Ochrona środowiska naturalnego jest jednym z najważniejszych zadań, przed jakimi stają kraje uprzemysłowione na początku trzeciego tysiąclecia. Nadmierna eksploatacja nieodnawialnych zasobów Ziemi powoduje ich systematyczne wyczerpywanie, a emisja szkodliwych związków do otoczenia poważnie obniża jakość powietrza, wody i gleby. Ponadto rosnąca z zastraszającym tempie ilość odpadów bardzo często niewłaściwie składowanych i zabezpieczonych, dewastuje krajobraz i powoduje skażenie środowiska naturalnego. Jednym z działów gospodarczych kraju, który pociąga za sobą szereg negatywnych skutków dla środowiska jest motoryzacja. Wywołuje ona zanieczyszczenie powietrza, gleby i wody oraz wzrost ilości produktów poeksploatacyjnych (odpadowych) powstałych w czasie eksploatacji lub likwidacji – złomowania pojazdów samochodowych. Czołowe miejsce wśród tych produktów zajmują oleje smarowe i płyny eksploatacyjne.
Zmiana właściwości użytkowych olejów silnikowych
W okresie eksploatacji olej silnikowy podlega oddziaływaniu nacisków, wysokiej temperatury, tlenu z powietrzem w obecności katalitycznie oddziałujących metali, z którymi jest w kontakcie, gazów spalinowych oraz niekorzystnych warunków pracy silnika (niska temperatura i jazda miejska). W wyniku tych oddziaływań zachodzą zmiany w budowie chemicznej niektórych jego składników, a co za tym idzie utrata właściwości fizykochemicznych, rzutujące na ocenę użytkową, aż do utraty zdolności do wypełniania jego funkcji. W wyniku degradacji oleju następuje:
- zmiana zabarwienia;
- zwiększenie liczby kwasowej;
- obniżenie liczby zasadowej;
- zmiana lepkości;
- zwiększenie zawartości cząstek stałych (zanieczyszczeń mechanicznych);
- nasilenie powstawania szlamów, osadów i laków.
Należy podkreślić, że jednym z istotnych kryteriów kwalifikujących olej silnikowy do wymiany jest zmiana podstawowych właściwości fizykochemicznych, takich jak:
- lepkość: zmiana do ±25% lepkości oleju świeżego, bądź o jedną klasę w klasyfikacji lepkościowej;
- woda: zawartość do 0,2% dla oleju z inhibitorami korozji lub do 0,5% dla olejów bez inhibitorów;
- liczba zasadowa TBN nie może być niższa niż zawartość siarki w paliwie;
- zanieczyszczenia stałe (zewnętrzne oraz z produktów spalania) mogą wynosić do 3,5% dla olejów z inhibitorami i do 2,0% dla olejów bez inhibitorów;
- obniżenie temperatury zapłonu oleju nie większe niż 5%.
W tabl. 1 zamieszczono graniczne wartości podstawowych właściwości fizykochemicznych olejów kwalifikujących je do wymiany.
W przypadku, kiedy jedna z właściwości fizykochemicznych przekroczy wartość graniczną, olej powinien podlegać wymianie na świeży, przy czym jak wynika z badań, w okresie eksploatacji najczęściej przekraczana jest zawartość cząstek stałych, lepkość, liczba kwasowa i zasadowa. W praktyce warsztatowej podstawowym kryterium wymiany oleju smarującego w silniku są zalecenia producenta zawarte w instrukcji obsługi samochodu. Wprowadzenie powyższego kryteria ma uzasadnienie ekonomiczne, techniczne i ekologiczne. Rozwój technik monitoringu olejów smarowych zmierza w kierunku instalowania na stałe automatycznych systemów nadzoru zanieczyszczenia oleju w pojeździe samochodowym.
W tabl. 2 zamieszczono graniczne wartości właściwości fizykochemicznych dla przepracowanych olejów motoryzacyjnych.
