Bachelor's Thesis

Mass and Energy Balance of Plastic Waste Pyrolysis

Final Thesis 2.2 MB

Author of thesis: Matúš Gajdoš

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jakub Lachman, Ph.D.

Reviewer: Ing. Anna Imrichová

Abstract:

This bachelor thesis focuses on the design, construction, and testing of an experimental unit for the pyrolysis of plastic waste. The primary objective was the fabrication of a pyrolysis reactor, followed by a mass and energy balance of the products obtained from thermal decomposition. The theoretical part examines the pyrolysis process, the generation of plastic waste, and its suitability for this type of recovery, as well as the technical design of a small scale laboratory unit. The practical section describes the manufacturing process of the reactor, highlighting the critical need to optimize the sealing of the reactor lid and the condensation heat exchanger. In the final phase, a process balance was conducted to quantify the yields of solid, liquid, and gaseous fractions and to evaluate the energy potential of the resulting products. The results of the thesis confirm the functionality of the designed apparatus for research purposes in the field of chemical recycling of plastics.

Keywords:

pyrolysis, plastic waste, pyrolysis reactor, mass balance, energy balance, chemical recycling

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaDznamka

Grading

D

Process of defence

Student odprezentoval obsah své diplomové práce. Otázky oponenta byly zodpovězeny. V průběhu obhajoby byly položeny následující doplňující otázky. Pan docent Baláš se dotázal na definici jednotlivých účinností, se kterými student počítal. Student měl zapsat vzorce na tabuli. Čím si vysvětlujete že teoretická účinnost byla 50 %? Uvažoval jste ztráty do okolí? Měřil jste teplotu povrchu? Student dotazy zodpověděl. Na jaké teplotě jste se snažil držet teplotu uvnitř nádoby? Na 500 °C. Pan doktor Kracík se dotazoval k výměníku, na základě čeho jste se inspiroval - rozměry? Na základě konkrétní vědecké práce.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Energy (B-ENE-P)

Composition of Committee

doc. Ing. Marek Baláš, Ph.D. (předseda)
Ing. Petr Kracík, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jakub Lachman, Ph.D. (člen)
Ing. Filip Toman, Ph.D. (člen)
Ing. Libor Kudela, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jakub Lachman, Ph.D.

Předložená bakalářská práce se zabývá hmotnostní a energetickou bilancí malé pyrolýzní jednotky na odpadní plasty. V úvodní teoretické části jsou představeny typy pyrolýzy, plastové odpady a pyrolýzní reaktory. Rešerše poskytuje stručný náhled do dané problematiky a využívá i zahraniční odbornou literaturu. Stěžejní část práce je tvořena experimentálním měřením na vlastní pyrolýzní jednotce, kterou student navrhl a zhotovil. Samotný návrh se neopírá o konkrétní výpočet a probíhal empiricky, nicméně pro potřeby experimentu je jednotka dostačující. Samotné experimentální měření sestávalo z pyrolýzy vstupního plastu za konkrétních podmínek a následné laboratorní analýzy vzniklých produktů. Získané výsledky jsou v závěru práce stručně diskutovány.

Student při zpracování tématu postupoval samostatně a využíval občasných konzultací, obzvláště při finišování práce. Pravděpodobně největší úsilí bylo věnováno zhotovení a zprovoznění reaktoru a následným experimentům. Tuto část hodnotím velmi kladně. Z konzultací bylo zřejmé, že student má do dané problematiky dostatečný vhled a je schopen samostatné tvůrčí práce. Textové části práce bohužel nebylo věnováno stejné úsilí, a celkovou kvalitu tak výrazně snižuje. Grafická úprava textu je slabší, prezentace dat, metodiky experimentu a výsledků je místy nejasná a nepřehledná, a kazí tak celkový dojem. V práci se občas vyskytují drobné faktické chyby. Vzhledem k časové dotaci na vypracování textové části práce je její provedení podprůměrné.

Celkově však byly všechny cíle práce splněny, a i přes výše uvedené nedostatky ji doporučuji k obhajobě s celkovým hodnocením C / dobře.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis D
Práce s literaturou včetně citací C
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Anna Imrichová

Předložená bakalářská práce se zabývá návrhem, konstrukcí a experimentálním ověřením laboratorní jednotky pro pyrolýzu plastového odpadu a následným zpracováním hmotnostní a energetické bilance procesu.

