Középszint

Az anyag nem tűnik el, amikor kidobjuk

A tárgy lehet szükségtelen a használónak, de anyagai tovább léteznek. A kezelés célja a képződő hulladék és a veszély csökkentése, illetve a hasznosítható anyagok visszanyerése. A nem veszélyes besorolás sem jelenti azt, hogy korlátlan mennyiségben bárhová kerülhet következmény nélkül.

Ugyanaz a hulladék többféleképpen csoportosítható

SzempontPéldaMi következik belőle?
KeletkezésHáztartási, ipari vagy mezőgazdasági tevékenység.A forrás a mennyiséget és összetételt is befolyásolja.
AnyagösszetételFém, üveg, papír, polimer vagy több anyag együtt.A visszanyerési eljárást az összetételhez választjuk.
Fizikai állapotSzilárd darab, iszap vagy folyékony maradék.Más gyűjtési, szétválasztási és szállítási mód lehet szükséges.
Veszélyes tulajdonságMérgező, maró, gyúlékony vagy reakcióképes összetevő.Az összetétel és az érintkezés módja is számít; a besorolás nem pusztán a tárgy neve.

A kezelés után is keresd meg az anyag helyét

A szemét a hétköznapi nyelvben gyakran a már nem használt tárgyat jelenti. Ebből nem következik, hogy az anyaga értéktelen vagy kémiailag eltűnik. A hulladékkezelésben az anyagáram útját követjük: mi kerül vissza alapanyagként, mi lesz más termék, mi jut a levegőbe vagy vízbe, és mi marad vissza szilárd formában.

A veszélyes összetevő és a hasznosítható anyag ugyanabban a tárgyban is jelen lehet. Egy elektronikai berendezésben például értékes fém és külön kezelést igénylő alkatrész is lehet. A visszanyerés előtt ezért fontos a szétválasztás; a keverés nem feltétlenül könnyíti a feldolgozást.

A megelőzéstől az ártalmatlanításig

A megelőzéstől az ártalmatlanításigA tárgy megtartása és az anyagának újrafeldolgozása külön művelet. A feldolgozási láncban energia, segédanyag és veszteség is van.A megelőzéstől azártalmatlanításigMegelőzésKevesebb nyersanyag ésszükségtelen termék.ÚjrahasználatUgyanaz a tárgy újabb használaticiklust teljesít.Anyagában hasznosításA hulladék anyagából új termékkészül.Energetikai hasznosítás /ártalmatlanításKülönböző utolsó lehetőségek;nem azonosak az anyagvisszanyerésével.
Ábra szöveges leírása
LépésMagyarázat
MegelőzésKevesebb nyersanyag és szükségtelen termék.
ÚjrahasználatUgyanaz a tárgy újabb használati ciklust teljesít.
Anyagában hasznosításA hulladék anyagából új termék készül.
Energetikai hasznosítás / ártalmatlanításKülönböző utolsó lehetőségek; nem azonosak az anyag visszanyerésével.
A tárgy megtartása és az anyagának újrafeldolgozása külön művelet. A feldolgozási láncban energia, segédanyag és veszteség is van.

Öt különböző cél a hulladékgazdálkodásban

LehetőségPélda és jelentés
MegelőzésA szükségtelen termék vagy csomagolás eleve nem készül el; kevesebb hulladék keletkezik.
Újrahasználatra való előkészítésA hulladékká vált tárgy ellenőrzése, tisztítása vagy javítása után újra használható.
ÚjrafeldolgozásAz anyagból új termék készül, például az üvegtörmelék beolvasztásával.
Egyéb hasznosításPéldául hasznosítható energia kinyerése; az eredeti anyag ezzel nem feltétlenül kerül vissza alapanyagként.
ÁrtalmatlanításA megmaradó hulladék kezelése és elhelyezése; nem azonos az anyag visszanyerésével.

Az anyagszerkezet befolyásolja a feldolgozást

AnyagMi hasznosítható?Milyen korlát van?
AlumíniumMegfelelően válogatva újraolvasztható.Ötvözet, bevonat és szennyezés; gyűjtési veszteség.
ÜvegTisztítva és válogatva újraolvasztható.Energiaigény; eltérő üvegtípusok és szín.
PapírCellulózrost visszanyerhető.Rostok rövidülése, bevonatok és szennyezés.
Hőre lágyuló műanyagEgyes tiszta anyagáramok újraformázhatók.Eltérő polimerek, adalékok és lánclebomlás.
Térhálós gumiŐrleményként vagy más eljárással hasznosítható.A kovalens térháló nem egyszerűen megolvasztható.
Elektronikai hulladékFémek és egyes anyagok célzottan visszanyerhetők.Összetett szerkezet és veszélyes összetevők.

