Анализ современных стратегий переработки макулатуры

Д. А. Дулькин, доктор технических наук, компания ОБФ

Анализ современных стратегий переработки макулатуры

Выступление на I Научно-практической конференции «Экологические аспекты современных технологий в химико-лесном комплексе», Архангельск, Северный (Арктический) федеральный университет, 31 мая — 1 июня 2022 года

Мировой рынок тарного картона

Объем мирового потребления тарного картона в 2019 году составил около 170 млн тонн. Почти половина совокупного спроса (81,8 млн тонн) пришлась на Дальний Восток, главным образом на Китай. Второе место заняла Северная Америка (18 процентов), далее идут Западная и Восточная Европа. Рынки Африки, Ближнего Востока, Океании невелики по объему потребления и полностью зависят от импорта.

Доля макулатурного тарного картона в сегменте бумажной упаковки составляла две трети уже к 2015 году и продолжала увеличиваться в последующий период. Прогноз аналитической компании Fastmarkets RISI предсказывает опережающие темпы роста объема потребления тары из макулатурного сырья и в дальнейшем.

Рынок тарного картона в отдельных регионах

В настоящее время соотношение целлюлозного и макулатурного картона на разных рынках неодинаково. Так, Европа потребляет менее 20 процентов первичного волокна, и этот процент продолжает снижаться: играют роль как экономические, так и политико-экологические факторы. Происходит замещение крафт-лайнера на так называемый крафт-топ — двухслойный картон, верхний слой в котором целлюлозный, а основной — макулатурный.

На Дальнем Востоке на целлюлозные виды тарного картона приходится лишь 9 процентов от общего объема потребления. В Китае этот показатель составляет менее 1 процента! Весь спрос в этом регионе «макулатурный».

Противоположная ситуация наблюдается в Северной Америке: три пятых потребления в США и Канаде приходятся на первичное волокно. Рынок жестко консолидирован — несколько крупных игроков контролируют не только производство тарного картона, но и конвертинг и производство гофроупаковки.

Происходящие здесь процессы оказывает существенное влияние на мировые рынки. Америка экспортирует 20 процентов всего объема крафт-лайнера и так или иначе задает глобальный уровень цен. Если здесь ощущается нехватка бумаги, то цены на нее растут во всем мире. И наоборот, при избытке сырья в США, цены снижаются и в других частях света.

Высокая доля целлюлозного картона характерна также для Латинской Америки. Это объясняется значительным удельным весом сельхозпродукции в товарообороте, что предъявляет особые требования к влагостойкости тары.

Самые драматичные изменения происходят на Востоке. В середине прошлого десятилетия Китай ежегодно перерабатывал порядка 80 млн тонн макулатуры, 40 процентов из которых он импортировал. При этом, если в Европу поступало вторичное сырье с предельным содержанием примесей до 1,5 процентов, то в макулатуре, которая оставалась на местных рынках, небумажные примеси могли достигать трети. Переработкой такого сырья занимались мелкие заводы, не располагавшие ни очистными сооружениями, ни соответствующими технологиями, что, конечно же, оказывало негативное влияние на окружающую среду.

В 2017 году правительство Поднебесной объявило о смене курса с экономики производства на экономику потребления. Вступил в действие закон, жестко регламентирующий уровень допустимых загрязнений в импортируемой макулатуре: теперь они не могут превышать 0,5 процента. Это стало радикальным шагом. Если раньше всю самую грязную и некачественную макулатуру продавали в Китай, то теперь сюда присылают самое чистое и качественное сырье. Более того, программа правительства страны нацелена на постепенный полный запрет импорта макулатуры. Компании-переработчики вторичного сырья вынуждены перемещаться в другие страны Юго-Восточной Азии: Вьетнам, Индию, Индонезию, Малайзию, Таиланд.

Курс на снижение массы

Устойчивым трендом в сфере производства гофротары является снижение веса упаковки. В среднем за год вес гофроящика уменьшается на 2 грамма.

Ключевым драйвером этого процесса является рост онлайн-торговли. Дополнительным фактором становится развитие доставки продуктов питания: ритейлеры экспериментируют с характеристиками материалов для минимизации расходов при сохранении достаточного уровня качественных характеристик упаковки. В частности, это реализуется за счет увеличения количества слоев при уменьшении их плотности для той же цели — уменьшения веса.

