Как производится пластик: понимание роли ископаемого топлива в производстве

За последние несколько лет возросла обеспокоенность по поводу устойчивости и экологичности в отношении производства пластика. Цель этой статьи — объяснить, как производятся пластики, подчеркнув сложность их производства. Однако мы хотим больше сосредоточиться на важной роли ископаемого топлива в этой отрасли. Поэтому мы рассмотрим, как эти вещества могут быть преобразованы в различные типы пластика, которые используются для различных целей ежедневно посредством процессов экстракции, очистки и полимеризации. Такое исследование позволит нам лучше понять проблемы с производством пластика и покажет нам альтернативные пути, которые могут привести к устойчивому развитию в будущем.

Из чего сделан пластик?

Понимание сырья: сырая нефть и природный газ

Большинство пластиков производятся из сырой нефти и природного газа. Сырая нефть представляет собой смесь множества различных углеводородов, которые перерабатываются для получения различных компонентов, включая нафту. Нафта является сырьем для производства пластиковой смолы. С другой стороны, природный газ, который в основном состоит из метана, может быть переработан для получения этана и пропана. И этилен, и пропилен необходимы для производства пластика; они служат строительными блоками или мономерами, используемыми в процессах полимеризации с участием различных типов пластика. Эти полимеры могут быть превращены в различные формы посредством сополимеризации или других методов, так что в итоге мы получаем широкий спектр пластиков для различных применений.

Роль углеводородов в производстве пластика

Углеводороды играют важную роль в синтезе полимеров, поскольку они используются в качестве исходных материалов (мономеров). При перегонке сырой нефти получаются различные фракции, богатые углеводородными соединениями; среди них нафта представляет собой один из основных потоков, используемых в качестве сырья для производства смол. Переработка природного газа приводит к образованию таких мономеров, как этилен и пропилен, которые после прохождения реакций полимеризации дают полиэтилен или полипропилен соответственно. Универсальность, демонстрируемая этими веществами на основе углеводородов, позволяет производить различные виды пластика, которые находят применение во многих секторах, начиная от мягких потребительских товаров и заканчивая упаковочными материалами и тяжелым промышленным оборудованием. Поэтому необходимо знать, как функционируют углеводороды, чтобы можно было решать экологические проблемы, связанные с производством пластика, а также искать альтернативные источники для обеспечения устойчивости.

Превращение этана и пропана в мономеры

Дегидрирование проводится на этане и пропане, что приводит к образованию этилена и пропилена соответственно. В частности, этан подвергается нагреванию в присутствии катализатора, тем самым вызывая удаление атомов водорода и получение этилена. С другой стороны, каталитическое дегидрирование также применяется при превращении пропана в пропан. Как только эти мономеры становятся доступными, они становятся необходимыми для полимеризации, что в свою очередь приводит к производству различных видов пластика, подходящих для различных применений.

Каковы этапы преобразования ископаемого топлива в полимеры?

Нефтехимические процессы производства пластмасс

Существует несколько нефтехимических процессов, вовлеченных в преобразование ископаемого топлива в полимеры. Для начала сырая нефть очищается, чтобы отделить различные фракции углеводородов, включая нафту, которая служит первичным сырьем. Эти более крупные молекулы углеводородов разбиваются на более мелкие путем крекинга, в результате чего получаются основные мономеры, такие как этилен и пропилен. Затем следует полимеризация, в ходе которой эти мономеры химически объединяются, образуя длинноцепочечные полимеры, которые приводят к различным пластиковым материалам. Для определенных применений могут использоваться дополнительные методы, которые включают сополимеризацию или сшивание, чтобы помочь изменить свойства полученных пластиков.

