Recyklace pryže není na rozdíl od mnoha různých druhů plastů vůbec jednoduchou záležitostí. Nelze ji totiž jen tak jednoduše roztavit a hmotu znovu zpracovávat. Přesto lze i staré pneumatiky využít a odpad přeměnit v cennou surovinu. Drcením, mletím a užitím určitých technologických postupů lze získat aktivní gumový prach, který je následně možné využít jako součást nových kaučukových směsí či například přimíchávat do asfaltu a vyrábět tak gumoasfalt.
Základní složkou pryže je buď přírodní, nebo syntetický kaučuk, dále směs obsahuje saze nebo siliku, změkčovadla, oxid zinečnatý či antioxidanty. Různých složek ale může být v pryži i dvacet. Aby však měla taková směs potřebné užitné vlastnosti, musí projít takzvanou vulkanizací. Jde o proces, při němž se řetězce kaučuku spojí příčnými (nejčastěji sirnými) vazbami do prostorové sítě. A právě tento moment také může za to, že pryž nelze jednoduše recyklovat. Zatím totiž neexistuje jednoduchý a spolehlivý způsob, jak tyto příčné vazby rozbít bez současné destrukce kaučukových řetězců. Znamená to, že zkrátka nelze udělat reverzní proces a pryž „odvulkanizovat“.
SLOŽITOSTI A ZÁHADY VULKANIZACE
„Vulkanizace je sice metoda stará přibližně 180 let, ale ani za takto dlouhou dobu se ještě vědcům nepodařilo plně objasnit její mechanismus. Jinak řečeno, víme, že to funguje, ale nevíme přesně, jak to funguje,“ vysvětluje Zdeněk Hrdlička, který působí na Ústavu polymerů VŠCHT Praha a dodává, že reakcí, které v průběhu vulkanizace probíhají, je celá řada a vzhledem k vlastnostem pryže není možné použít některé experimentální analýzy zavedené v analytické chemii. Ty totiž vyžadují rozpustný vzorek, jenomže pryž se rozpustit nedá. V některých rozpouštědlech sice nabobtná, může se dokonce i rozpadnout na několik kusů, ale nerozpustí se do homogenního roztoku. „A tím, že není přesně popsaný proces vulkanizace, je obtížné pracovat na devulkanizaci,“ podotýká dále.
MATERIÁLOVÁ RECYKLACE MĚNÍ ODPAD NA SUROVINU
Z těchto důvodů se lze k devulkanizaci pouze přiblížit, například lze rozemletou pryž vařit v roztoku louhu nebo solí, čímž se ale rozštěpí jak příčné vazby, což je žádoucí, tak bohužel i vazby v samotných kaučukových řetězcích, a materiál tak degraduje. Tímto postupem vznikne tzv. regenerát, který připomíná surový kaučuk a dá se poté v malých procentech použít jako přísada do kaučukové směsi.
Další cestou recyklace může být pyrolýza, při níž se pryž dokáže účinkem vysoké teploty bez přístupu vzduchu rozložit. Vzniká tak směs uhlovodíků a dalších látek, které se většinou upotřebí jako paliva. Aby se z nich dal vyrobit nový kaučuk, musely by tyto látky projít dalšími, veskrze složitými procesy.
„V tomto ohledu probíhá řada výzkumů, ale všeobecně vzato se pyrolýzní jednotky zatím potýkají se špatnou ekonomickou návratností,“ říká Zdeněk Hrdlička s tím, že další a často používanou metodou je proto materiálová recyklace, kterou se v Ústavu polymerů VŠCHT Praha zabývá právě on a další vědci.
Vzhledem k tomu, že se zhruba 70 % kaučuku spotřebuje na výrobu pneumatik, týká se materiálová recyklace zejména jich. V tomto případě není cílem rozložit pryž chemicky, ale pouze mechanicky na jemný granulát. Pryžová drť se pak dále míchá s pojivy, jako je například polyuretan, nebo se mikrovlnně spéká a využívá například ve stavebnictví pro výrobu zámkové dlažby, dlaždic na dětská hřiště a podobně.
„Ale i tyto aplikace jsou omezené, někteří lidé proti tomu dokonce brojí, zejména ve Spojených státech, protože pryž obsahuje polycyklické aromatické uhlovodíky. Zatím nebylo prokázáno, že by bylo využívání pryže pro takové účely zdraví nebezpečné, ale hlasů, které se snaží využívání těchto materiálů omezit, není málo.“
TRNITÁ CESTA Z PNEUMATIK DO PNEUMATIK
Podle Zdeňka Hrdličky je ideálním cílem, aby se dala pryž z vysloužilých pneumatik použít pro výrobu nových pneumatik. „O to se zde na VŠCHT Praha snažíme, ale nelze to udělat tak, že bychom nahradili kaučukovou směs pro výrobu recyklátem ze sta procent. Když má být finálním produktem opět pneumatika, musí mít materiál např. patřičnou pevnost, odolnost vůči odírání i dynamické únavě. A v takovém případě lze recyklát použít zhruba jen v 10 hmotnostních procentech. Chtěli bychom tento poměr o něco zvýšit, ale tím se některé vlastnosti materiálu trochu změní.“
I proto zrovna v této aplikaci hodně záleží na tom, ve které části pneumatiky by se taková směs nové pryže a recyklátu použila, protože každá partie má jiné nároky. Běhoun, který nese vzorek, musí být velmi odolný proti odírání a musí zaručit vysokou adhezi vůči vozovce i za mokra či na sněhu. Bočnice se cyklicky prolamují, takže je třeba, aby byly odolné vůči dynamickému namáhání. Patky bývají tvrdé a při jízdě se téměř nezahřívají, takže třeba tam by se dalo recyklátové drti zřejmě použít více.
