Son yıllarda ve özellikle son bir yıl da ülkemizde bir hayli konuşulan fakat herkesin kendine göre yorum ve değerlendirmelerde bulunduğu bir konuyu ele almak istedik. Çağımızın bir gereği ve modern hayatın vazgeçilmez bir unsuru olarak kullanmış olduğumuz plastiklerin daha verimli ve uzun ömürlü olarak kullanımı konusunda geri kazanımı ulusal boyutta önemlidir. Kısıtlı kaynaklarımız ile almış olduğumuz bu fosil kaynaklı ürünün, ekonomik ömrü sonunda mutlaka tekrar değerlendirilmesi ve ekonomik değerinin yükseltilmesi gerekmektedir.
Peki ama nasıl?.. Bir çok kesim tarafından kullanılmış olan plastikler için çöp tanımlaması kullanılmakla birlikte gerçeklikten uzak son derece yanlış bir tanımla olduğunu belirtmek isteriz. Düşünsenize, çok ciddi bir finansman yükü getiren ve % 85’e varan oranda ithal etmek zorunda olduğunuz bu malzemeye daha ilk kullanım sonrası çöp diyerek gözden çıkarmak veya bu muamelede bulunmak ne kadar mantıklıdır. O halde plastik kullanımındaki bütün mesele doğu kullanmak ve kullanım ömrü sonunda uygun süreçleri oluşturmaktan geçmektedir. Doğru kullanıldığı sürece hiçbir şey çöp değildir!
Özellikler ambalaj sektöründeki plastiklerin geri dönüştürme çalışmalarında son yıllarda oldukça büyük gelişmeler sağlandı. Geri dönüşüm maliyetlerinde oldukça ciddi dalgalanmalar olmasın rağmen özellikler PET ve PE’nin geri dönüşüm faaliyetleri büyük ölçüde devam etmektedir. Geliştirilecek olan yeni ve uygun maliyetteki teknolojiler ile ürün kalitesinin artırılması çok daha kolaylaşacaktır.
Dayanıklı tüketim mallarındaki geri dönüşüm çalışmaları ise sürekli bir gelişim göstermektedir. Otomotiv, beyaz eşya, bilgisayar, elektrik elektronik ve spor malzemeleri bu alandaki temel malzeme gruplarını oluşturuyor. Özellikle ömrünü tamamlamış ürünlerin bertaraf edilmesi mevzuatı doğrultusunda üreticiye yüklenen sorumluluk ile süreç hızlanarak devam etmektedir.
Bu makalede ömrünü tamamlamış (kullanılmış) plastiklerin geri dönüşümüyle ilgili ana adımlar kısaca gözden geçirilecektir.
Bu adımlar sırasıyla:
1. Tanımlama ve tasnif etme
2. Kırma
3. Plastik dışı malzemelerin ayrılması
4. Plastik karışımların birbirinden ayrılması
5. Ürün kalitesinin artırılması
Ayrıştırılan plastiklerin kalitesinin artırılması ve piyasada değerinin yükseltilmesi için içindeki her türlü yabancı malzemeden temizlenmesi gerekir. Çoğu plastik, yapıları gereği birbirleri ile uyumlu değildir. Gelişen uyumlaştırıcı teknolojiler ile bir takım iyileştirmeler olmakla birlikte genelde orijinal malzemeye göre daha düşük mekanik değerde ürünler elde edilmektedir.
Neden plastikleri türlerine göre birbirinden ayırmak zorundayız? Yabancı maddeler ve her türlü safsızlık malzemenin performansını düşürür ve uyumlu değildir.
Bunun için uyumlaştırıcı denen katkılar kullanılmış olsa dahi oluşan malzemedeki kalite sürekliliğini sağlamak zordur. Ayrıca bu malzeme orjinalinden farklı olduğu için tanımlamasını yapmakta zordur. Saf haldeki yapıların özelliklerini geliştirmek ve artırmak her zaman çok daha mümkündür. Bu noktada plastik malzemelerin karıştırılmadan kaynağında ayarı ayrı toplanması sağlanacak katma değer açısında çok önemlidir.