A műanyag jelölése az anyagot azonosítja

JelölésAnyagSzerkezeti kapcsolat
1 PETPoli(etilén-tereftalát)Poliészter: a láncban észtercsoport van.
2 HDPE; 4 LDPENagy, illetve kis sűrűségű polietilénHasonló láncalapegység, eltérő elágazottság és anyagtulajdonságok.
3 PVCPoli(vinil-klorid)Klórtartalmú oldalcsoportok a szénláncon.
5 PPPolipropilénMetiloldalcsoportok a szénláncon.
6 PSPolisztirolFeniloldalcsoportok a szénláncon.
7 OTHERMás anyag vagy anyagcsoportNem egyetlen polimer képlete és nem általános újrafeldolgozhatósági garancia.

Miért előny a tiszta, szétválasztható anyagáram?

Az alumínium újraolvasztásánál már megvan a fémes alumínium: nem kell ismét az oxidból redukálni minden visszanyert atomot. Az olvasztás ettől még energiát igényel, és az oxidáció, a szennyezők, illetve az ötvözet összetétele korlátozhatják a visszanyerést. Az újraolvaszthatóság nem jelent automatikusan teljes gyűjtést és veszteségmentes feldolgozást.

Üvegnél az összetétel és a szín, papírnál a rostok állapota és a bevonat is fontos. A papír rövidülő rostjait nem lehet korlátlanul az eredeti tulajdonságú termékké alakítani. A többféle, erősen összekapcsolt réteg különválasztása nehezebb lehet, mint egy tiszta, egynemű alapanyag feldolgozása.

Aprózódás és lebomlás nem ugyanaz

A műanyag UV-fény és mechanikai hatás következtében kisebb darabokra töredezhet; ettől még polimerdarab maradhat. A teljes biológiai lebomlás összetettebb: megfelelő körülmények között a szerves anyag végül kisebb molekulákká, például CO2-dá, vízzé és biomasszává alakul. A bioalapú eredet és a biológiai lebonthatóság külön tulajdonság.

Egy anyag komposztálhatósága adott hőmérsékletre, időre és más vizsgálati feltételekre vonatkozik. Nem következik belőle, hogy a folyóban, utcán vagy házi komposztban gyorsan eltűnik.

A polimerdarab töredezése és a biológiai átalakulás különbsége

A polimerdarab töredezése és a biológiai átalakulás különbségeA felső panelen a kilenc kék jel a polimerdarab különböző szakaszait szemlélteti; töredezés után is mind a kilenc megmarad. A jelek nem egy konkrét molekula összes atomját ábrázolják. A kisebb darabok megjelenése önmagában nem bizonyít teljes biológiai lebomlást. Az alsó panel külön példája olyan szerves anyagra vonatkozik, amelyet mikroorganizmusok megfelelő aerob körülmények között át tudnak alakítani. A szén egy része CO_{2}-ba, más része az élőlények anyagaiba kerülhet. Ez nem azt jelenti, hogy bármely műanyag ugyanilyen módon vagy ugyanannyi idő alatt lebomlik. Oxigénszegény környezetben a termékek között metán is megjelenhet.Aprózódás és lebomlásAprózódás: kisebb darabokPolimerdarabA részek továbbra is polimerek.Biológiai lebomlásMegfelelő szerves anyagCO2 + H2O + biomasszaAerob körülmények közöttA kisebb darab nem eltűnt anyag.
Ábra szöveges leírása
LépésMagyarázat
AprózódásKisebb polimerdarabok képződhetnek; a polimer jelleg megmaradhat.
Biológiai átalakulásA mikroorganizmusok megfelelő anyagot és körülményeket igényelnek.
AnyagmegmaradásAz átalakulás termékeit és a környezetből felvett anyagokat is számoljuk.
A felső panelen a kilenc kék jel a polimerdarab különböző szakaszait szemlélteti; töredezés után is mind a kilenc megmarad. A jelek nem egy konkrét molekula összes atomját ábrázolják. A kisebb darabok megjelenése önmagában nem bizonyít teljes biológiai lebomlást. Az alsó panel külön példája olyan szerves anyagra vonatkozik, amelyet mikroorganizmusok megfelelő aerob körülmények között át tudnak alakítani. A szén egy része CO2-ba, más része az élőlények anyagaiba kerülhet. Ez nem azt jelenti, hogy bármely műanyag ugyanilyen módon vagy ugyanannyi idő alatt lebomlik. Oxigénszegény környezetben a termékek között metán is megjelenhet.

