Jak může ionizující záření pomoci při recyklování plastů

„Světový závazek skoncovat se znečištěním plasty je jasný a nepopiratelný,“ řekla Inger Andersen, výkonná ředitelka Programu OSN pro životní prostředí (UNEP), když se v prosinci 2024 v Busanu v Korejské republice chýlilo ke konci páté jednání o mezinárodním právně závazném nástroji na znečištění plasty. Zatímco si zástupci z více než 170 zemí a pozorovatelé ze stovek organizací chystají prezentace na příští zasedání ve švýcarské Ženevě, vědci a technologové dělají pokroky ve výzkumu. Snahy o recyklaci a upcyklaci se zintenzivňují, protože to je nejschůdnější možnost nakládání s plastovým odpadem. Radiační technologie se objevují jako inovativní, čistý a účinný nástroj pro přeměnu použitých plastů na nové produkty.

Plastové znečištění není nic nového. Přírodní polymery, jako je kaučuk a celulóza, se široce používaly i předtím, než se objevily syntetické plasty. Belgický chemik Leo Baekeland v roce 1907 vynalezl první plně syntetický plast, bakelit (fenolformaldehydovou pryskyřici).

Kolik jich je

V polovině 20. století dosáhla celosvětová produkce plastů ročně asi dva miliony tun. V dnešní době, kdy roční produkce přesahuje 400 milionů tun, je téměř nemožné zažít den, aniž bychom narazili na nějakou formu plastu. Pokud bude svět pokračovat v tomto „business as usual“, předpokládá se, že se celosvětová produkce primárních plastů téměř ztrojnásobí a do roku 2050 dosáhne 1 100 milionů tun.

Výzvy pro recyklaci

Navzdory úsilí se dosud recyklovalo méně než 10 % ze 7 miliard tun celosvětově vyprodukovaného plastového odpadu. Plast není biologicky odbouratelný. Místo toho, aby se rozkládal, fragmentuje se na menší kousky, což vede k mikroplastům. Ty lze dnes nalézt doslova všude, od vzduchu, který dýcháme, až po oceány v Antarktidě.

V současnosti se používají dvě hlavní recyklační techniky, mechanická a chemická recyklace. Mechanická recyklace je nejběžnější metodou, z plastů vyrábí suroviny, které lze znovu začlenit do výroby dalších plastů. Proces zahrnuje sběr, třídění, mytí a mletí plastů, které se roztaví a znovu zpracují na nové materiály.

I když je tento typ recyklace relativně levný, vyžaduje třídění různých polymerů, což ztěžuje zpracování vícevrstvých nebo smíšených plastů. Navíc tento proces nelze použít více než dvakrát, protože kvalita recyklovaných materiálů se každým cyklem zhoršuje a je použitelná pouze na termoplasty (ty, které lze přetavit).

Chemická recyklace na druhé straně může zpracovat širší škálu směsných plastových odpadů, včetně kontaminovaných a nekvalitních odpadů, a to jejich rozkladem na molekulární složky a jejich přeměnou na látky, které lze použít k výrobě nových plastů nebo jiných produktů, jako je palivo. Tato metoda je poměrně nákladná, protože vyžaduje mnoho energie, a navíc rozvoj velkých zařízení pro chemickou recyklaci vyžaduje značné investice do infrastruktury.

Jak může pomoci ozařování?

Radiační technologie využívající paprsky gama a elektronové paprsky nabízí jedinečné výhody pro snížení plastového odpadu tím, že nabízí čistší proces výroby a recyklace, vyhýbá se použití potenciálně škodlivých přísad a zlepšuje energetickou účinnost. „Hlavní výhoda ozařování při recyklaci plastů pramení z jeho schopnosti měnit chemickou strukturu plastů na molekulární úrovni,“ řekla Azillah Binti Othman, ředitelka pro zpracování ozařováním v MAAE. „Ozařování může pomoci snížit objem plastového odpadu zvýšením přeměny těžko recyklovatelných plastů na hodnotné produkty, aby se snížila závislost na plastech na bázi ropy.“

Ozařování je velmi účinným nástrojem při třídění již vypraného a namletého recyklovaného plastu podle typu polymerů. Zlepšuje se čistota recyklovaného plastu a tím i jeho hodnota.

Ozáření (radiolýza) může také doplnit a zlepšit tradiční metody recyklace. V kombinaci s chemickou recyklační metodou zvanou pyrolýza (rozklad vysokou teplotou) lze plastové odpadní polymery rozložit a přeměnit na palivo nebo chemické složky za účelem vytvoření nových produktů bez přidání nových (nerecyklovaných) polymerů.

Kromě tradiční recyklace pomáhá ozařování i novým přístupům, které umožňují mísit plastové odpady s jinými materiály a vytvářet trvanlivější produkty. To usnadňuje výrobu vysoce žádaných materiálů, které nacházejí uplatnění v automobilovém nebo stavebním průmyslu. Například stavební materiály vyrobené z recyklovaného plastu, jako jsou dlaždice, cihly, řezivo a desky, se na Filipínách ozařují, aby se zlepšila jejich pevnost v tahu a střihu, odolnost proti oděru a další mechanické vlastnosti.

Kromě toho se technologie využívající záření ukazuje jako slibná při výrobě trvanlivějších konečných produktů při současném použití biomasy, obnovitelného zdroje. Umožňuje vytvářet bioplasty, např. nové obalové materiály, které by nahradily běžné plasty na ropné bázi.

NUTEC Plastics: od recyklace po monitorování mikroplastů

MAAE využívá sílu radiačních technologií prostřednictvím své iniciativy NUTEC Plastics (již jsme o ní psali zde: Radiační technologie pro recyklaci plastů na Filipínách | 3 pól - Magazín plný pozitivní energie a zde NUTEC Plastics Research Mission MAAE v Antarktidě | 3 pól - Magazín plný pozitivní energie), aby pomohla zemím vypořádat se s plastovým znečištěním na dvou frontách: v místě zdroje zaváděním nových technologií ke zlepšení recyklace plastů; a v oceánu, kde končí velká část plastového odpadu.

„Zaměření na první frontě je na snížení objemu plastového odpadu prostřednictvím inovativní upcyklace, zvýšení opětovného využití těžko recyklovatelných plastů na hodnotné produkty a vývoj plastů na biologické bázi,“ řekla Celina Horak, vedoucí sekce radiochemie a radiační technologie MAAE. „S pomocí iniciativy NUTEC Plastics zřizuje devět zemí napříč Asií, Latinskou Amerikou a Afrikou pilotní provozy s využitím záření.“

O roli ozařování v boji proti plastovému znečištění se bude diskutovat v říjnu 2025 v Korejské republice IAEA tools for circular economy assessment and for technological maturity level, (s nástroji MAAE pro hodnocení oběhového hospodářství a pro úroveň technologické vyspělosti) a v listopadu 2025 na Filipínách, na prvním mezinárodním fóru na vysoké úrovni o NUTEC Plastics. Obě akce budou zahrnovat další aspekt iniciativy NUTEC Plastics, složku monitorování moří, kde se jaderná věda používá k identifikaci, sledování a monitorování plastů v oceánu, zejména mikroplastů.

Ozařování pomocí gama paprsků nebo elektronových paprsků může doplnit konvenční metody recyklace plastů. (Infografika: R. Kenn/IAEA)

Zdroj: Revolutionizing Plastic Recycling Through Irradiation | IAEA

Podle Evalyne Ndirangu, IAEA Department of Nuclear Sciences and Applications, a Ayhana Evrensela, IAEA Department of Nuclear Sciences and Applications.