Karışık plastikleri türüne göre ayırmak için yeni yöntemler gerekmektedir. Çünkü çok fazla çeşit vardır ve dönüştürülecek ürünlerde ön etiketleme yapılmış olması bile fabrika ortamındaki sınıflandırma için kolaylaştırıcı bir unsur değildir.
Bunun için genel yaklaşımlar;
Önce plastiği tanımlamak ve bu tanımlamaya bağlı olarak mekanik bir yöntem ile ayırmaktır. Yada daha ayırıcı malzeme özelliği olan yoğunluğa bağlı bir ayırma yöntemi ile ayırmaktır. Her iki yaklaşımı da burada tek tek değerlendireceğiz.
Tanımlama ve Tasnif Etme Teknolojisi:
Bu yaklaşım, genelde bir karışımdaki bir ana plastik malzemenin belirlenmesi ve daha sonra elle veya bir otomasyon sistemi ile bu malzemenin ayrıştırılması esasına dayanır.
Sert plastik ambalaj malzemelerinde, yüksek hızdaki tanımlama ve ayırma teknolojisinde ciddi ilerlemeler kaydedildi. Bu tür ayırma yönteminde sistem hızla akan bir taşıyıcı üzerindeki plastik parçayı birkaç kez farklı taramadan geçirerek plastik parça üzerindeki etiket ve diğer plastik olmayan unsurlardan bağımsız olarak tanımlanmasını ve ayırım yapılmasını sağlıyor. Son derece hızlı ve etkin olan bu sistemde, bu işleyiş sırasında saniyede yüzlerce kez tarama ölçün yapılması anlamına gelmektedir.
Ancak ne yazık ki, ambalaj sektöründeki kullanılabilen bu hızlı ve teknolojik ayırma yöntemini çoğu dayanıklı tüketim malzemesi plastiklerinin ayrıştırılmasında kullanımı uygun değildir.
Parçaların boyutlarındaki değişiklik, algılama sitemine uzaklığı veya yakınlığı ve yüzeydeki diziliş şekilleri, uzaktan algılama siteminin verimli çalışmasını olumsuz yönde etkileyecektir.
Opaklık ve et(cidar) kalınlığının fazla olması, spektroskopik ölçümde enerji geçişini kısıtladığı için tanımlamayı zorlaştırmaktadır. Yapıdaki karbon siyahı genelde spektroskopik enerjiyi emdiği için alttaki ana plastik hakkında bilgi edilmesini zorlaştırmaktadır. Ayrıca muhtemel metalik kaplamalar analitik tanımlama yönteminin yanılmasını sebep olmaktadır.
Bütün bu faktörler, dayanıklı mamullerden gelen plastikler için yavaş tanımlama tekniklerinin kullanımının daha ekonomik olacağını gösteriyor. Parçaların çoğu zaten söküm alanlarında elle ayrıştırılmaktadır. Bu yüzdende manuel yöntem veya cihazlar bu sisteme kolayca entegre edilebilir.
Bu alanda 3 farklı tanımla ekipman sistemi kullanılmaktadır . Bunlar elde taşınabilen, portatif ve masa üstü şeklindedir. Elbette ki portatif olan bu spektrometreler plastiğin gerçek yapısını tam anlamıyla tanımlamayabilir ancak çok özel malzemelerde iş görebilirler. Tezgah üstü sistemler, pratik olarak hızlı tanımlama yapmak üzere geliştirilmiş özel laboratuvar cihazlarıdır.