A lebomlás ideje nem az anyagnév egyetlen állandója

A fény, oxigén, víz, hőmérséklet, a darabméret, az anyag szerkezete és a mikroorganizmusok együtt befolyásolják az átalakulást. Egy tiszta cellulózrostot, bevont papírt és nedves, oxigénszegény lerakóban lévő tárgyat ezért nem írunk le ugyanazzal a feltétel nélküli „néhány hét” adattal.

A bioalapú azt mondja meg, honnan származik az alapanyag egy része; a biológiailag lebontható azt, milyen átalakulásra képes meghatározott körülmények között. A komposztálhatóság még további feltételekhez kötött. Egyik címke sem jelenti, hogy a tárgy tetszőleges környezetben gyorsan vagy nyom nélkül eltűnik.

Mi történik a szerves hulladékkal?

Aerob komposztálásban mikroorganizmusok oxigén felhasználásával alakítják át a megfelelő szerves hulladékot; hő és CO2 is keletkezik. A nedvesség, levegőzés és alapanyag-összetétel fontos. Anaerob lebontásban metánt is tartalmazó biogáz keletkezhet. A metán ellenőrzött hasznosítása és szabad légköri kibocsátása eltérő környezeti következmény.

A komposzt javíthatja a talaj szerkezetét és tápanyagellátását, de nem garantálja minden növény számára minden tápanyag elegendő mennyiségét.

Oxigén jelenlétében és oxigén nélkül más út dominálhat

EljárásKémiai és biológiai kapcsolatMire figyelj?
Aerob komposztálásMikroorganizmusok oxigén felhasználásával alakítják át a szerves anyagot; CO2, hő és stabilabb szerves maradék is képződik.Nem minden szén kerül azonnal CO2-ba; megfelelő levegőzés és nedvesség kell.
Anaerob lebontásOxigén nélkül metánt és CO2-ot tartalmazó biogáz képződhet.A biogáz és a visszamaradó anyag is az anyagmérleg része; a maradék nem automatikusan kész komposzt.
Komposzt felhasználásaSzerves anyagot és tápanyagokat juttathat vissza a talajba.A tápanyagarány és a növény igénye dönt; nem garantál teljes tápanyagellátást.

A szén útjának egyszerű aerob példája

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O

A képlet egy tiszta glükóz teljes oxidációjának nettó mérlege. A valós komposzt összetett elegy, és a mikroorganizmusok anyagába, valamint a komposztba is kerül szén; a képlet nem a teljes komposztálás egyenlete.

Az égetés átalakítja az anyagot

Oxigén jelenlétében a polimer szén- és hidrogéntartalma megfelelő égési körülmények között CO2-dá és vízzé alakulhat. Tökéletlen égéskor CO, korom és más termékek is keletkezhetnek. Az adalékok és a polimer egyéb elemei miatt a termékek nem írhatók le minden műanyagnál ugyanazzal a két anyaggal.

Klórtartalmú polimerből például HCl is képződhet; a füstgáz kezelése ezért külön feladat. A keletkező gáz és szilárd maradék egyaránt az anyag útjának része. Az elégetett hulladék kisebb szilárd térfogata nem jelenti a benne lévő atomok megszűnését.

Kidolgozott példa: polietilén teljes égése: mennyi szén-dioxid képződik?

Feladat: 140 g tiszta polietilén teljes égését a (C2H4) ismétlődő egységgel közelítjük;
a láncvégi csoportok tömegét elhanyagoljuk.
M(C2H4) = 28,0;
M(CO2) = 44,0 gmol.
Mennyi CO2 képződik?

Az ismétlődő egység nettó égési mérlege C2H4 + 3 O2 → 2 CO2 + 2 H2O.
Ez a polimer összetételéből származó számítási séma, nem azt állítja, hogy a polietilén eténmolekulák elegye.