AKTIVOVANÝ PRYŽOVÝ PRACH DO AUTOMOTIVE I STAVEBNICTVÍ
A ještě je zde jedna podmínka. Drť, která by se jako recyklát použila při výrobě nových pneumatik, by měla obsahovat velmi malé a na povrchu aktivované částečky. To znamená, že tvarově nepůjde o mnohostěn, ale o tvar, který připomíná třeba neuron, protože ten umožní lepší mechanické zakotvení. Vědci z VŠCHT Praha proto spolupracují se společností Lavaris, která se specializuje na vývoj technologií pro recyklaci materiálů z různých odvětví, jako jsou stavební průmysl, gumárenství a plasty. Práce na aktivaci tedy probíhají jak v Lavarisu, tak i na univerzitě.
„My se snažíme pryžový prach využít především v nové kaučukové směsi, protože jsme primárně gumaři a jsme vybaveni stroji na míchání směsí i přístroji na měření vlastností vulkanizátu. Snažíme se tedy zlepšit vlastnosti pryže obsahující recyklát tak, aby se ho v pneumatikách dalo uplatnit více, čímž se přiblížíme cílům cirkulární ekonomiky,“ pokračuje Zdeněk Hrdlička.
Drť výzkumníci aktivují fyzikální, chemickou i biologickou cestou předtím, než ji přimíchají do nového kaučuku. „Používáme například bakterie, které konzumují síru z můstků, takže na povrchu pryže provádějí devulkanizaci. V rámci fyzikálních úprav používáme mikrovlnné záření, které dokáže rozbít strukturu na povrchu částic.“ A chemicky probíhá aktivace tak, že se drť ošetří oleji nebo určitými činidly, jejichž složení bývá utajováno.
V Lavarisu, který pryžovou drť získává z recyklačních linek a následně mele na prach, probíhá aktivace dvojím způsobem. „Buď se na částečky působí čistě mechanicky, čímž se jejich velikost a tvar změní, nebo za určité teploty a proudění vzduchu mírně měníme chemické složení. Vlastně na povrchu rozbíjíme sírové můstky a díky tomu je možné materiál buď užít samostatně, nebo v určitém poměru mísit a následně třeba znovu vulkanizovat jako celek,“ vysvětluje George Karra‘a, zakladatel společnosti, a dodává, že granulát je možné namlít na velikost do 250 μm, 400 μm, 650 μm či 800 μm.
POTŘEBA OSVĚTY
Tento aktivní prach ale není úplně základní surovinou, protože obsahuje veškeré látky, které byly potřebné na výrobu pryže, a technologové, kteří vyvíjejí nové směsi například pro výrobu pneumatik, se zatím z důvodu bezpečnosti zdráhají recyklát využívat ve větším měřítku a mladí konstruktéři také jeho přednosti zatím příliš neznají. „I proto spolupracujeme jak s VŠCHT Praha a výrobci automobilů, tak i se studenty architektury ČVUT nebo konstruktéry, abychom v tomto ohledu dělali osvětu a ukázali, že aktivní pryžový prach je možné bezpečně využívat i v tak regulovaném segmentu, jako je automotive. Proto pořádáme i soutěž Reborn design, v níž studenti soutěží v tom, kdo navrhne lepší produkt s využitím recyklovaného materiálu.“
Aktivní pryžový prach má však ještě další možné aplikace. Například jej lze přidávat do asfaltu, čímž vzniká gumoasfalt s lepšími vlastnostmi, než má samotný asfalt. Dnes je totiž tento materiál de facto odpadním produktem z ropy, do nějž se musejí přidávat složité polymery, aby měl požadované vlastnosti. Tímto pryžovým aktivním prachem však lze velkou část polymerů nahradit, což výrazně zlevňuje produkt.
„Přidáváním gumy do asfaltu se navíc sníží hlučnost na 50—60 %. Pryž také snižuje opotřebení pneumatik na vozidlech, snižuje jejich brzdnou dráhu i nároky na údržbu, protože povrch tolik nepodléhá zátěži a povětrnostním vlivům. Asfalt je termoplastický, ale pryž ne, takže směs při působení tepla a tlaku tak snadno neodtéká a na silnici se netvoří vyjeté koleje. A tím, že je elastičtější, nedochází tolik ani k prasklinám a výtlukům,“ vysvětluje dále George Karra‘a a Zdeněk Hrdlička na závěr doplňuje, že asfalt má také vysokou viskozitu sám o sobě. Když se do něj přidá prach, tak v něm nabobtná a viskozita se ještě zvýší a materiál teče ještě hůře.
„Stavební firmy proto musejí mít dostupné technologie, s jejichž pomocí dokážou takto viskózní materiál pokládat. Ale vzhledem k tomu, že se v ČR gumoasfalt již používá, jsou na tyto změny některé dobře připravené.“