Riciclo chimico della plastica

Attraverso questi processi chimici si possono ottenere una grande varietà di materie prime che vanno dai monomeri a miscele di composti, principalmente idrocarburi, che diventano nuova fonte di sostanze chimiche o combustibili. I prodotti derivati dal riciclo chimico hanno proprietà e qualità simili a quelle delle materie prime vergini.

Il riciclo chimico presenta notevoli vantaggi rispetto al riciclaggio meccanico che invece da origine a materie seconde di minor valore. Da qui il grande interesse per questo metodo di recupero dei rifiuti plastici che evidenzia il potenziale del riciclo chimico come processo di sostenibilità dell’industria chimica dei polimeri.

L’industria chimica e i team di ricerca stanno lavorando su un'ampia varietà di procedure e trattamenti per il riciclo dei rifiuti in plastica e gomma. L’obiettivo è arrivare a definire processi chimici sostenibili da un punto di vista ambientale e compatibile con un’economia di scala. I procedimenti messi a punto sono principalmente:

Depolimerizzazione chimica. Mediante reazione con agenti si arriva a produrre i monomeri di partenza.

Gassificazione. Processo fatto con ossigeno e/o vapore per produrre gas di sintesi.

Decomposizione termica dei polimeri mediante riscaldamento in atmosfera inerte.

Cracking catalitico Le catene polimeriche vengono scomposte con un catalizzatore che promuove le reazioni di scissione.

Idrogenazione. Il polimero viene degradato dalle azioni combinate di calore, idrogeno e catalizzatori.

Depolimerizzazione chimica

Si tratta di un tipo di riciclo che, con agenti chimici, scompone la catena polimerica e la riporta ai monomeri di partenza. In questo modo si ritorna esattamente alla materia prima utilizzata nella preparazione dei polimeri. Questa può essere utilizzata per la preparazione di nuove plastiche dalle caratteristiche chimico-fisiche identiche a quelle prodotte con materia prima vergine. Il recupero della plastica mediante depolimerizzazione chimica è il metodo più consolidato di riciclo chimico dei polimeri ed è stato applicato su scala industriale ormai da diversi anni. Lo svantaggio di questo processo è che limitata al recupero dei polimeri di condensazione come poliesteri, poliammidi, poliacetati e policarbonati. Invece non è utile nel riciclo di della maggior parte dei polimeri di addizione, come il polietilene, che rappresentano il 75% dei rifiuti plastici totali.

Gassificazione

In principio la gassificazione è stata studiata anche come metodo per ottenere gas di sintesi, o syngas, da prodotti derivati sia dalla biomassa che da residui solidi organici. Ora è diventata anche uno dei trattamenti per la riconversione dei rifiuti polimerici. Uno dei vantaggi è che non è necessario separare i diversi polimeri presenti nei rifiuti plastici. Addirittura in molti casi, i rifiuti di plastica vengono gassificati anche se sono miscelati con altri rifiuti solidi.

Se il syngas ricavato è usato solo come fonte di energia per combustione, allora non si realizza in pieno il recupero della materia prima e anzi si produce altra CO2. Meglio utilizzare il gas per la sintesi di sostanze chimiche, come metanolo, ammoniaca, idrocarburi, acido acetico, e realizzare così i principi dell’economia circolare.

Per migliorare la convenienza del riciclo chimico per gassificazione, gli stabilimenti produttivi dovrebbero essere posti in prossimità agli impianti dove i rifiuti vengono convertiti in gas. Questo richiede un approccio sistemico al riciclo da realizzare in sintonia tra i diversi attori dell’industria chimica.

Decomposizione termica o cracking termico

Si tratta di un metodo di riciclo chimico analizzato da tempo. I primi studi risalgono agli anni ’70 e nascono principalmente dallo studio della resistenza delle plastiche alle alte temperature. Si possono identificare due filoni di riciclo chimico tramite la decomposizione termica

• pirolisi con temperature superiori a 600 °C
• cracking con temperature inferiori ai 600 °C.

Solo in pochi casi la decomposizione termica dei polimeri può essere considerata come un vero processo di depolimerizzazione. Il polistirene e il polimetilmetacrilato sono polimeri che possono essere degradati termicamente con la formazione di rese elevate del monomero corrispondente. Invece nella maggior parte dei polimeri la decomposizione termica porta a una miscela complessa di prodotti, contenenti basse concentrazioni di monomeri e quindi di una materia di riciclo di bassa qualità.

Cracking catalitico

Si tratta di un processo di riciclo chimico che utilizza la combinazione di alte temperature con un catalizzatore, spesso solidi acidi come la silice e allumina. Rispetto alla semplice scissione del polimero per effetto termico, il cracking catalitico presenta una serie di vantaggi:

• temperature più basse
• tempo minore
• maggiore qualità dei monomeri.