Bu doğrultuda, tanımlama cihazlarından beklenen özellikler:
• Doğru tanımlamadaki hata oranı % 1 dan az olmalı
• Hangi renkte olursa olsun plastiği tanımalı
• Tanımlamayı hızlı yapabilmeli ( 5 saniyeden daha az)
• Geri dönüşüm ortamında kullanılabilecek ölçekte ve sağlam olmalı
• Bütün geri dönüşümcüler tarafından fiyat olarak ulaşılabilir olmalı
• Kullanımı kolay ve basit olmalı
Bu alanda geliştirilmiş tanımlama teknolojilerin bazıları (orijinal tanımlama ile) şöyledir:
• Mid Infrared Spectroscopy (MIR) veya Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)
• Near Infrared Spectroscopy (NIR)
• Short Wave NIR (SWNIR)
• Raman Spectroscopy
• Pyrolysis Mass Spectroscopy (Py-MS)
• Pyrolysis IR Spectroscopy (Py-IR)
• Laser-Induced Emission Spectral Analysis (LIESA)
• Infrared Thermography
• X-Ray Methods
• Triboelectric Property Measurements
Elbette ki her teknolojinin kendisine göre avantajları ve dezavantajları vardır. Tablo-1 de bu detaylar verilmiştir.
Boyut Küçültme-Kırma :
Ekonomik ömrünü tamamlamış olarak geri dönüşüm için gelen plastikler ambalaj malzemesi değil ise yapılarında metalik veya metal dışı malzemeler örneğin vida ve cıvata gibi safsızlıklar içerebilirler. Bu tür malzemelerin elle ayrılması ekonomik değildir. Bu yüzden öncelikle yapıda mu malzemelerin serbest kalmasını sağlayacak bir yöntem uygulanmalı ve daha sora da otomatik bir yöntem ile ayrılmalıdır.
Otomatik bir ayırma işleminde önce uygulanacak kırma işleminin parçaların homojen ve düzgün bir şekilde kırılmasını ve her türlü kirliliğin ayrıştırılmasını sağlayacak etkinlikte ve verimde olmalıdır. Sonuçta parça boyutunu küçültme sürecindeki temel amaçlar; büyük parçalar halinde olan parçaların daha kolay kullanımını sağlamak üzere boyutunun düşürülmesi, proseste etkili ve kolay bir şekilde ayrışmayı sağlayacak boyutta ve homojenlikte olması ve birbirleri ile uyumsuz olan yapıların birbirinden ayrılmasıdır.
Plastik ambalaj malzemeleri geri dönüşümü sürecinde klasik olarak plastik malzeme bir parçalayıcıdan geçtikten sonra granül işlemi ile süreç tamamlanmış olur. Ancak dayanıklı tüketim mallarında iş çok daha karmaşıktır çünkü;
Geleneksel kırma sitemlerinde, yüksek devirli bir kesme sitemi ve standart gözenekli elek ile homojen bir tanecik boyutu elde edilmeye çalışılmaktadır. Bu yapıda, ürün ile gelen metal parçalar sebebiyle kesme bıçakları çok çabuk körelmekte veya zarar görmektedir. Hatta bu parçaların çarpma etkisiyle bütün sistemin zarar görmesi de mümkündür. Bu amaçla daha güçlü kırma sitemi ve bu metalleri belli ölçekte ayırabilecek ekipmanlar geliştirildi ancak bu ayırma işlemi, plastik tüketim mallarından gelen bütün metalleri kapsamamaktadır. Bu ayırma işlemi için entegre edilecek metal detektörler kullanılabilir.
Malzeme Ayırma Teknolojisi:
Ana plastik malzemeyi ayrıştırma amacıyla, kırma öncesi belli ölçekte ayıklama yapılmış olsa dahi, birbirinden bağımsız çok sayıda farklı malzeme içerecektir. Yeterli ölçekte küçültme işlemi yapılabilirse bu malzemeleri ayırmak daha kolay olacaktır. Bu malzemeler çoğunluklar; demir, demir dışı metaller, kağıt, plastik film, etiket, köpük, kumaş, kablo ve kablo kılıfı, cam, ahşap ve diğer malzemelerdir. Bütün bu malzemelerin ana malzemeden ayrılması gerekmektedir.
Demirin ayrılması: Parçalanmış ve öğütülmüş malzemenin döner bir tambur üzerinde taşınması ve bir mıknatıs ile demir parçalarının tutulması esasına dayanır. Çok uzun yıllardır demirin ayrılması için kullanılan bir yöntemdir .
