Czy izolatory można przetwarzać wtórnie?

Rodzaje materiałów stosowanych w izolatorach oraz ich możliwość recyklingu

Izolatory ceramiczne i szklane: ugruntowane, ale energochłonne metody recyklingu

Infrastruktura odzysku ceramicznych i szklanych izolatorów elektrycznych została w rzeczywistości dość dobrze rozwinięta przez lata, a w regionach, w których funkcjonują skuteczne systemy zbierania, obserwujemy wskaźniki odzysku przekraczające 60%. Co dzieje się z tym rozdrobnionym materiałem? Zwykle ponownie wprowadza się go do mieszanki jako surowiec do produkcji nowych izolatorów lub wykorzystuje się go nawet w projektach budowlanych jako materiał kruszywny. Jednak istnieje tu pewna pułapka: gdy materiały te wymagają przetopienia, proces ten wymaga temperatur piecowych przekraczających 1400 °C. Badania dotyczące przetwarzania cieplnego wykazują, że zużycie energii jest wówczas o około 30% większe niż przy produkcji zupełnie nowych materiałów od podstaw. Taki intensywnie energetyczny proces zaczyna znacząco ograniczać rzeczywiste korzyści środowiskowe, gdy materiały te muszą pokonać odległość przekraczającą 200 mil, aby zostać przetworzone. Niektóre firmy energetyczne eksperymentują z piecami zasilanymi energią pochodzącą z odnawialnych źródeł, aby ograniczyć emisję gazów cieplarnianych, jednak skalowanie tej technologii napotyka poważne trudności. Istniejące sieci elektroenergetyczne nie zawsze są w stanie ją obsłużyć, a modernizacja starszego sprzętu wiąże się z wysokimi kosztami, co sprawia, że wiele firm dwukrotnie rozważa inwestycję w tę dziedzinę.

Izolatory polimerowe i kompozytowe: niskie wskaźniki odzysku z powodu mieszania materiałów

Problem recyklingu izolatorów polimerowych i kompozytowych sprowadza się do tego, że te materiały po prostu nie oddzielają się w odpowiedni sposób. Wystarczy pomyśleć o gumowych pokryciach z silikonu przyklejonych do rdzeni z szklanego włókna oraz metalowych elementów końcowych – ich mechaniczne rozdzielenie jest praktycznie niemożliwe. Dane branżowe wskazują, że ogólny wskaźnik odzysku pozostaje na poziomie poniżej 15%, co wcale nie jest satysfakcjonujące. Próby mielenia dają mieszankę materiałów o bardzo niskiej wartości rynkowej, które najczęściej trafiają na przykład do produkcji ławek parkowych lub barier przeciwhałasowych na drogach, gdzie wykorzystuje się mniej niż 20% pierwotnej wartości tych materiałów. Istnieje nadzieja związana z technikami chemicznego recyklingu, ale jeszcze nie osiągnięto ich komercyjnej gotowości. Proces ten wymaga specjalnych rozpuszczalników i według najnowszych badań z 2023 roku kosztuje około 740 000 USD na jednostkę. Dopóki producenci nie uzgodnią standardowych mieszanek polimerowych oraz nie wprowadzą odpowiednich systemów zbioru, większość zużytych izolatorów nadal trafia bezpośrednio na wysypiska lub do pieców spalarni, mimo że pozostają one w środowisku przez dziesięciolecia.

Obecne praktyki przemysłowe w zakresie recyklingu izolatorów elektrycznych

Inicjatywy operatorów sieci energetycznych w zakresie odzysku ceramicznych izolatorów w Ameryce Północnej i Unii Europejskiej

Amerykańskie i europejskie firmy energetyczne stoją na czele inicjatyw związanych z recyklingiem izolatorów ceramicznych dzięki swoim zorganizowanym programom odbioru zwrotnego, które gromadzą zużyte elementy porcelanowe i szklane z systemów przesyłu energii elektrycznej. Zmielone materiały wykorzystywane są albo do produkcji nowych wyrobów ceramicznych, albo jako kruszywo w projektach budowlanych. Zgodnie z Raportem o zrównoważonym rozwoju branży z 2023 r., europejskie kraje osiągnęły wskaźnik odzysku tych materiałów na poziomie od 65 do 80 procent. Choć proces topienia wymaga znacznych ilości energii i częściowo ogranicza korzyści środowiskowe, przepisy takie jak Plan działania Unii Europejskiej na rzecz gospodarki obiegu zamkniętego nadal wspierają tę praktykę. Współpraca firm energetycznych ze specjalistycznymi przedsiębiorstwami zajmującymi się recyklingiem pozwala zoptymalizować zarówno transport, jak i przetwarzanie odpadów. Takie partnerstwa tworzą praktyczne rozwiązania dla dużoskalowych działań odzyskowych, szczególnie w regionach, gdzie zbieranie odpadów z odległych lokalizacji stwarza poważne problemy logistyczne dla wielu firm.

