Arbejdsrapport fra Miljøstyrelsen, 4/2005 – Forbehandling af hærdeplastbaserede kompositmaterialer til genanvendelse

Forbehandling af hærdeplastbaserede kompositmaterialer til genanvendelse

Sammenfatning og konklusioner

I dette projekt er effektiviteten af forskellige metoder til at forbehandle affald af udtjente kompositmaterialer undersøgt. Forbehandlingen er nødvendig, hvis kompositaffaldet skal genanvendes. Mængden af kompositaffald forventes at stige betydeligt i fremtiden, og dette affald udgør et potentielt ressource for samfundet, som det - afhængig af en samlet vurdering af de miljømæssige, tekniske og samfundsmæssige forhold - kan være formålstjenligt at udnytte. Der er i projektet hovedsageligt fokuseret på de tekniske forhold vedr. forbehandling af kompositaffald, mens de økonomiske og miljømæssige forhold kun i begrænset omfang er vurderet.

Forbehandlingsmetoderne er undersøgt ud fra i hvor høj grad de værdifulde egenskaber i materialerne bibeholdes under forbehandlingen og frem til den endelige genanvendelse. Jo flere og bedre egenskaber det forbehandlede materiale bibeholder, jo højere værdi kan materialet bidrage med under den endelige genanvendelse. Overordnet set sigtes der mod, at det forbehandlede materiale kan bidrage med en høj værdi ved genanvendelse af materialet og ved fremstilling af nye produkter.

To overordnede metoder til forbehandling af kompositaffald i form af glasfiberarmeret plast er undersøgt:

Termisk forbehandling, hvor plastmaterialet forbrændes under energigenvinding, og hvor egenskaberne af det tilbageværende uorganiske materiale, primært glasfibre, er undersøgt. Forbrændingen kan gennemføres vha. flere forskellige metoder, og i dette projekt har der hovedsageligt været fokuseret på en pyrolyselignende forbrænding, der foregår i to trin
Mekanisk forbehandling, hvor kompositaffaldet neddeles, og hvor egenskaberne af det neddelte materiale er undersøgt

Der er desuden fremstillet prøveemner af det termisk forbehandlede materiale til bestemmelse af egenskaberne ved endelig genanvendelse af materialet. De praktiske forsøg er foretaget på kompositaffald fra vindmølleindustrien i form af udskæringer af kompositdele af to forskellige typer plastmateriale, polyester og epoxyplast.

På baggrund af undersøgelserne vedrørende den termisk forbehandling kan det konkluderes, at glasfibrenes brudstyrke under den termiske forbehandling reduceres med mere end 50%. Disse reducerede egenskaber har dog vist sig tilstrækkelige til, at de forbehandlede glasfibre ved imprægnering med umættet polyester eller epoxyplast kan bruges til fremstilling af produkter, hvortil der stilles moderate krav til mekaniske egenskaber. Produkterne vil kunne fremstilles ved kendte produktionsmetoder som håndoplægning, vakuuminjektion og presning.

For at opnå lettere håndtering af de termisk forbehandlede glasfibre bør der udvikles bedre metoder til at binde glasfibrene, så de kan anvendes på tilsvarende måde, som det kendes for nye glasfibermåtter og rovingvæv. Endvidere vil det være hensigtsmæssigt både af miljømæssige (generende støv) og procesmæssige årsager at udvikle effektive metoder til at fjerne uorganiske partikler og støv, i form af f.eks. farvepigmenter og brandhæmmende additiver, fra glasfibrenes overflade.

Der har været gennemført forsøg med at påføre de forbehandlede glasfibre en size for at forbedre bøjestyrken af de prøveplader, som er fremstillet af de forbehandlede glasfibre. Effekten var dog umiddelbart beskeden, idet det kun for en enkelt prøveplade af polyesterlaminat lykkedes at forbedre bøjestyrken med 11%, mens bøjestyrken for de øvrige 5 prøveplader forblev uændret. Derimod viste resultaterne en væsentligt mindre spredning på bøjestyrken ved resizing i forhold til de ikke resizede prøveplader, dvs. at man ved at resize de forbehandlede glasfibre kan opnå en mere ensartet kvalitet af egenskaber.

Af de termisk forbehandlede glasfibre er der ved vakuum-injektionsmetoden blevet fremstillet tre forskellige typer demonstrationsemner. Emnerne er forskellige i udstrækning og højde, og de viser umiddelbart, at det er muligt at støbe enkle emner uden større problemer. Binding af de forbehandlede glasfibre med en slags lim vil gøre det lettere at drapere glasfibrene i høje forme, og samtidig forhindre fiberbundterne i at glide fra hinanden.