Questo metodo presenta anche una serie d’inconvenienti a carico dei catalizzatori che tendono a diventare inattivi con il tempo. Infatti su di essi si depositano i residui carboniosi e le sostanze tossiche presenti nella massa dei rifiuti grezzi che ostacolano il recupero dei catalizzatori e il loro riutilizzo in processi chimici successivi. Per queste ragioni, il cracking catalitico viene applicato principalmente a rifiuti di purezza relativamente elevata.

Idrogenazione

L'idrogenazione dei rifiuti di plastica e gomma è un'alternativa interessante per rompere le catene polimeriche. Rispetto al riciclo chimico in assenza di idrogeno, l'idrogenazione porta alla formazione di prodotti altamente saturi, che ne facilita l'utilizzo come combustibili senza ulteriori trattamenti. Inoltre, l'idrogeno favorisce la rimozione di residui tipo cloro, azoto e zolfo che possono essere presenti nei rifiuti plastici.

Il potenziamento del recupero chimico dei rifiuti plastici è rallentato più da considerazioni economiche che da fattori tecnici: è considerato poco remunerativo visto il basso prezzo della materia prima per produrre polimeri. Ma negli ultimi anni i costi ambientali e sociali dei rifiuti stanno facendo cambiare prospettiva. Anche gli analisti economici considerano la sostenibilità come un fattore determinante nelle prospettive a lungo termine delle aziende. Si affermano sempre più i principi dell’economia circolare che diventano la chiave per un reale sviluppo economico. Per attuare la piena circolarità il riciclo chimico è una delle tappe fondamentali per i suoi innumerevoli vantaggi.

• Dà valore ai rifiuti di plastica altrimenti inutilizzati: oggi in Europa sono raccolte circa 30 milioni di tonnellate di rifiuti di plastica ogni anno. Tuttavia, l'85% di questo è ancora incenerito o inviato in discarica sprecando risorse preziose.
• Si riciclano rifiuti plastici contaminati e/o misti che non possono essere recuperati tramite riciclaggio meccanico.
• Si riduce l'uso di risorse fossili: i rifiuti di plastica riciclati chimicamente possono essere riutilizzati come materie prime secondarie per la produzione di nuove plastiche e saranno necessarie meno risorse fossili estratte. L'Europa diventa meno dipendente dalle importazioni, poiché i rifiuti possono essere utilizzati come risorsa immediatamente disponibile.
• Si abbattono le emissioni di CO2 perché si eliminano le emissioni associate all'incenerimento e alla produzione convenzionale di materie prime.

Dunque nel riciclaggio chimico, la plastica viene ridotta alle sue forme molecolari originali in modo che possa essere trasformata in materiali plastici completamente nuovi. C'è una domanda significativa per un maggiore sviluppo in questo campo - ed è qui che Covestro può offrire le sue competenze chimiche di base. Per esempio, nel progetto di ricerca a livello europeo PUReSmart, che mira a migliorare significativamente il riciclaggio della schiuma di poliuretano.

Attualmente i processi di riciclo chimico esistono in una dimensione industriale ridotta e hanno bisogno di ulteriori sforzi di ricerca per arrivare a una piena economia di scala. Questo potrà accadere solo se si crea un ecosistema produttivo supportato dai quadri politici ed economici e da una collaborazione tra diversi soggetti industriali.

Con il Green Recovery l’Europa ha tracciato le linee guida per uno sviluppo sostenibile e per un’economia che sia circolare e green. In questo contesto all’industria chimica spetta un ruolo di primo piano.

Per questo Covestro si è data la mission di progettare la plastica e i suoi componenti in modo che possano essere riciclati il più facilmente possibile. Nei prossimi anni, Covestro condurrà un'ampia ricerca su diverse tecnologie di riciclaggio, utilizzando la sua esperienza nei prodotti chimici e le sue capacità innovative. Attraverso più di 20 progetti di ricerca e sviluppo, Covestro sta sviluppando tecnologie e metodi nuovi e più efficienti per riciclare la plastica. L'approccio è abbastanza ampio da incorporare la diversità dei prodotti e dei mercati. L'obiettivo è fornire soluzioni pronte per il mercato il più rapidamente possibile. Sviluppando queste nuove tecnologie di riciclaggio della plastica, Covestro sta prestando particolare attenzione all'efficienza energetica. In questo modo, l'impronta di carbonio dei prodotti sarà ridotta per rendere il business più sostenibile.

Covestro è sempre all’avanguardia con la sua visione #PushingBoudaries che ha anticipato i temi cruciali di questi tempi fornendo non solo le giuste soluzioni ma quelle migliori per la crescita e l’innovazione.