Ograniczone zastosowania przetwarzania wtórnego i obniżania jakości izolatorów polimerowych

Recykling izolatorów polimerowych napotyka poważne przeszkody z powodu skomplikowanej budowy tych materiałów. Guma krzemionkowa mieszana ze szkłem włóknistym nie poddaje się łatwo rozdzieleniu, przez co wszechświatowy poziom odzysku pozostaje na poziomie poniżej ok. 15%. Obecnie stosuje się głównie mielenie zużytych izolatorów w celu uzyskania produktów takich jak podkładki pod dywan lub elementy drogowe (np. zwalniające). Wartość tych zastosowań jest znacznie niższa niż wartość nowych materiałów – według najnowszych badań opublikowanych w zeszłorocznym wydaniu „Materials Innovation Journal” wynosi ona nawet o ok. 40% mniej. Pod względem finansowym sytuacja jest trudna: same koszty przetwarzania przekraczają 380 USD za tonę, podczas gdy produkt końcowy sprzedawany jest za mniej niż 210 USD za tonę. Istnieje niewiele miejsc, które rzeczywiście właściwie obsługują ten rodzaj strumienia odpadów, dlatego większość zużytych izolatorów trafia ostatecznie na wysypiska. Niektóre nowsze metody wykorzystujące obróbkę cieplną mogą kiedyś umożliwić odzyskanie przydatnych bloków konstrukcyjnych, jednak dotąd żadna z nich nie została jeszcze skalowana do komercyjnego zastosowania, mimo licznych doniesień na ich temat.

Główne bariery ograniczające wdrażanie recyklingu izolatorów

Zanieczyszczenie, fragmentacja i brak dedykowanych systemów zbierania

Gdy podczas recyklingu mieszają się różne materiały, zwłaszcza takie jak fragmenty ceramiki wplatające się w części plastikowe, próby ich późniejszego rozdzielenia przestają być opłacalne. Większość miast również nie jest wyposażona w odpowiednie urządzenia do skutecznego radzenia sobie z tym bałaganem. Mniej niż jedna na osiem firm energetycznych posiada właściwy system odzyskiwania zużytych izolatorów, więc co się dzieje? Większość z nich trafia do zwykłych pojemników na śmieci lub do najbliższego lokalnego śmietniska. A jeśli to jeszcze nie wystarcza, wiele starszych linii energetycznych wykorzystuje zaawansowane izolatory kompozytowe wykonane z gumy silikonowej naklejonej na rdzenie z włókna szklanego. Problem polega na tym, że nikt właściwie nie wie, jak rozmontować te izolatory bez użycia specjalistycznego sprzętu, którego większość centrów recyklingu po prostu nie posiada. Cała ta sytuacja nie dotyczy wyłącznie izolatorów. Podobne problemy występują w różnych działaniach związanych z recyklingiem na całym świecie – nasza niemożność prawidłowego sortowania odpadów powoduje, że odzyskujemy zaledwie około jednej dziesiątej wszystkich tworzyw sztucznych, które teoretycznie nadawałyby się do recyklingu.

Rzeczywistości ekonomiczne: koszty rozdzielania vs. niskowartościowy surowiec wtórny oraz konkurencja materiałów pierwotnych

Ekonomika recyklingu stanowi decydujące bariery. Przetwarzanie zanieczyszczonych kompozytów ceramicznych lub polimerowych kosztuje 740 USD/tonę (Ponemon, 2023) – czyli ponad trzykrotnie więcej niż produkcja materiałów pierwotnych. Odtworzone materiały napotykają poważne przeszkody na rynku:

• Kompozyty przeznaczone do obniżonego wykorzystania są sprzedawane za 40% ceny odpowiadających im materiałów pierwotnych
• Specjalistyczne formuły szkła wymagają poziomów czystości, których nie można osiągnąć przy użyciu konwencjonalnych metod recyklingu
• Ceny polimerów pierwotnych są niższe od cen surowców wtórnych o 220 USD/tonę

Ten brak równowagi utrudnia inwestycje w infrastrukturę recyklingu. Firmy energetyczne preferują tanie metody pozbywania się odpadów, chyba że są do tego zobowiązane – wymagania regulacyjne dotyczące konkretnych materiałów lub cele dotyczące udziału surowców wtórnych nadal są rzadko spotykane. Bez instrumentów politycznych, takich jak dotacje lub obowiązkowe zakupy materiałów wtórnych, rozwiązania oparte na gospodarce obiegu zamkniętego pozostają komercyjnie marginalne.

