diğer uygulama alanı ise geri dönüştürülmüş polimerlerin kapalı sistemlerde orjinal polimer yerine kullanılmasıdır. Örnek olarak İngiltere’de 2005’ten bu yana %50 ile %70 arasında geri dönüştürülmüş PET (rPET) A/B/A levha şekline getirilip gıda ambalaj malzemelerinde kullanılmaktadır.
(A) tabakası yiyeceklerle temas ettiği için orijinal hammaddeden, (B) tabakası ise yiyecekle temas etmediği için levhanın orta kısmında kullanılabilmektedir.
Geri dönüştürülmüş PET’ler süper temiz olarak nitelendirildikleri için gıda alanında yaygın kullanım alanına sahiptirler. rPET orjinal PET’e göre daha az saydamdır, orjinal PET’le %30-50 oranlarında karıştırılarak kullanılmaktadırlar.
Avrupa’nın önde gelen ülkerinden Almanya, Avusturya, Norveç, İtalya ve İspanya gibi ülkeler atık plastik şişelerinin yanında saksı ve bidon gibi plastik malzemeleri toplayıp film ve balya haline getirerek geri dönüşüm işlemlerini gerçekleştirmektedir.
Aralarında sadece şişelerin olmadığı bu atıklar gelişen teknolojiyle sınıflandırılarak ve ardından yıkama işlemleriyle geri kazanımları mümkün olmaktadır.
Özet olarak geri dönüşüm, ömrünü tamamlamış plastik atıkların yönetilmesi için önemli bir stratejidir. Plastik atıkların çevreye olan zararını önlemek ve ekonomiye katkıda bulunmaları açısından oldukça önemlidir.
Geri dönüşüm yöntemleri günümüzde uygulanmaya devam etmektedir fakat teknolojik, ekonomik ve sosyal sebeplerden dolayı plastik atıkların toplanmasında sıkıntılar da devam etmektedir.
Tüketim sonrası plastik ambalajların daha geniş ölçekte geri dönüştürülmeleri için diğer plastik atıklardan ve evsel organik atıklardan ayrıştırılmaları gerekmektedir.
Geri dönüşüm oranlarının artırılması ve orijinal plastik yerine geri dönüştürülmüş plastik kullanılması için polimer üreticilerinin bu konuya yönelik daha çok çalışma yapmaları gerekmektedir.
Doç. Dr. M. Atilla Taşdelen – Yalova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Polimer Mühendisliği Bölümü
Serhat Oran – Doktora Öğrencisi Yalova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Polimer Mühendisliği Bölümü
Kaynaklar
*“J. Hopewell, R. Dvorak and E. Kosior, Plastics recycling: challenges and opportunities,Philosophical Transactions of the Royal
Society B (2009) 364, 2115–2126”
1S. Oran, M. Babacan, Plastik geri dönüşümünde son teknolojiler, Yalova Üniversitesi,Polimer Mühendisliği Bitirme Tezi 2014.
2J. Drelich,T. Payne, J. H. Kim, and J. D. Miller, Selective Froth Flotation of PVC From PVC/PET Mixtures for the Plastics
Recycling Industry, Polymer Engineering and Science, 1998, Vol. 38, No. 9