Oleje smarowe zagrażają środowisku przez cały okres ich stosowania (w czasie transportu, magazynowania, podczas pracy oraz przy zbiórce i regeneracji, jak również utylizacji. Stopień skażenia środowiska tym produktem zależy m.in. od następujących czynników:
- składu chemicznego oleju;
- warunków pracy;
- zasad użytkowania podczas eksploatacji;
- sposobu zagospodarowania olejów przepracowanych.
Tablica 1. Wartości graniczne podstawowych właściwości fizykochemicznych olejów smarowych przepracowanych klasyfikujących je do wymiany.
Oleje smarujące zawierają wiele związków toksycznych zagrażających środowisku naturalnemu, do których można zaliczyć produkty niecałkowitego spalania, związki ołowiu, produkty termicznego rozkładu i niektóre dodatki pakietów uszlachetniających.
Brak kontrolowanej zbiórki, bezpiecznego składowania oraz prawidłowego unieszkodliwiania olejów przepracowanych może okazać się w dłuższym przedziale czasu tragiczny w skutkach zarówno dla człowieka, jak i dla Ziemi. Wystarczy w tym miejscu wspomnieć, że według dr M. Markiewicza:
- rozlany na ziemię olej przepracowany wnika w nią głęboko, powodując zatrucie warstwy ziemi, skażenie wód gruntowych, migrację poprzez wody podskórne i cieki wodne do rzek i zbiorników wodnych;
- 1 kg oleju czyni niezdatnym do picia 5 mln litrów wody;
- niekontrolowane spalanie oleju przepracowanego powoduje emisję do atmosfery szeregu szkodliwych i toksycznych związków chemicznych oraz metali ciężkich (Ba, Zn, Mg, Pb);
- spalanie w nieatestowanych paleniskach 1 tony oleju przepracowanego powoduje emisję do atmosfery 10 kg szkodliwych dla środowiska ww. związków.
Wobec coraz większej ilości eksploatowanych samochodów, w kraju wymogi ochrony środowiska wymuszają proekologiczne zmiany zarówno w konstrukcji silników samochodowych, jak i w jakości środków smarowych. Potwierdzeniem tych zmian jest stale wzrastające zapotrzebowanie na oleje podatne na rozkład biologiczny. Oleje tego rodzaju znajdują zastosowanie w smarowaniu silników zaburtowych, maszyn oraz urządzeń pracujących na terenach ujęć wody, czy parków narodowych.
Tablica 2. Graniczne wartości właściwości fizykochemiczne dla przepracowanych olejów motoryzacyjnych.
Toksyczność olejów przepracowanych
Skład chemiczny olejów przepracowanych jest dość skomplikowany i wysoce toksyczny. Pierwiastki wchodzące w skład olejów przepracowanych reagują między sobą tworząc często niebezpieczne dla środowiska i człowieka związki. Wystarczy wspomnieć o obecności wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych. Większość z nich uznana jest za związki rakotwórcze, a stężenie benzo(a)pirenu jest uznane jako miarę rakotwórczości oleju przepracowanego przez niektóre akty legislacyjne. Oleje przepracowane mogą zawierać także wielotoksyczne polichlorobifenole (PCB).