Крекинг углеводородов и образование мономеров

Крекинг является важным этапом в процессе производства мономеров из углеводородов, поскольку он помогает преобразовывать крупные соединения в мелкие полезные соединения либо термически, либо каталитически, в основном фокусируясь на алифатических вместе с ароматическими углеводородами, которые могут быть преобразованы в смолы. Этот процесс обеспечивает такие необходимые мономеры, как этилен и пропилен из нафты среди других более тяжелых фракций. Эффективность, демонстрируемая на этом этапе, напрямую влияет на уровни чистоты, а также на производимые количества, поскольку они выступают в качестве сырья для последующих реакций полимеризации, направленных на синтез различных пластиков. Поэтому необходимо осуществлять соответствующий контроль за условиями, в которых происходят реакции, такими как выбор катализатора или температуры, если необходимо достичь высоких выходов и общей эффективности процесса.

Полимеризация для создания различных видов пластика

Полимеризация относится к химическому связыванию мономеров, в результате чего образуются полимеры, представляющие собой пластики с длинными цепями. Полимеризация может протекать посредством процессов присоединения или конденсации, среди прочего. Кроме того, ненасыщенные связи типа «дополнительный» реагируют без выделения побочных продуктов, в то время как в случае одновременного устранения небольших молекул, таких как вода или метанол, во время реакции между мономерами образуются более сложные структуры, такие как полиэфиры и полиамиды, которые часто связаны с конденсационной полимеризацией. Однако метод, используемый для полимеризации, а также конкретные используемые условия напрямую влияют на физические свойства конечного пластикового продукта, например, прочность, гибкость и термическую стабильность, что позволяет проектировать материал в соответствии с его предполагаемым использованием в различных отраслях промышленности.

Какие добавки используются при производстве пластмасс?

Функции распространенных добавок в пластмассах

1. Пластификаторы: Они делают пластмассы более гибкими и обрабатываемыми за счет уменьшения сил взаимодействия между молекулами.
2. Стабилизаторы: Эти агенты защищают материалы от разрушения под воздействием тепла, света или кислорода, тем самым продлевая срок их службы.
3. Наполнители: Они улучшают механические свойства, снижая затраты на производство; в то же время они обеспечивают размерную стабильность.
4. Красители: Красители или пигменты, которые придают продуктам красивый вид и облегчают их идентификацию.
5. Огнезащитные составы: Химические вещества, подавляющие возгорание и замедляющие горение, благодаря чему изделия становятся более огнестойкими.
6. Антиоксиданты: Используется в процессе переработки или в конечных целях для предотвращения преждевременного окисления полимеров.
7. Поглотители УФ-излучения: Защита пластика от вредного воздействия ультрафиолетового излучения, приводящего к фотодеградации, тем самым увеличивая долговечность.
8. Расширяющие агенты: Они создают пенные структуры внутри пластиковых материалов, тем самым улучшая изоляционные свойства и снижая вес.

Влияние добавок на характеристики пластмасс

Пластиковые качества могут быть значительно улучшены с помощью определенных добавок. Например, они делают материал более гибким, чтобы он мог гнуться, не ломаясь, когда это необходимо, например, эластичность в некоторых приложениях. Они предотвращают деградацию, тем самым увеличивая срок его службы в различных условиях окружающей среды, где стабилизаторы важны для сохранения целостности, в то время как наполнители также помогают повысить механическую прочность и размерную стабильность, не забывая, что эти два компонента способствуют снижению затрат за счет минимизации общего расхода материалов. Красители, с другой стороны, также улучшают эстетику, делая продукты легко отличимыми друг от друга, даже если все они были изготовлены с использованием аналогичных методов или машин; следовательно, это может привести к лучшим продажам. Антипирены защищают от возгораний, в то время как антиоксиданты защищают от поглотителей УФ-излучения, сохраняют пластик от повреждения солнцем, поэтому со временем они все еще могут сохранять свою первоначальную форму и размер даже после длительного воздействия теплового светового излучения, столь необходимого для изоляции, особенно тех предметов, которые предназначены для использования внутри помещений, таких как вспенивающиеся агенты, среди других преимуществ, которые включают снижение веса. Помимо этих преимуществ, нет никаких сомнений в том, что они необходимы, если мы хотим, чтобы вещи, изготовленные из пластиковых материалов, служили нам лучше в различных отраслях промышленности в разных секторах.

Меры безопасности и нормативный контроль за использованием добавок в пластмассовых материалах

Использование добавок в пластмассах должно осуществляться в соответствии с правилами безопасности, установленными соответствующими органами, такими как FDA (Управление по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами) или EPA (Агентство по охране окружающей среды). Целью этих правил является оценка пригодности для использования химических веществ, используемых в производственных процессах, с точки зрения здоровья человека и потребностей в защите окружающей среды. Поэтому важно проводить оценку рисков, чтобы установить потенциальные риски как для здоровья людей, проживающих в близлежащих районах, где существуют такие предприятия, так и для экологического баланса вокруг них, который также может быть затронут из-за присутствия этих химических веществ. Производители должны вести записи, показывающие, какой вид добавки был добавлен в конкретную партию продукта, какой уровень концентрации был принят, а также его ожидаемое функциональное значение для соответствия требованиям безопасности, установленным законом, которые были приняты во внимание в процессе производства. Кроме того, всегда должна быть надлежащая маркировка опасных материалов, и она должна строго соблюдаться в соответствии с данными инструкциями по безопасному обращению с любым продуктом, который должен контактировать с потребителями. Это подразумевает, что им необходимо знать, включено ли вещество в их состав, что дает им возможность либо отказаться от него, либо принять необходимые меры предосторожности при использовании таких продуктов, в зависимости от индивидуального понимания. Периодический мониторинг, включающий обзор научной литературы в сочетании с обновлениями нормативных актов, становится первостепенным, если кто-то хочет, чтобы его/ее практика оставалась актуальной по отношению к появляющимся знаниям, касающимся проблем безопасности добавок.

Каково экологическое воздействие производства пластика?

Пластиковое загрязнение и его влияние на мир

Проблема загрязнения нашей планеты пластиком является серьезной, поскольку она влияет как на наземные, так и на морские экосистемы. Места обитания разрушаются, животные запутываются в них или глотают их, что приводит к травмам или смерти, а пищевые цепи загрязняются токсинами — это лишь некоторые из способов, которыми это загрязнение наносит вред биосфере Земли. Более того, крошечные частицы, называемые микропластиком, которые появляются в результате распада более крупных предметов, проникли во многие различные места, такие как реки и океаны, тем самым ухудшая качество воды во всем мире и потенциально попадая в рацион человека, тем самым усугубляя то, что уже можно описать как не что иное, как кризисную ситуацию, когда мы снова говорим о пластике. Кроме того, как на этапе производства, так и на этапе разложения пластиковые отходы выделяют парниковые газы в атмосферу, что ускоряет глобальное потепление.

Выбросы углекислого газа при производстве пластика

Углеродный след, оставляемый производственными процессами, составляет огромные цифры, учитывая, что ежегодно производятся миллионы и миллионы тонн; большая часть из них образуется при сжигании ископаемого топлива, используемого для производства энергии, необходимой только на этапах производства, не говоря уже о самой добыче сырья, где нефть (сырая нефть) добывается путем бурения скважин с последующей переработкой, так что она становится достаточно подходящим сырьем, необходимым в основном среди прочего, пластика. Таким образом, каждый отдельный шаг имеет большое значение для усилий по охране окружающей среды, учитывая все вовлеченные аспекты, от добычи вплоть до стадии утилизации.

Как сократить количество пластиковых отходов и загрязнение окружающей среды?

Для эффективного сокращения пластиковых отходов и загрязнения окружающей среды можно использовать следующие стратегии:

1. Улучшенные системы переработки: Разработка более эффективных предприятий по переработке, доступных каждому, позволит увеличить темпы переработки продукции, а также контролировать ее конечный пункт назначения, поскольку она больше не должна загрязнять окружающую среду.
2. Кампании по общественному образованию: Повышение осведомленности людей о негативных последствиях чрезмерного использования небиоразлагаемых материалов, таких как полиэтиленовые пакеты, а затем поощрение их к приобретению экологически чистых привычек, например, к полному отказу от одноразового пластика.
3. Законы и правила: Принятие новых законов, запрещающих производство или использование определенных видов вредных пластмасс, с целью защиты окружающей среды от дальнейшей деградации, вызванной производственными процессами, которые приводят к ненужному выбросу таких загрязняющих веществ вокруг нас.
4. Новые инновации в области материалов: Инвестирование большего количества средств в научные исследования, направленные на открытие биоразлагаемых веществ, способных заменить обычные пластмассы, тем самым делая их менее вредными, когда они в конечном итоге возвращаются в природу после использования, а не остаются там навсегда, оказывая негативное воздействие на экосистемы, в которых это так или иначе происходит.
5. Корпоративная социальная ответственность (КСО): Предприятиям необходимо принять принципы, связанные с экономикой замкнутого цикла, где сокращение, повторное использование и переработка становятся ключевыми направлениями на этапе проектирования продукта и вплоть до управления его конечным жизненным циклом, чтобы мы могли иметь более чистую планету, населенную более здоровыми людьми.

А как обстоят дела с переработкой отходов в пластмассовой промышленности?

Методы переработки пластика

Переработка пластика может осуществляться разными способами. Вот некоторые из них:

1. Механическая переработка: Здесь они физически перерабатывают пластик в мелкие хлопья или гранулы. Затем, не меняя его состав, они используют их в качестве сырья для производства новых продуктов.
2. Химическая переработка: Этот метод разлагает пластик химическим путем на мономеры или другие основные химикаты. Затем их можно использовать для создания нового пластика или других материалов.
3. Рекуперация энергии: Что здесь происходит, так это то, что отходы пластика преобразуются в энергию путем их сжигания или газификации. Это обеспечивает альтернативный источник энергии, а также сокращает использование свалок.
4. Биологическая переработка: путем использования микробных или ферментативных процессов для расщепления пластика с целью получения биоразлагаемых побочных продуктов (хотя этот метод все еще находится на стадии исследований и разработок).

Каждый метод имеет свои особенности применения, ограничения и воздействие на окружающую среду, которые необходимо учитывать в рамках более широкой концепции устойчивого управления отходами.

Сложности при переработке различных видов пластика

Сложность видов пластика: более 75 видов пластика содержат различные химические составы, что затрудняет их сортировку и переработку.

1. Загрязнение: Пищевые отходы и другие примеси могут нарушить процесс переработки, в результате чего будут получены переработанные материалы более низкого качества.
2. Спрос со стороны рынка: В зависимости от того, насколько они необходимы в определенный момент времени, операции по переработке могут быть экономически выгодными или нет из-за колебаний спроса на переработанный пластик, что снижает стимулы для сбора и переработки таких материалов.
3. Технологические ограничения: Некоторый пластиковые полимеры большинство заводов по переработке не могут оптимально перерабатывать отходы, что приводит к неэффективности и увеличению отходов.
4. Знания потребителей: Неосведомленность общественности о правильных методах переработки отходов может привести к использованию неправильных методов утилизации, что еще больше осложнит ситуацию для участников процесса.

Технологические достижения в переработке пластика

Более интеллектуальные сепараторыДобавление искусственного интеллекта и машинного обучения в сортировочные машины улучшило их способность распознавать и разделять различные виды пластика, тем самым повышая эффективность переработки и сокращая объемы выпускаемой продукции.

