Problémy s recyklací sportovních materiálů
Preference uživatelů sportovního vybavení se různě mění, a proto jsou výrobci nuceni inovovat nové sportovní výrobky a rychleji je uvádět na trh. V průběhu let to vedlo ke zkrácení životnosti sportovních výrobků a ke zvýšení míry likvidace a plýtvání. Pokroky založené na používání nových postupů a vysoce výkonných materiálů ve sportovním vybavení a sportovním oděvu neúmyslně kladly větší zátěž na životní prostředí a na společnosti, které jsou nuceny s těmito výrobky na konci života jednat. Tento přehledový článek poskytuje informace o problémech recyklace sportovního vybavení.
Mezi sportovní materiál zařazujeme sportovní oblečení, sportovní obuv a sportovní vybavení. Tento dynamický světový průmyslový sektor se v průběhu let výrazně rozrostl a neustále se snaží uspokojit rostoucí poptávku po nových a vylepšených sportovních produktech. To má za následek v průběhu let kratší životnost sportovních výrobků a zvýšení míry likvidace a odpadu.[1]
Recyklace kompozitního sportovního materiálů
Likvidace kompozitních produktů, které by byly šetrné k životnímu prostředí, je jedna z nejnáročnějších výzev, kterým čelí průmysl sportovních potřeb.[1] Recyklace a přepracovávání kompozitů je nákladnější než většina kovů používaných ve sportovním vybavení, jako je například hliník. Na rozdíl od kovů nejsou náklady na recyklaci kompozitního materiálu konkurenceschopné s náklady na používání nového materiálu. Kromě toho jsou mechanické vlastnosti přepracovaného kompozitu mnohem nižší než původní materiál a obvykle jsou příliš nízké na to, aby našly uplatnění ve vysoce výkonném sportovním vybavení vyžadující vysokou tuhost a pevnost. Z těchto důvodů je běžnou praxí likvidace většiny složených produktů na skládkách. Nejenže to představuje ekologický problém kvůli mnoha stovkám tisíc produktů, které zabírají na skládkách místo, ale polymery a vlákna jsou mimořádně trvanlivé a jejich rozklad v půdě trvá mnoho desetiletí nebo staletí.[1][2]
Kvůli problému s recyklací investovaly společnosti do různých technologií k přepracování sportovních materiálů. Přepracování může probíhat pomoci přebroušení a nebo tepelným a chemickým procesem.[3]
Broušení
Broušení je nejjednodušší a nejlevnější recyklační proces a v zásadě zahrnuje řezání, broušení nebo štípání odpadního kompozitu na vhodnou velikost, která se použije jako výplňový materiál v nových formovaných kompozitních produktech.[4] Maximální velikost částic u většiny produktů je pod několik milimetrů. Problém s použitím broušeného materiálu spočívá v tom, že kontinuální vlákna se dělí na malé fragmenty, a tím ztrácí schopnost poskytovat vysokou tuhost a pevnost.[5] Většina sportovních potřeb musí obsahovat kontinuální vlákna pro maximální mechanický výkon, čehož nelze dosáhnout použitím přebroušeného materiálu.[6]
Problémy s udržitelností při používání kompozitů jsou pro sportovní průmysl velkou výzvou vzhledem k vládním limitům znečištění a „zelenějším“ výrobkům náročným na spotřebitele.[7]
Tepelná recyklace
Tepelná recyklace má za úkol spalování kompozitu za účelem opětovného použití vláken.[4] Odpadní kompozit je rozemlet na jemný prášek a poté spalován pomocí rotační pece nebo fluidního lože.[8] Kompozit je tepelně degradován při teplotách nad 500–600 °C v nepřítomnosti kyslíku, aby se polymer rozložil na olej/vosk, uhlí a plyn.[8] Olej a vosk mají vysokou výhřevnost a mohou být spáleny, aby poskytovaly energii pro spalovací proces. Produkované plyny zahrnují vodík, [[w:cs:methan]|methan], [[w:cs:ethan]|ethan] a [[w:cs:propan]|propan], což jsou hořlavé těkavé látky, které také dodávají energii. Tento proces také vytváří značné množství skleníkových plynů.[8] Vlákna jsou obnovena pro opětovné použití; jejich mechanická pevnost je však výrazně snížena vysokou teplotou potřebnou k rozložení matrice.[8] Síla uhlíkových i skleněných vláken rychle klesá se zvyšující se teplotou nad 400 °C a typické teploty používané pro spalování kompozitů s epoxidovou matricí (500–600 °C) vedou ke ztrátě pevnosti o 80–95 %.[9] Velká redukce mechanických vlastností recyklovaných vláken znamená, že nejsou vhodné pro opětovné použití ve vysoce výkonném sportovním vybavení.[10] Poptávka po regenerovaných vláknech je malá, ale roste a ve vnějších obalech mobilních telefonů a přenosných počítačů se stále častěji používají jako výplňový materiál. Dalším problémem jsou náklady na recyklaci kompozitů spalováním při vysoké teplotě, které je často vyšší než původní cena materiálu, a neexistuje žádná finanční pobídka na tento způsob recyklace.[11] Recyklace při nízkých teplotách spalování je v současné době ve vývoji, aby se minimalizovala ztráta pevnosti vlákna; proces však není připraven pro zpracování ve velkém měřítku.[1]