På baggrund af undersøgelserne vedr. den mekaniske forbehandling er det påvist, at det er muligt at neddele kompositaffald i ensartede fraktioner ved at neddele og sigte materialet ad flere omgange. Af de neddelte kompositfibre, som består af en blanding af glas og plastmateriale, er fremstillet semifleksible ”måtter”, som er bundet sammen med opløsninger af PVA-lim henholdsvis epoxyplast. Disse måtter kan formes og delvist tilpasses et emne, ligesom det er tilfældet med nye glasfibermåtter. Formgivningsmulighederne i forhold til nye glasmåtter eller glasfibre efter termisk forbehandling er dog begrænsede, fordi det neddelte materiale i form af fibre og fiberbundter i ”måtterne” er mere stift i det.

Der er fremstillet prøveplader af semifleksible ”måtter”, men de har vist sig at have lave mekaniske egenskaber. Årsagen hertil er, at der er for mange luftindeslutninger og utilstrækkeligt samvirke mellem neddelt komposit plastmateriale. De semifleksible ”måtter” vil, efter yderligere udvikling, kunne bruges til fremstilling af produkter, hvortil der stilles krav om moderate mekaniske styrkeegenskaber. De semifleksible ”måtter” af neddelt kompositmateriale vil generelt kunne benyttes til støbning ved vakuuminjektion, håndoplægning og presning.

Det er ud fra de gennemførte metoder til forbehandling af kompositmaterialer ikke muligt at sige noget om, hvorvidt termisk forbehandling af kompositmaterialer er mere fordelagtig end mekanisk forbehandling eller omvendt. En sådan vurdering vil afhænge af flere forhold, bl.a. sammensætningen af det konkrete kompositaffald, anvendelsesmuligheder og markeder for det forbehandlede materiale, muligheder for indsamling og sortering af kompositaffaldet, samt hvor i verden kompositmaterialet befinder sig, når det skal bortskaffes.

Overordnet set har den termiske forbehandling de umiddelbare fordele, at de mange forskellige typer af kompositmaterialer baseret på forskellige plastmaterialer efter forbehandlingen vil bestå af en forholdsvis ensartet glasfraktion, som lettere kan samles i store mængder. Afhængig af størrelsen af den konkrete forbrændingsovn vil det ved den termiske forbehandling i mange tilfælde kun være nødvendigt med en begrænset neddeling af de større affaldsemner inden forbehandling. Omvendt kræver den termiske forbehandling typisk store investeringer i form af dyre ovne eller lignende.

Den mekaniske forbehandling vil ikke nødvendigvis kræve så avanceret og investeringstungt neddelingsudstyr, men der kan være stor slitage på udstyret under neddelingen. Det resulterende neddelte kompositmateriale vil typisk bestå af en kompleks blanding af forskellige plastmaterialer, som det sandsynligvis kan være svært at fremstille i en ensartet kvalitet og finde genanvendelsesmuligheder for, med mindre der foretages en sortering. Omvendt, hvis der på et marked kan findes specifikke genanvendelsesmuligheder for det neddelte kompositmateriale, kan den mekaniske forbehandling have sine fordele.

Sammenfattende kan det konkluderes, at der formentlig på sigt vil være behov for anlæg til både termisk og mekanisk forbehandling, hvis en større mængde af forskellige typer udtjente kompositmaterialer skal kunne forbehandles og endeligt genanvendes i Danmark. Mulighederne for endelig anvendelse af de forbehandlede materialer skal ses i lyset af materialernes begrænsede styrkeegenskaber i kombination med prisen. I denne forbindelse bør det nævnes, at en af de væsentligste årsager til netop at vælge at fremstille produkter af glasfiberforstærket plast, bl.a. er de høje mekaniske styrkeegenskaber, som kompositprodukter kan udvise.

Hvis det genvundne materiale sammenlignes med virgine glasfibre og deres egenskaber og pris, synes det klart, at udfordringen i at udvikle økonomisk og miljømæssigt fordelagtige genanvendelsesløsninger for kompositaffald ligger i at opdrive anvendelsesmuligheder af høj værdi for det genvundne materiale.

Der er gode muligheder for at forbedre og optimere begge de undersøgte forbehandlingsmetoder og det heraf resulterende genvundne materiale, som bør tilpasses specielle anvendelser. Det er afgørende, at det genvundne materiale kan leveres med en ensartet standard og til konkurrencedygtige priser.

Der er i dette projekt lagt vægt på de tekniske forhold for de udvalgte forbehandlingsmetoder, men det udestår at tilpasse de foreliggende resultater til en konkret industriel produktion og undersøge økonomien herved. Endvidere bør der fortages en mere detaljeret miljø- og samfundsøkonomisk vurdering af de forskellige forbehandlings- og efterfølgende endelige genanvendelsesmetoder for kompositmaterialer.