1. Химическая переработка: Изобретение более сложных химических процессов позволяет разлагать пластмассы на их исходные мономеры, которые можно использовать для создания новых высококачественный пластик материалы.
2. Замкнутый цикл переработки: Системы замкнутого цикла гарантируют, что переработанные продукты возвращаются в производственный процесс, тем самым сокращая отходы и способствуя устойчивому развитию.
3. Блокчейн для прозрачности: Использование технологии блокчейн в отрасли переработки отходов повышает прозрачность цепочки создания стоимости, что позволяет установить подотчетность на каждом этапе этой сети.
4. Гибридные заводы по переработке: На этих предприятиях сочетаются как механические, так и химические методы переработки различных категорий или типов отходов, включая пластмассы.

Что является причиной различий в различных видах пластика?

Характеристики полиэтилена, полистирола и поливинилхлорида

1. Полиэтилен (ПЭ): Полиэтилен — это универсальный термопластичный материал который обладает сильной химической стойкостью, а также долговечностью и гибкостью. Он легкий и поэтому часто используется для упаковочных материалов, таких как контейнеры или пластиковые пленки. Прочность варьируется в зависимости от того, является ли он высокоплотным или низкоплотным, что влияет на уровень проницаемости.
2. Полистирол (ПС): Этот полимер обладает превосходной прозрачностью благодаря своей жесткой структуре. Типичные области применения включают одноразовые столовые приборы, упаковочные материалы и изоляцию, где высокие температуры не задействованы, но ударная прочность не является критической; однако вместо этого можно использовать вспененный полистирол (EPS), если необходимо максимально увеличить легкость.
3. Поливинилхлорид (ПВХ): ПВХ — прочные и жесткие термопластики, которые наиболее эффективно противостоят деградации окружающей среды среди всех видов пластика. Они могут быть гибкими или жесткими в зависимости от области применения, поэтому широко применяются в строительной отрасли, например, в качестве труб для зданий или электроизоляции и т. д. Однако с этим материалом следует обращаться осторожно, поскольку в процессе его производства и утилизации в окружающую среду могут выделяться вредные вещества, что требует надлежащих методов управления для предотвращения проблем с загрязнением.

Применение и использование различных видов пластика

1. Поли(этилен) (ПЭ): Его обычно используют для изготовления хозяйственных сумок, бутылок, а также контейнеров, поскольку он гибкий и устойчив к влаге.
2. Полистирол (ПС): Из этого типа часто делают одноразовые приборы, такие как ложки или вилки, из-за его твердости. Он также прозрачный, поэтому люди могут легко увидеть, что внутри — отличный выбор, когда нам нужны изоляционные панели!
3. Поливинилхлорид (ПВХ): Одним из способов использования этого материала может быть строительство труб, используемых в сантехнических целях; другой способ предполагает создание сайдинга на домах вместе с оконными рамами, поскольку эти вещи должны долго служить снаружи зданий, не сгнивая. Плюс им нужно что-то достаточно прочное, чтобы не повреждаться водой. Электрические провода иногда требуют покрытия материалами, которые могут выдерживать определенные факторы окружающей среды; поэтому поливинилхлорид служит отличным вариантом благодаря своей стойкости к деградации, вызванной воздействием тепла или ультрафиолетового излучения.

Преимущества и недостатки одноразового пластика

Преимущества:

• Удобство: Одноразовая посуда — это быстрое решение для упаковки и подачи еды, позволяющее легко есть на ходу.
• Дешевый: Обычно более низкие производственные затраты приводят к более низким ценам как для потребителей, так и для предприятий.
• Чистота: Их часто стерилизуют перед использованием в медицинских учреждениях или на предприятиях общественного питания, что помогает предотвратить загрязнение.

Недостатки:

Воздействие на природу: Они ответственны за большую часть загрязнения мира пластиком, который разлагается на свалках сотни лет.

Используйте слишком много ресурсов: Для их производства требуется большое количество ископаемого топлива, которое только на этапах добычи, переработки и транспортировки выбрасывает в атмосферу углекислый газ.