Za přínos práce považuji zejména vlastní návrh a realizaci experimentálního zařízení, identifikaci provozních problémů během testování a provedení série experimentálních měření. Autor prokázal schopnost samostatně sestavit funkční experimentální aparaturu a získat základní provozní data potřebná pro vyhodnocení procesu.

Práce však vykazuje řadu formálních i odborných nedostatků.

Po formální stránce se v textu vyskytuje větší množství jazykových a typografických chyb. Některé odstavce nejsou zarovnány do bloku, místy chybí mezery mezi slovy, interpunkční znaménka nebo čárky v souvětích. Citace nejsou vždy uváděny jednotně a v některých případech jsou umístěny až za tečkou ukončující větu. V práci se rovněž objevují věty začínající malým písmenem (např. „hotový izolačný obal…“) a několik vět působí nedokončeně nebo postrádá část textu. Příkladem je věta „Vznikajúca plynná frakcia (pyrolýzny plyn) sa počas procesu kontinuálne odvádza do.“. V rešeršní části nejsou některé zkratky (např. PET, PS) vysvětleny při svém prvním výskytu v textu.

V teoretické části se objevují nepřesné či odborně problematické formulace. Za významný nedostatek považuji zejména tvrzení, že PET obsahuje „chemicky viazané molekuly kyslíku“. PET sice obsahuje atomy kyslíku ve své struktuře, nikoliv však molekuly kyslíku. Obdobně pasáž týkající se nevhodnosti polystyrenu pro pyrolýzu není formulována jednoznačně a technicky správně. Některé věty jsou zbytečně komplikované nebo jejich význam není zcela jasný.

V kapitole věnované rešerši postrádám její samostatné vyhodnocení a kritické shrnutí poznatků z literatury. Autor převážně pouze popisuje jednotlivé informace z použitých zdrojů, aniž by formuloval vlastní závěry nebo z nich odvodil jednoznačná doporučení pro návrh experimentu.

U obrázku 3 jsou pravděpodobně zaměněny popisky položek 4 a 5 a v jejich popisu je dvakrát uvedena „výpust kvapalnej frakcie“. Volba paliva je uvedena až v kapitole „Meranie spalného tepla“ nikoli v metodice. Některé rovnice nejsou doplněny o jednotky použitých veličin.

Ve výsledkové části autor převážně prezentuje naměřené a vypočtené hodnoty. Chybí hlubší interpretace výsledků a rozbor příčin rozdílů mezi jednotlivými experimenty. V tabulce 9 navíc některé hodnoty u prvního experimentu vzájemně neodpovídají. V kapitole 5.6 je prezentován modelový příklad implementace technologie, avšak chybí podrobnější výpočetní postup, na jehož základě byly uvedené výsledky získány.

Přes uvedené výhrady práce splňuje základní požadavky kladené na bakalářskou práci. Autor navrhl, zkonstruoval a experimentálně ověřil funkční laboratorní zařízení a získal data umožňující základní vyhodnocení procesu pyrolýzy plastového odpadu. Kvalitu práce však snižuje větší množství formálních nedostatků, některé odborné nepřesnosti a nedostatečně rozpracovaná diskuse výsledků. Práci doporučuji k obhajobě, práci hodnotím známkou C/dobře.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací C
Topics for thesis defence:
  1. V kapitole 2.2.2 uvádíte, že polystyren není vhodný k pyrolýze, protože obsahuje mechanicky vázaný kyslík – co rozumíte pod pojmem „mechanická vazba“?
  2. Na jakou teplotu byl plyn chlazen a jak teplota chladicí vody ovlivní výsledné složení oleje a plynu?
  3. Proč bylo pro každé měření použito rozdílné množství vsázky?
  4. V kapitole 5.1 uvádíte, že platí rovnice hmotností bilance (2). Proč tedy data na Obrázku 12 této rovnici neodpovídají a jejich suma je menší než 1000 g?
  5. V tabulce 9 uvádíte teoretickou účinnost přeměny se započtením všech složek v rozsahu 47-54 %. V tabulce 10 uvádíte experimentální účinnost přeměny se započtením pouze oleje a tuhého zbytku v rozsahu 23–42 %. V kapitole 5.4.1 píšete, že teoretická účinnost 49 % byla vypočítána s uvážením plynu jako ztráty. Při jeho integraci do systému by se teoretická účinnost zvýšila nad 65 % - jak jste toto číslo vypočítal?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová