Tworzywa sztuczne o budowie polimerowej są wszechobecne w naszym życiu. Ze względu na swoje właściwości fizyczne i chemiczne oraz niski koszt ich produkcji, wykorzystywane są jako różnego rodzaju opakowania (folie, pojemniki), w budownictwie (okna, drzwi, wykładziny) i przemyśle meblarskim (meble ogrodowe), w przemyśle elektrycznym (izolatory), a także w wielu innych. Powszechne stosowanie tworzyw sztucznych pociąga za sobą negatywne skutki. Po spełnieniu swojej funkcji użytkowej najczęściej stają się odpadami. Ponieważ ciągle jeszcze w większości wykorzystywane tworzywa sztuczne nie ulegają biodegradacji, głównym problemem jest ich utylizacja oraz jej negatywne skutki dla środowiska przyrodniczego.

RLnpxJN7ho4fe

Zdjęcie przedstawia zgniecione butelki plastikowe z kolorowymi etykietami.

Konieczna jest więc racjonalna gospodarka odpadami, w tym w dążeniu do zmniejszenia ilości odpadów z tworzyw sztucznych. Codzienną praktyką i obowiązkiem wynikającym z mocy prawa jest segregowanie odpadów w każdym gospodarstwie domowym oraz ograniczenie zużycia jednorazowych opakowań z tworzyw sztucznych, w tym toreb foliowych.

R1IAkoAEclaJ4

Na zdjęciu znajdują się warzywa i owoce: kapusta, pomidory, pomidorki koktajlowe, winogrona oraz ręka osoby, która trzyma plastikową torebkę.

Jedną z metod utylizacji odpadów z tworzyw sztucznych jest spalaniespalaniespalanie. Proces spalania pozwala z jednej strony pozbyć się znacznych ilości odpadów z wysypisk śmieci, z drugiej jednak strony stanowi poważne zagrożenie dla środowiska naturalnego ze względu na substancje toksyczne emitowane do otoczenia podczas jego przebiegu.

Podstawowymi zanieczyszczeniami związanymi ze spalaniem różnych tworzyw sztucznych są: tlenek węgla($\text{II}$) $\text{CO}$, tlenki siarki, tlenki azotu, mieszaniny węglowodorów, cząstki pyłów o różnych rozmiarach, a także cyjanowodór $\text{HCN}$, chlorowodór $\text{HCl}$, fosgen (dichlorek karbonylu) ${\text{COCl}}_2$, bromowodór $\text{HBr}$, nitrozwiązki, nienasycone związki organiczne NZO, chlorowcopochodne organiczne, alkohole i aldehydy.

Mają one silne własności toksyczne, jednak do najbardziej niebezpiecznych pod względem toksyczności produktów spalania odpadów należą chlorowcopochodne węglowodorów aromatycznych oraz chlorowane pochodne dioksyn i furanów (dioksyny i związki dioksynopodobne).

R1aajOPhKiBW2

Zdjęcie przedstawia dach budynku i komin, z którego wydobywa się dym.

Dlaczego proces spalania prowadzi do mniejszej emisji zanieczyszczeń, gdy przeprowadzany jest w instalacji termicznego przetwarzania odpadów komunalnych?

Spalanie w piecach i małych kotłowniach domowych odbywa się w niskiej temperaturze (od $200°\text{C}$ do $500°\text{C}$). W tych warunkach powstają takie zanieczyszczenia, jak pyły, tlenek węgla($\text{II}$) oraz trwałe zanieczyszczenia organiczne, w tym także dioksyny i furany (PCDD/F) oraz wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA).

W instalacjach termicznego przetwarzania odpadów komunalnych proces ten odbywa się w wyspecjalizowanych kotłach zaopatrzonych w specjalistyczne filtry. Temperatura spalania odpadów w specjalnie przeznaczonych do tego kotłowniach przekracza nawet $1000°\text{C}$. Tak wysoka temperatura powoduje, że odpady spalają się niemal całkowicie, a szkodliwe związki zostają zneutralizowane, natomiast produkty spalania (popiół i żużel) wykorzystywane są jako materiał budowlany.

RxMEQEGqrAZAY

Ilustracja przedstawia trzy zgięte strzałki, tworzące trójkąt. Strzałki są zielone, a ich groty znajdują się pośrodku boków trójkąta.