Badania prowadzone w Instytucie Technologii Nafty w Krakowie potwierdzają tego rodzaju zagrożenia. W oleju silnikowym przepracowanym klasy SG/CD SAE 10W/40 po przebiegu 5 tys. km (silnik o zapłonie iskrowym), zaobserwowano obecność benzo(a)pirenu, przy czym jego ilość miała charakter rosnący. Dla oleju silnikowego o przebiegu eksploatacyjnym 20 tys. km zawartość WWA wynosiła 30 mg/kg - tabl. 3. Zamieszczone wyniki badań w tabl. 3 wskazują na około dwudziestokrotny spadek zawartości B(a)P w oleju przepracowanym klasy SG SAE 10W/40 o przebiegu eksploatacyjnym 20 tys. km silnika zasilanego gazem propan-butan w porównaniu do zasilania benzyną bezołowiową jako miernika działania kancerogennego. Stwierdzono również trzykrotne obniżenie WWA w stosunku do zasilania benzyną. Kontynuowane badania laboratoryjne oleju przepracowanego silnika o zapłonie samoczynnym o zbliżonym przebiegu eksploatacyjnym pozwoliły zaobserwować wzrost benzo(a)pirenu. Trzeba podkreślić, że silniki o ZS pracują na innym paliwie, którego destrukcja pod wpływem temperatury i proces utleniania przebiega według innych zależności niż ma to miejsce w przypadku benzyn – silnik o ZI. Badania olejów przepracowanych w kraju pod kątem obecności węglowodorów aromatycznych znalazły potwierdzenie w zagranicznych podmiotach badawczych - biuletyn Mineraoel Technik Nr 9/92. Dowodzą one, że benzo(a)piren występuje głównie w olejach przepracowanych silników o zapłonie iskrowym, natomiast ich obecność w olejach bazowych świeżych nieuszlachetnionych jest znikoma.
Oddziaływanie oleju przepracowanego
W czasie eksploatacji oleju silnikowego w pojeździe samochodowym o naruszonym stanie technicznym silnika, olej przedostaje się do powietrza (kabiny kierowcy) w postaci delikatnej zawiesiny, którą kierowca wdycha do płuc. Kropelki oleju o rozmiarze powyżej 5µm osadzają się w jego drogach oddechowych, natomiast mniejsze kropelki niż 5µm przenikają głęboko do płuc. Przedostanie się oleju nawet w takiej postaci do płuc może prowadzić do choroby zwanej „zapaleniem płuc”. Według prof. A. Wachała szkodliwe dla człowieka stężenie oleju w powietrzu w temperaturze 20OC, to dawka ok. 0,016 mg/m3. Stężenie to staje się szczególnie niebezpieczne dla ludzi pracujących w warsztatach serwisowych pojazdów samochodowych, z uwagi na bezpośredni kontakt z tymi produktami. Szkodliwe działanie oleju smarującego na żywy organizm zależy od wielu czynników jak: rodzaju oleju smarującego (szczególnie jego składu), oraz bazy surowcowej użytej do jego produkcji, jak również procesów technologicznych i czasu działania itp. Specjalistyczne badania olejów bazowych świeżych nieuszlachetnionych wskazują na brak właściwości kancerogennych na organizm ludzki lub ich działanie jest znikome. Istnieją jednak przypadki, kiedy to w oleju o potencjalnie większym stężeniu policyklicznym węglowodorów aromatycznych (PWA) zaobserwowano charakter skondensowanych pierścieni, jako związków o działaniu kancerogennym – rakotwórczym na organizmy żywe.
Stwierdzono, że obecność policyklicznych związków aromatycznych może być wynikiem niepełnej rafinacji oleju. W czasie jego produkcji związki te mogą powstawać w wyniku kondensacji pierścieni i różnych procesów technologiczno-starzeniowych. Zaobserwowano również zwiększony udział szkodliwego działania dodatków uszlachetniających w oleju smarującym na organizm ludzki. Ich intensywność zależy głównie od stężenia tego związku wprowadzanego do organizmu ludzkiego.
Zagospodarowanie olejów przepracowanych
Wejście Polski do Unii Europejskiej nie oznacza, że wszystkie problemy dotyczące olejów przepracowanych zostały już rozwiązane. Wymaga to systematycznego wprowadzania w życie przepisów Dyrektyw Unii Europejskiej. Obecne Dyrektywy dotyczące zbiórki odpadów olejowych i ich wywozu są satysfakcjonujące. Istotnym zagadnieniem jest to, aby zbieranie odpadów olejowych w kraju i ich wywóz nie szkodził środowisku naturalnemu oraz zapewnienie profesjonalnego systemu zbiórki i ich wywozu.