Трудно поддается вторичной переработке: Либо они не подлежат переработке, либо перерабатываются с использованием неэффективных систем переработки, если таковые имеются, что еще больше нагружает окружающую среду.

Справочные источники

Пластик

Природный газ

Полимер

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Какое сырье является основным в производстве пластика во всем мире?

A: Основным сырьем для мирового производства пластика являются природный газ и нефть. На нефтеперерабатывающем заводе большинство синтетических пластиков получают из нефти, которая была очищена для получения необходимых элементов.

В: Как из ископаемого топлива производят пластик?

A: Пластик образуется из ископаемого топлива посредством химических процессов. Мономеры, такие как этилен и пропилен, производятся путем переработки сырой нефти или природного газа. Эти мономеры подвергаются полимеризации для создания длинных цепочек полимеров, из которых состоят пластики. Часто они поставляются в виде гранул.

В: Какой пластик был первым, созданным человеком, и для чего он использовался?

A: Бакелит, изобретенный Лео Бакеландом в 1907 году, был первым синтетическим пластиком. Поскольку он непроводящий и термостойкий, его используют в качестве электроизолятора и для предметов домашнего обихода.

В: Какую роль играет нефтехимическая промышленность в производстве пластмасс?

A: Нефтехимический сектор важен для производства различных форм пластика путем использования сырья, такого как нефть и природный газ, для создания необходимых мономеров и полимеров, которые их формируют. Он также создает определенные типы с различными свойствами для различных применений.

В: Какие вещи вокруг нас сделаны из пластика?

О: Пищевая упаковка, бутылки (пластик), игрушки (пластик), медицинские приборы (пластик), автомобильные детали (пластик) и предметы домашнего обихода (пластик) — вот некоторые распространенные изделия, изготавливаемые из этого универсального материала.

В: Как производство пластика влияет на здоровье и окружающую среду?

A: Как здоровье, так и окружающая среда могут быть существенно затронуты производством пластика в течение его жизненного цикла. Этот процесс использует токсичные химикаты, выделяя парниковые газы, что приводит к загрязнению, которое вызывает изменение климата, а также образованию вредных побочных продуктов, вдобавок к тому, что отходы, остающиеся необработанными, могут нанести вред дикой природе, живущей в экосистемах, где находится этот мусор.

В: Существуют ли альтернативы пластику на основе ископаемого топлива?

A: Да, существуют альтернативы пластику, полученному из ископаемого топлива. Такие материалы, как биопластик, изготовленный из возобновляемых ресурсов, таких как кукурузный крахмал или сахарный тростник, становятся все более популярными в последние годы, поскольку они могут помочь снизить нашу зависимость от невозобновляемых источников энергии, оказывая при этом меньшее воздействие на окружающую среду.

В: Каков жизненный цикл пластиковых изделий?

A: Добыча сырья, производство и изготовление, распространение, использование и утилизация/переработка являются частью жизненного цикла пластикового продукта. На протяжении этого цикла могут возникать различные воздействия на окружающую среду, при этом отходы, отправляемые на свалки или в океаны, являются особенно проблематичными.

В: Каким образом пластик удовлетворяет растущий мировой спрос на пластмассы?

A: Чтобы идти в ногу с растущим мировым спросом на пластмассы, промышленность постоянно придумывает новые способы сделать их более эффективными и адаптируемыми. Технологические достижения вместе с материаловедением открыли двери, которые позволили производить множество различных видов, каждый из которых может похвастаться уникальными качествами, подходящими для различных секторов.

В: Что происходит после того, как мы выбрасываем использованный пластик?

A: После утилизации использованный пластик можно перерабатывать, сжигать или отправлять на свалки. Переработка — это вариант, при котором старые предметы превращаются в новые, тем самым продлевая срок их службы, но не все типы можно перерабатывать. Сжигание производит энергию, хотя также выделяет загрязняющие вещества, в то время как захоронения следует избегать из-за его долгосрочных экологических последствий.