Chemické zpracování
Chemické zpracování je dalším přístupem k regeneraci vláken v kompozitních materiálech.[1] Způsob zahrnuje použití silné kyseliny (např. kyseliny dusičné, kyseliny sírové) nebo zásaditého rozpouštědla (např. peroxidu vodíku) k rozpuštění polymerní matrice, ponechání vláken pro regeneraci a opětovnému použití. Procesy rozpouštění kyselinami nebo zásadami jsou pro uhlíkové vlákna méně škodlivé než tepelná recyklace, se ztrátou síly pouze 5–10%.[9] Rozpouštědla jsou však leptavá a potenciálně škodlivá pro životní prostředí, pokud během zpracování uniknou. Dalším problémem je, že chemické rozpouštění polymerní matrice je pomalé – mnohem pomalejší než pyrolýza, a proto jsou pro recyklaci v komerčním měřítku potřebná velká zařízení.[11]
Závěr
Problémy existují při jakémkoliv z výše uvedených procesů recyklace kompozitního materiálů Kompozitní průmysl však investuje do vývoje nových, ekologičtějších a nákladově efektivnějších procesů. V současné době však není komerční recyklace kompozitního sportovního materiálu šetrná k životnímu prostředí a ani ekonomicky proveditelná.
Odkazy
Reference
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 SUBIE, Aleksandar; MOURITZ, Adrian; TROYNIKOV, Olga. Sustainable design and environmental impact of materials in sports products. Sports Technology. 2009-01, roč. 2, čís. 3-4, s. 67–79. Dostupné online [cit. 2020-03-22]. ISSN 1934-6182. DOI:10.1080/19346182.2009.9648504. (anglicky)
- ↑ LEE, Shawming; JONAS, Tom; DISALVO, Gail. The beneficial energy and environmental impact of composite materials––an unexpected bonus. Sampe Journal. , čís. 27, s. 19-25.
- ↑ WILLIAMS, P.. Recycling of automotive composites––the pyrolysis process and its advantages. Materials World. 2003, s. 24-26.
- ↑ 4,0 4,1 MAYES, J.. Recycling of fibre-reinforced plastics. JEC Composites. , roč. 2005, čís. 17, s. 24-26.
- ↑ CUNLIFFE, A. M.; JONES, N.; WILLIAMS, P. T.. Pyrolysis of composite plastic waste. Environmental Technology. 2003-05, roč. 24, čís. 5, s. 653–663. Dostupné online [cit. 2020-03-22]. ISSN 0959-3330. DOI:10.1080/09593330309385599. (anglicky)
- ↑ HENSHAW, John M.; HAN, Weijian; OWENS, Alan D.. An Overview of Recycling Issues for Composite Materials. Journal of Thermoplastic Composite Materials. 1996-01, roč. 9, čís. 1, s. 4–20. Dostupné online [cit. 2020-03-22]. ISSN 0892-7057. DOI:10.1177/089270579600900102. (anglicky)
- ↑ Green composites : polymer composites and the environment. Boca Raton: CRC Press 1 online resource (xii, 308 pages) s. Dostupné online. ISBN 978-1-60119-724-5, ISBN 1-60119-724-1. OCLC 314190565
- ↑ 8,0 8,1 8,2 8,3 KENNERLEY, J.R.; KELLY, R.M.; FENWICK, N.J.. The characterisation and reuse of glass fibres recycled from scrap composites by the action of a fluidised bed process. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 1998-07, roč. 29, čís. 7, s. 839–845. Dostupné online [cit. 2020-03-22]. DOI:10.1016/S1359-835X(98)00008-6. (anglicky)
- ↑ 9,0 9,1 FEIH, S.; MANATPON, K.; MATHYS, Z.. Strength degradation of glass fibers at high temperatures. Journal of Materials Science. 2009-01, roč. 44, čís. 2, s. 392–400. Dostupné online [cit. 2020-03-22]. ISSN 0022-2461. DOI:10.1007/s10853-008-3140-x. (anglicky)
- ↑ Recycling and Disposal of Polymer-Matrix Composites. Příprava vydání Daniel B. Miracle, Steven L. Donaldson. [s.l.]: ASM International Dostupné online. ISBN 978-1-62708-195-5. DOI:10.31399/asm.hb.v21.a0003471. S. 1006–1012. (anglicky) DOI: 10.31399/asm.hb.v21.a0003471.
- ↑ 11,0 11,1 GIULVEZAN, G.; CARBERRY, W.. Composite Recycling and Disposal An Environmental R&D Issue. Boeing Envrionmental Technologies. 2003-11, roč. 8, čís. 4, s. 1-4. Dostupné online.