Potencjalne zasoby olejów przepracowanych w Polsce kształtowały się do niedawna na poziomie ok. 295 tys. ton (dane te ulegają ciągłym zmianom). Udział grup asortymentowych środków smarowych w kraju na najbliższe lata zmierzać będzie w kierunku modelu europejskiego:
- 50% olejów smarowych motoryzacyjnych;
- 50% olejów smarowych przemysłowych.
Najbardziej racjonalną formą zagospodarowania olejów przepracowanych (odpadowych) w kraju są przemysłowe metody przeróbki tych produktów – recykling.
Podstawowym jednak warunkiem funkcjonowania recyklingu na skalę przemysłową jest ciągłość dostaw tego surowca. Wstępna obróbka oleju przepracowanego polega na wydzieleniu z niego stałych ciał obcych jak: ścier metaliczny, części mineralne i węglowe, woda i paliwo. Tego rodzaju procesy wstępnego oczyszczania podzielić można na:
- sedymentację wody i zanieczyszczeń;
- odwirowanie wody i zanieczyszczeń.
W procesie destylacji próżniowej wydzielają się żywice, smoły i asfalteny oraz bezpostaciowy węgiel (sadza) i węgiel koloidalny zawieszony w oleju. Po tych zabiegach można przystąpić do właściwej kompleksowej rafinacji.
W praktyce rozróżnia się trzy sposoby wykorzystania olejów przepracowanych – odpadowych:
- użycie olejów przepracowanych wprost jako paliwo;
- rafinacja, czyli przetworzenie i pozyskiwanie z nich surowców petrochemicznych, które mogą być użyte do produkcji nowych olejów smarowych lub np. lekkich olejów opałowych;
- poddanie procesom oczyszczania i przywrócenie olejom ich pierwotnych właściwości.
Użycie olejów odpadowych wprost do pozyskania jako paliwa do niedawna wymagało:
- zdefiniowania składu oleju przepracowanego poprzez sprecyzowanie dopuszczalnej zawartości składników szkodliwych w składzie spalin. W takim przypadku norma powinna odwoływać się do określonych warunków spalania;
- zdefiniowania oleju przepracowanego poprzez sprecyzowanie jego właściwości fizykochemicznych i zawartości składników uznawanych za toksyczne lub szkodliwe w procesie spalania.
Niewielki procent olejów odpadowych niezagospodarowanych na drodze recyklingu poddaje się utylizacji. Do niedawna w kraju proces ten przebiegał z naruszeniem przepisów prawa w zakresie ochrony środowiska. Obecnie proces przebiega w urządzeniach grzewczych wyposażonych w system oczyszczania spalin.
Wejście Polski do Unii Europejskie spowodowało dostosowanie przedmiotowych przepisów unijnych dyrektyw. W znacznym stopniu porządkuje to odpady w zakresie zagospodarowania odpadów poeksploatacyjnych do standardów europejskich.
Potencjalne zasoby olejów odpadów motoryzacyjnych w kraju kształtuje poziom technologiczny i stan liczebny parku samochodów oraz jakość stosowanych środków smarowych. Ich zasoby w Polsce szacuje się na poziomie ok. 295 tys. ton, natomiast ich udział asortymentowy zmierza w kierunku modelu europejskiego:
- 50% stanowią oleje motoryzacyjne;
- pozostałe 50% to oleje przemysłowe.
Przepracowane oleje smarujące są cennym surowcem wyjściowym do ich ponownej przeróbki na pełnowartościowe produkty. Najbardziej racjonalną formą przemysłowego ich zagospodarowania w Polsce jest recykling oraz w niewielkim stopniu utylizacja.
W krajach członkowskich Unii Europejskiej ok. 30% zebranych olejów odpadowych wykorzystuje się do produkcji olejów bazowych, 50% do produkcji paliw, oraz 20% jest utylizowana na drodze spalania. W kraju udziały te są zróżnicowane ze względu na niestabilność przepisów fiskalnych.
Janusz Jakóbiec Grzegorz Wysopal Instytut Technologii Nafty - Kraków
Komentarze (1)