Demir dışı metallerin ayrılması: Metalin büyük bir kısmı doğada demir olarak bulunurken bazı sert metaller örneğin yüksek dereceli paslanmaz çelik, mıknatıs tarafından yakalanamaz. Hatta bazı yumuşak metaller örneğin pirinç, bakır, alüminyum, çinko gibi metaller plastik işleme ekipmanına zarar vereceği için ayrılması gerekir. Bu tür metallerin ayrışması için kullanılabilecek bir çok farklı yöntemler mevcuttur. Bunları ana başlıklar halinde verilecek olursa: Eddy akımı Elektrostatik yöntem Hava sınıflandırması( Air classification) Yüzdürme teknikleri (Sink-float) Mineral ayıklama-hareket ettirme Elutriastion ve yükselen akım ayırıcıları.
Plastik Karışımların Ayırılması:
Yoğunluk tekniğinde, ayrılacak olan plastiğin yoğunluğunun diğer malzemelerden daha farklı olduğu varsayımı ile hareket edilir. Malzemeler belli bir yoğunluktaki ortama veya banyoya konulduğunda yoğunluk farkına göre ayrışma gerçekleşir. Hedeflenen plastik malzemeye göre hazırlanan bu ortamda, yoğunluğu daha hafif olanlar yüzeyde kalacak daha ağır olanlar ise dibe çökecektir. Bu yöntem uzun yıllardır plastik ambalaj geri dönüşümünde kullanılan bir yöntemdir.
Dayanıklı tüketim mallarındaki sert plastikler sudan daha yoğundur. Bu nedenle tanktaki suyun yoğunluğu, eklenecek katkılar ile veya sudan daha yoğun sıvıların katılması ile artırılmalıdır. Sodyum veya kalsiyum klorür kullanılan tuz-su çözeltileri çoğu ayırma için yeterli olan yaklaşık 1.2 özgül ağırlığa ulaşabilir. Daha yüksek yoğunluklu tuz veya başka çözeltiler de mümkündür ve sıklıkla diğer endüstriler tarafından kullanılır. Bu tür ağır ortamların kullanılmasındaki ana problem, ekonomik ve çevresel kirlenme ve nihai plastikte kalan kirlenme problemidir. Plastiğin ayrımı sonrasın da yapılacak yeteli miktardaki durulama ile plastiklerdeki kirlenme belli ölçüde giderilmiş olur.
Ortam ve plastiklerdeki kirlenmelerin giderildiğini varsaysak dahi, mühendislik plastiklerinin bünyesindeki katkı, dolgu veya pigmentler sebebiyle yoğunluk aralıkları birbirine çok yakındır. Bu nedenle plastik-plastik ayırma yöntemi sadece bilinen yoğunluktaki beli birkaç farklı plastik malzeme grupları için uygulanabilmektedir.
Daldırma ve yüzdürme sitemi çok farklı konfigürasyonlarda uygulanabilir. Örneğin, malzemeyi ıslatmak ve hareketliliği sağlamak üzere pedallar içeren banyolar, akış yönü aksine hareket ederek malzemenin banyodaki kalma ve ayrışma süresini artıran sistemler ve bu arada banyo tabanında ağır malzemelerin ayrıştırılmasını ve kurutulmasını sağlayan helezonik yapılar şeklide olabilir.
Yoğunluk temelindeki ayrıştırma yönteminin bir takım olumsuz tarafları da vardır. Örneğin içinde boşluk olan bir parça belirlenen yoğunluktan farklı olacağı için istendiği şekilde ayrılmayacaktır. Bu durum yapısal köpüklerde daha büyük bir problemdir çünkü aynı ürünün yapısında farklı bölgelerden alına kesitlerde yoğunluk 1-1.2 arasında değişebilmektedir. Görüldüğü gibi, bu tür yapıların ayrılabilmesi için yoğunluk aralığının geniş ayarlanması gerekmektedir ki bu durumda da aynı yoğunluk aralığına giren bir çok yabancı malzeme birlikte ayrılmış olacaktır.