14028,0 = 5,00 mol ismétlődő egységgel számolunk.
Ebből 10,0 mol CO2 képződik;
tömege 10,0 · 44,0 = 440 g.

A szén tömege kezdetben 5,00 · 24,0 = 120 g, a CO2-ban is 10,0 · 12,0 = 120 g.
A többlettömeg oxigénből származik.
A teljes mérlegben 140 g polimer és 480 g oxigén ad 440 g CO2-ot és 180 g vizet: mindkét oldalon 620 g van.

Kidolgozott példa: hány használat után kedvezőbb?

Feladat: Egy újrahasználható csomagolás gyártása 800 energiaegység, egy használat utáni tisztítása 20.
Az egyszer használatos gyártása 70 egység/használat.
Csak ezt a két műveletet számoljuk.

n használatnál az újrahasználható: 800+20n;
az egyszer használatos: 70n.

800+20n<70n → n>16. 17 használattól az újrahasználható kedvezőbb a megadott egyszerű modellben.

A szállítás, eltörés és tisztítási víz kimaradt.
Az eredmény ezért erre a rendszerhatárra érvényes, nem minden termékre általános küszöb.

Az újrahasználható és az egyszer használatos csomagolás példabeli energiaigénye

Az újrahasználható és az egyszer használatos csomagolás példabeli energiaigényeA görbék a jegyzet 800 + 20n és 70n energiaegységes modelljét ábrázolják. Az újrahasználható tárgy egyszeri gyártásának energiaigénye nagyobb, de minden használathoz csak a megadott tisztítási igény adódik. Az egyszer használatosból minden alkalommal új tárgy készül. A két egyenes n = 16-nál metszi egymást: mindkét érték 1120 egység. Egész számú használatoknál 17-től kisebb a kék érték. Az egyeneseket a kapcsolat szemléltetésére folytonosan rajzoltuk; a használatok száma egész. Az eredmény a megadott műveletekre és feladatadatokra érvényes, nem minden csomagolásra általános küszöb.Mikor térül meg a többszöri használat?Összes energiaigény (egység)040080012001600081624Használatok száma: nn = 16: egyenlőÚjrahasználható: 800 + 20nEgyszer használatos: 70n17 használattól a kék érték kisebb.
Adattáblázat megtekintése
HasználatÚjrahasználható, energiaegységEgyszer használatos, energiaegység
08000
8960560
1611201120
1711401190
2412801680
A görbék a jegyzet 800 + 20n és 70n energiaegységes modelljét ábrázolják. Az újrahasználható tárgy egyszeri gyártásának energiaigénye nagyobb, de minden használathoz csak a megadott tisztítási igény adódik. Az egyszer használatosból minden alkalommal új tárgy készül. A két egyenes n = 16-nál metszi egymást: mindkét érték 1120 egység. Egész számú használatoknál 17-től kisebb a kék érték. Az egyeneseket a kapcsolat szemléltetésére folytonosan rajzoltuk; a használatok száma egész. Az eredmény a megadott műveletekre és feladatadatokra érvényes, nem minden csomagolásra általános küszöb.
Kidolgozott példa: mit változtat a tisztítás energiaigénye?

Feladat: Az eredeti újrahasználati példában a tisztítás energiaigénye 20 helyett 30 egység használatonként.
A gyártás továbbra is 800, az egyszer használatos megoldás 70 egység/használat.
Hány használattól kisebb az újrahasználható energiaigénye?

A két érték 800 + 30n és 70n.
Az egyenlőség 800 = 40n, tehát n = 20-nál áll fenn.

Szigorúan kisebb energiaigényhez n > 20 kell: egész használatszámnál 21-től kedvezőbb az újrahasználható a megadott modellben.

A gyártási többletet most használatonként csak 40, korábban 50 egység megtakarítás ellensúlyozza.
Ugyanaz a tárgy más tisztítási adatokkal más küszöböt ad;
a következtetéshez a műveletek adatai is kellenek.

Mit hasonlítunk össze: darabot vagy elvégzett feladatot?

Életciklus-összehasonlításban legyen azonos a szolgáltatás, például 1000 liter ital csomagolása. Számítsd hozzá a nyersanyagot, gyártást, szállítást, használatot, tisztítást és hulladékkezelést. A rendszerhatár megmondja, mely folyamatokat vettük figyelembe.