Ścieżki działania: strategie gospodarki obiegu zamkniętego dla izolatorów

Standardy projektowania z myślą o recyklingu oraz ustandaryzowane formuły kompozytów

Podejście projektowe skupiające się na recyklingu ma istotne znaczenie dla poprawy wskaźników odzysku materiałów. Obecnie występuje zbyt duża różnorodność materiałów stosowanych przy produkcji tych wyrobów. Mówimy o aż piętnastu różnych mieszaninach polimerów wyłącznie w jednostkach przeznaczonych do przekładni. Gdy skład materiałów jest spójny, zakłady przemysłowe mogą je mechanicznie rozdzielać oraz termicznie przetwarzać bez konieczności rozwiązywania licznych problemów technologicznych. Niektóre badania sugerują, że przy zastosowaniu przez wszystkich podobnych materiałów kompozytowych można by zwiększyć odzysk polimerów z odpadów o około czterydziesiąt procent, jednocześnie obniżając zużycie energii podczas przetwarzania o prawie trzydzieści procent w porównaniu do przetwarzania tych zróżnicowanych mieszanin materiałów. Przepisy takie jak dyrektywa Unii Europejskiej w sprawie ekoprojektu zaczynają zmuszać firmy do uwzględniania możliwości recyklingu już na etapie projektowania. To z kolei zmusza producentów do stosowania prostszych rozwiązań opartych na pojedynczym materiale oraz bezpieczniejszych dodatków, które zapewniają nadal możliwość użytkowania materiałów nawet po wielokrotnym cyklu życia.

Programy zwrotu sprzętu użytkowegi i partnerskie inicjatywy recyklingowe międzybranżowe

Gdy przedsiębiorstwa energetyczne współpracują w ścisłej kooperacji z firmami zajmującymi się recyklingiem oraz ekspertami od materiałów, osiągają rzeczywisty postęp w rozwiązywaniu długotrwałych problemów związanych ze zbieraniem i przetwarzaniem odpadów. Przykładem mogą być regionalne programy zwrotu sprzętu. Dzięki nim firmy energetyczne mogą gromadzić całe zużyte urządzenia podczas modernizacji sieci elektroenergetycznej, uzyskując rezultaty około trzy razy lepsze niż w przypadku standardowych systemów miejskich. Niektóre branże znajdują nowe zastosowania dla szklanego tworzywa sztucznego w budownictwie, dzięki czemu co roku unikają one umieszczenia w wysypiskach ok. 12 tys. ton takich materiałów. Wczesne testy wykazały, że przetworzona guma silikonowa sprawdza się równie dobrze jak nowa w niektórych niskonapięciowych zastosowaniach, pod warunkiem prawidłowego jej obsługi w określonych temperaturach. Podsumowując: tego rodzaju partnerstwa pozwalają zmniejszyć koszty zakupu materiałów przez firmy energetyczne o około 18–22 proc., a ponadto wspierają tworzenie cykli materiałowych, które mogą rozwijać się w czasie.

Często zadawane pytania

Jakie są główne wyzwania związane z recyklingiem izolatorów polimerowych i kompozytowych?

Główne wyzwania obejmują trudność w rozdzieleniu mieszanych materiałów, takich jak guma krzemowa i szkło włókniste, co prowadzi do niskich wskaźników odzysku oraz otrzymywania przetworzonych materiałów o niskiej wartości.

Jak intensywny energetycznie jest proces recyklingu izolatorów ceramicznych i szklanych?

Recykling izolatorów ceramicznych i szklanych jest intensywny energetycznie, ponieważ wymaga temperatur piecowych przekraczających 1400 stopni Celsjusza, zużywając przy tym około 30% więcej energii niż produkcja nowych materiałów.

Dlaczego czynniki ekonomiczne stanowią barierę dla recyklingu izolatorów?

Czynniki ekonomiczne stanowią barierę, ponieważ koszt recyklingu izolatorów przekracza koszt produkcji materiałów pierwotnych, a materiały wtórne napotykają ponadto na rynku niedogodności, które czynią je mniej konkurencyjnymi.

Jakie są potencjalne ścieżki postępu w zakresie poprawy recyklingu izolatorów?

Potencjalne ścieżki obejmują opracowanie standardów projektowania z myślą o recyklingu, standaryzację składu materiałów kompozytowych oraz wprowadzenie programów zwrotu sprzętu przez dostawców energii oraz partnerskich inicjatyw cross-industry w zakresie recyklingu, w celu poprawy odzysku materiałów i stworzenia rozwiązań opartych na gospodarce obiegu zamkniętego.