Стратегии переработчиков и производителей

Структура потребления целлюлозного и макулатурного волокна является определяющей для формирования двух принципиально разных подходов к технологии производства тароупаковки.

Первый путь, по которому идут Америка и Скандинавия, предполагает потребление максимального объема первичного волокна (до 50 процентов в композиции тарного картона) и переработку макулатуры исключительно с высоким бумагообразующим потенциалом, что позволяет снижать массоемкость картона и гофротары.

При этом остается вопрос: каким образом выводить из оборота макулатуру, которая прошла множество циклов переработки и потеряла необходимый уровень качества? Американцы экспортируют низкокачественную макулатуру в Азию, шведы используют ее в качестве топлива (refuse derived fuel — RDF).

Второй подход, которого придерживаются европейские страны и Япония, предусматривает выведение из вторичных материалов во вторичные ресурсы большей части всей макулатуры, независимо от ее качества. В этом случае используются иные технологии переработки низкокачественной макулатуры в картон:

• поверхностная проклейка (с расходами нативного крахмала от 40 до 150 кг/т);

• многосеточное формование с «запечатыванием» во внутренние слои низкосортной макулатуры.

При этом повышается массоемкость тарного картона и гофротары: флютинг массой 190–210 грамм и более является традиционным компонентом гофрокартона.

Ситуация в России

Главный тренд в нашей стране — фактическое снижение бумагообразующего потенциала волокна. По данным лаборатории текущего контроля поступающей макулатуры компании ОБФ, в период с 2008 года по настоящее время средняя длина волокна уменьшилась более чем на 20 процентов, исходная степень помола достигла критического уровня 32 °ШР. То есть разработка волокон и их подготовка к формованию качественного бумажного листа становится все сложнее, у технологов остается все меньше инструментов для регулирования этих процессов.

Данные диаграмм показывают степень влияния многократной переработки на качество волокон и материалов из них. В качестве объектов исследования рассматривались два традиционных полуфабриката для производства тарного картона — лиственная полуцеллюлоза и хвойная сульфатная целлюлоза высокого выхода. Нулевая точка на графиках соответствует анализу свежих волокон после варки. Результаты эксперимента показали, что у лиственной полуцеллюлозы за пять циклов переработки происходит плавное снижение основных свойств волокон (WRV, средняя длина, нулевая разрывная длина) на 15–25 процентов. Межволоконные силы связи лиственного волокна на четвертом цикле переработки снижаются в 9 раз, практически полностью теряя способность к связеобразованию.

Поведение хвойного полуфабриката несколько отличается от лиственного. Резкое снижение отдельных показателей наблюдается уже после первого цикла переработки. Так, водоудерживающая способность после первого цикла сушки сократилась на 25 процентов при общем снижении в течение всего эксперимента на 35 процентов. Межволоконные силы связи после первого цикла теряют 43 процентов способности к свезеобразованию, при общем итоговом снижении в 5 раз.

Непосредственным результатом изменения фундаментальных свойств волокон является снижение физико-механических показателей изготовленных лабораторных образцов. Пять циклов сушки, роспуска и размола приводят к снижению ФМП полуфабрикатов в 1,5–2,5 раза. То есть фактически макулатуру можно считать качественным полуфабрикатом для производства тарного картона в очень ограниченном диапазоне циклов переработки.

В то же время мы наблюдаем, что с развитием рынка гофропродукции в России доля макулатурного картона быстро растет — на сегодняшний день она составляет более 70 процентов, что не может не вести к снижению качества волокна.

Возникает вопрос, требующий решения на государственном уровне. Должны ли мы стремиться к переработке максимального объема всей образуемой и, соответственно, низкокачественной макулатуры в тару или же мы рассматриваем ее в первую очередь как высококачественный полуфабрикат и выводим низкосортные виды из цикла переработки, используя их в производстве других материалов (бугорчатый картон, прокладки и вкладыши, заменяющие пластик) или сжигая в качестве RDF-топлива?

Стратегия	До 3 циклов	До 7 циклов
Государство	Стимулирование экспорта и сжигания макулатуры	Стимулирование переработки смешанной и «свалочной» макулатуры через механизм РОП
Производители МТК	Снижение веса м², селективный размол, двухсеточное формирование	Повышение веса м², трех-пятисеточное формование, поверхностная обработка крахмалом (50–100 кг/т), организация эффективного водооборота
Производители гофротары	Снижение веса гофротары, конструирование жесткой тары	Повышение веса гофротары