A nagyobb tömeg növelheti a szállítás terhét, a tartósság viszont több használatot enged. A „papír mindig jobb” és „üveg mindig jobb” állítás ezért nem elég: a teljes anyag- és energiautat kell összevetni.

Életciklus-összehasonlítás azonos szolgáltatásra és megadott rendszerhatárral

Életciklus-összehasonlítás azonos szolgáltatásra és megadott rendszerhatárralNem egy üvegpalackot és egy más térfogatú műanyag palackot állítunk közvetlenül egymás mellé, hanem ugyanannyi ital megfelelő csomagolását. A keret mutatja, mely fő műveleteket vizsgáljuk. Minden lépéshez tartozhat energia- és anyagigény, szállítás és kibocsátás; a szállítást az ábra egy gyűjtődobozban mutatja, de valós folyamatban több lépés között is szükséges lehet. Újrahasználatkor a használat és tisztítás ismétlődik, az új tárgy gyártása nem minden alkalommal. Az összehasonlítás eredménye a választott mutatótól, az adatoktól és a rendszerhatártól függ: az energiaigény, vízhasználat és üvegházgáz-kibocsátás külön mennyiségek.Ugyanazt a szolgáltatást hasonlítsdPélda: 1000 liter ital csomagolásaA vizsgálat rendszerhatáraNyersanyagGyártásSzállításHasználat és tisztításHulladékkezelésAnyag és energia minden lépéshezKibocsátás és maradék is keletkezhet.A kihagyott lépés módosíthatja az eredményt.
Ábra szöveges leírása
LépésMagyarázat
NyersanyagAzonos szolgáltatásra számított anyag- és energiaigényt vizsgálunk.
GyártásAzonos szolgáltatásra számított anyag- és energiaigényt vizsgálunk.
SzállításAzonos szolgáltatásra számított anyag- és energiaigényt vizsgálunk.
Használat és tisztításÚjrahasználatnál ismétlődhet.
HulladékkezelésAzonos szolgáltatásra számított anyag- és energiaigényt vizsgálunk.
Nem egy üvegpalackot és egy más térfogatú műanyag palackot állítunk közvetlenül egymás mellé, hanem ugyanannyi ital megfelelő csomagolását. A keret mutatja, mely fő műveleteket vizsgáljuk. Minden lépéshez tartozhat energia- és anyagigény, szállítás és kibocsátás; a szállítást az ábra egy gyűjtődobozban mutatja, de valós folyamatban több lépés között is szükséges lehet. Újrahasználatkor a használat és tisztítás ismétlődik, az új tárgy gyártása nem minden alkalommal. Az összehasonlítás eredménye a választott mutatótól, az adatoktól és a rendszerhatártól függ: az energiaigény, vízhasználat és üvegházgáz-kibocsátás külön mennyiségek.

Felidéző gyakorlás

Melyik példa újrahasználat?

Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.

Válassz egy választ
Források

Tankönyvi kapcsolódás

Oktatási Hivatal: Kémia 9–10., II. kötet, 214–219. nyomtatott oldal; 99–100. lecke. A PDF-ben a nyomtatott oldalszámhoz 1-et adj hozzá.

A magyarázatok, hasonlatok és feladatok önálló feldolgozások. A közép- és emelt szintű követelmények ellenőrzésének alapja az Oktatási Hivatal részletes követelményrendszere.

Kapcsolódó források

Tankönyv: Kémia 9–10., II. kötet, 214–219. nyomtatott oldal. Az OH részletes követelményei szerint a műanyagok környezetvédelmi kapcsolatai (3.9.2.3–3.9.2.4), az energiagazdálkodás (3.10) és az általános természettudományos érvelési kompetenciák tartoznak ide. A kiegészítő számítások a megadott modellek önálló gyakorlófeladatai.

A hulladékhierarchia és az anyagkezelési fogalmak: Európai Bizottság. Újrafeldolgozás és polimerjelölés: US EPA. Komposztálás: US EPA. Életciklus és az összehasonlítás alapja: EPA: Life Cycle Assessment – Principles and Practice. A rajzok saját szemléltetések; nem üzemi adatsorok vagy gyűjtési útmutatók.

Az 1–7-es anyagazonosító jelölések: NIH. A mechanikai és kémiai újrafeldolgozás, valamint a PET kisebb molekulákra bontásának példája: DOE BOTTLE-összefoglaló.