Zasoby naturalne zużyte do produkcji tworzyw sztucznych są w różnych formach odzyskiwane:

• odzyskiwany jest surowiec (recykling mechaniczny i surowcowy);

• odzyskiwana jest energia (paliwa alternatywne, energia elektryczna, energia termiczna).

W ostatnich latach trwają intensywne prace nad opracowaniem metod i technologii recyklingurecyklingrecyklingu różnych tworzyw polimerowych.

Indeks dolny Źródło: Tworzywa – Fakty 2020.Analiza produkcji, zapotrzebowania oraz odzysku tworzyw sztucznych w Europie, PlasticsEurope. Stowarzyszenie Producentów Tworzyw Sztucznych 12.2020, www.plasticseurope.org, dostęp: 7.04.2020 Indeks dolny koniec_{Źródło: Tworzywa – Fakty 2020.Analiza produkcji, zapotrzebowania oraz odzysku tworzyw sztucznych w Europie, PlasticsEurope. Stowarzyszenie Producentów Tworzyw Sztucznych 12.2020, www.plasticseurope.org, dostęp: 7.04.2020}

Ciekawostka

Powtórny przerób (tzw. recykling) tworzyw sztucznych.

Metoda ta związana jest z selekcjonowaniem zużytych wyrobów z tworzyw sztucznych.

R1BFdfGjRuOTF

Na zdjęciu znajduje się biało czerwona łódź, w której siedzi siedem osób, wyławiających odpady z rzeki.

Indeks dolny Aby zapoznać się z treściami zamieszczonymi w poniższej galerii interaktywnej, przesuwaj zawartość za pomocą strzałek umieszczonych przy bokach grafik. Indeks dolny koniec_{Aby zapoznać się z treściami zamieszczonymi w poniższej galerii interaktywnej, przesuwaj zawartość za pomocą strzałek umieszczonych przy bokach grafik.}

R1msrsUet6UZJ

Zdjęcie przedstawia spalarnię odpadów: kilka budynków, jeden wysoki komin, z którego wydobywa się dym.

RTaixnbKZs5LD

Zdjęcie przedstawia elektrociepłownię w Zabrzu. Na jej terenie znajdują się: trzy kominy, budynki ciepłowni, linie transportujące, dwa silosy oraz kilka drzew.

Nowoczesna technologia oraz wyposażanie w szereg urządzeń oczyszczających spaliny pozwala na utylizację odpadów, wytworzenie ciepła, a jednocześnie pozwala emitować spaliny znacznie czystsze od wielu „zwykłych” pieców i ciepłowni.

Dioksyny należą do najsilniej toksycznych związków – jednym z najbardziej niebezpiecznych jest $2$,$3$,$7$,$8$-tetrachlorodibenzodioksyna, w skrócie $2$,$3$,$7$,$8$-TCDD, często oznaczana jako TCDD.

Indeks dolny Aby zapoznać się z treściami zamieszczonymi w poniższej galerii interaktywnej, przesuwaj zawartość za pomocą strzałek umieszczonych przy bokach grafik. Indeks dolny koniec_{Aby zapoznać się z treściami zamieszczonymi w poniższej galerii interaktywnej, przesuwaj zawartość za pomocą strzałek umieszczonych przy bokach grafik.}