Hidrosiklonlar, yoğunluk ayrıştırmalarının etkinliğini ve ürünün saflığını arttırmak için kullanılır. Uygulanan döngüsel kuvvet ile malzemenin ıslanabilirliği ve verimi arttırabilir. Bazı plastik ambalaj geri dönüşüm sistemlerinde etkin olan hidrosiklonların dayanıklı tüketim mallarındaki plastikler için kullanımı halen bir araştırma konusundur.
Bir sonraki etkin bir o kadarda teknik ayırma yöntemi ise santrifüjdür. Buradaki uygulanan kuvvet hidrosiklonlara göre çok daha yüksektir. Ancak en büyük dezavantajı ise başlangıç yatırım maliyetidir. Belli bir malzemenin bu yöntem ile verimli bir şekilde ayrılmasını etkileyen bazı olumsuz faktörlerde vardır. Örneğin, banyoda ıslanabilirliği, gözenekler, dolgu veya boya gibi faktörlere bağlı olarak oluşan yoğunluk farkı, parçacık şekli ve büyüklüğü, yüzey pürüzlülüğü, yüzeydeki kirlilikler, malzemenin beklenenin aksine davranmasına sebep olabilir.
Yoğunluğa bağlı olmayan ayırma yöntemleri:
En yaygın olarak kullanılanlar aşağıda belirtilmiştir:
• Köpük flotasyonu (madencilik endüstrisi)
• Triboelektrik (daha önce bahsedilen elektrostatik ayırmanın bir şekli)
• Flake tanımlama ve ayırma (en çok renk ve PVC ayırmada)
Bu tekniklerden ilki aynı zamanda hava yüzdürme olarak da ifade edilmektedir, farklı plastiklerin yüzey kimyasal özelliklerinin farklılığına bağlı bir sitemdir. Bu aslında oldukça mantıklıdır çünkü plastikler kimyasal yapı olarak birbirinde farklıdır. En büyük problem plastiğin yüzeyinde yüzey özelliklerini etkileyen her türlü kaplama ve boyalardır. Kirlilik, yağ ve diğer kaplama malzemeleri ayırım sırasında birikmelere sebep olur. Bu tarz birikimler polimer yüzeyinde aktif malzeme olarak hava kabarcıkları oluşmasını ve oluşan bu kabarcıklar vasıtasıyla ayırmak istenen plastiğin akış ile birlikte ortamdan uzaklaşmasına sebep olur.
Triboelektrik separatörler ayrıca plastikler arasındaki yüzey özellikleri farklılıklarına da bağlı olduğundan, bunlar da kaplanmış ve kirli malzemelerle ilgili problemler yaşamaktadır. Ortam elektrikli bir ortam olduğu için ortamdaki nem ve yüzey ıslaklığı bu tekniğin performansını etkileyebilir.
Yıkama Sistemi :
Bu sistem plastik parça yüzeyindeki her tülü kirlilik ve atıkların uzaklaştırılması için geliştirilmiş sistemdir. Kurulum konfigrasyonuna ve besleme sistemine göre özellikleri değişkenlik gösterir. Yıkama etkinliği de bekleme süresi ile ilişkilidir. Bekleme süresindeki ana değişkenler sıcaklık, karıştırma oranı ve kimyasal etkilerdir. Bu işlem dayanıklı tüketim plastiklerinden ziyade, daha çok çeşitli yüzey atıkları içeren ambalaj arıkları için çok daha uygundur.
Entegre Geri Dönüşüm Sistemleri :
Diğer yöntemlere göre çok daha teknik ayıklama yöntemlerinin ve tekniklerinin birbirine entegre edilmiş ayırma yöntemleridir. Dayanıklı tüketim ürünlerdeki plastiklerin geri dönüşümü ile ilgili karşı karşıya kalınan en büyük zorluklardan biri, plastikleri saflaştırmak için kullanılabilecek tüm bu tekniklerin ekonomik bir şekilde sisteme nasıl entegre edileceğinin belirlenmesidir. Ancak bu şekilde verimliliğin yüksek tutulması mümkün olabilmektedir.
Rüstem POLAT
Polimer Bilimi ve Teknolojisi Danışmanı
RÜSTEM POLAT PLASTİK EĞİTİM DANIŞMANLIK MÜHENDİSLİK