REaattI754J3Z

Ilustracja przedstawia ogólne wzory strukturalne cząsteczek polichlorowanych dibenzodioksyn wraz z numeracją atomów węgla. Cząsteczka PCCD składa się z trzech liniowo połączonych, skondensowanych pierścieni sześcioczłonowych, przy czym skrajne pierścienie są aromatyczne, a łączący je pierścień środkowy posiada w swej strukturze dwa atomy tlenu. Pierwszy pierścień aromatyczny, składa się z kolejno połączonych atomów węgla C 1, C 2, C 3, C 4 oraz z dwóch połączonych ze sobą atomów mostkowych wiążących atomy C 1 i C 4. Każdy z dwóch wspomnianych atomów mostkowych łączy się z jednym atomem tlenu. Oba atomy tlenu łączą się zaś w analogiczny sposób z mostkowymi atomami węgla drugiego pierścienia, w którym pozostałe atomy węgla ponumerowano następująco: C 6, C 7 , C 8 oraz C 9. Od środowych części obu pierścieni aromatycznych odchodzą wiązania z atomami chloru (względem których w indeksach dolnych odpowiednio w lewym i w prawym pierścieniu znajdują się litery iks i igrek). Takie przedstawienie stanowi o tym, iż dowolny atom węgla w pierścieniu może być podstawiony atomem chloru w obu pierścieniach. Cząsteczka PCDF składa się z trzech liniowo połączonych, skondensowanych pierścieni, dwóch skrajnych sześcioczłonowych, aromatycznych oraz łączącego je pierścienia środkowego, który jest pięcioczłonowy i posiada w swej strukturze jeden atom tlenu. Pierwszy pierścień aromatyczny, składa się z kolejno połączonych atomów węgla C 1, C 2, C 3, C 4 oraz z dwóch połączonych ze sobą atomów mostkowych wiążących atomy C 1 i C 4. Pierwszy z dwóch wspomnianych atomów mostkowych łączy się z jednym atomem tlenu, a drugi z mostkowym atomem węgla kolejnego pierścienia. Atom tlenu również łączy się w analogiczny sposób z drugim mostkowym atomem węgla trzeciego pierścienia, w którym pozostałe atomy węgla ponumerowano następująco: C 6, C 7 , C 8 oraz C 9. Od środowych części obu pierścieni aromatycznych odchodzą wiązania z atomami chloru (względem których odpowiednio w lewym i w prawym pierścieniu, znajdują się litery iks i igrek). Takie przedstawienie stanowi o tym, iż dowolny atom węgla w pierścieniu może być podstawiony atomem chloru w obu pierścieniach.

RD4ERZ7YDNxO0

Ilustracja przedstawia wzór strukturalny $2$,$3$,$7$,$8$-tetrachlorodibenzo‑p-dioksyny. Składa się z trzech liniowo połączonych, skondensowanych pierścieni sześcioczłonowych, przy czym skrajne pierścienie są aromatyczne, a łączący je pierścień środkowy posiada w swej strukturze dwa atomy tlenu. Pierwszy pierścień aromatyczny, składa się z kolejno połączonych atomów węgla C 1, C 2, C 3, C 4 oraz z dwóch połączonych ze sobą atomów mostkowych wiążących atomy C 1 i C 4. Każdy z dwóch wspomnianych atomów mostkowych łączy się z jednym atomem tlenu. Oba atomy tlenu łączą się zaś w analogiczny sposób z mostkowymi atomami węgla drugiego pierścienia, w którym pozostałe atomy węgla ponumerowano następująco: C 6, C 7 , C 8 oraz C 9. Atomy węgla w pierścieniach aromatycznych C 2, C 3, C 7 oraz C 8 podstawione są atomami chloru.

Dioksyny są zaliczane są do grupy niebezpiecznych związków, określanych mianem trwałych zanieczyszczeń organicznych (TZO), ze względu na fakt ich dużej odporności na rozkład. Degradacji ulegają dopiero w temperaturze powyżej 1200°C. Dioksyny jako produkt uboczny powstają w śladowych ilościach podczas różnych reakcji chemicznych prowadzonych w przemyśle bądź samorzutnie, np. w procesach spalania drewna i wszelkich związków organicznych zawierających chlor.

Słownik

Bibliografia

Dudek‑Różycki K., Płotek  M., Wichur T., Węglowodory. Repetytorium i zadania, Kraków 2020.

Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Kompendium terminologii oraz nazewnictwa związków organicznych. Poradnik dla nauczycieli i uczniów, Kraków 2020.

Hassa R., Mrzigod J., Nowakowski J., Dioksyny [w:] Podręczny słownik chemiczny, Katowice 2004.

Struciński P., i in., Dioksyny a bezpieczeństwo żywności, „Rocznik Państwowego Zakładu Higieny” 2011, t. 62, nr 1, s. 3‑17.

Van Den Berg M., Birnbaum L. S., Denison M., De Vito M.,  i in., The 2005 World Health Organization reevaluation of human and 26 mammalian toxic equivalency factors for dioxins and dioxin‑like compounds, „Toxicological Sciences” 2006, t. 93, nr 2, s. 223‑241.