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La chimica circolare e il riciclo chimico

a cura di Claudia Santagata, Ingegneria chimica - Università Campus Biomedico 

Le previsioni di un futuro più green riescono ad assumere credibilità solo se si applicano le tecnologie in modo sostenibile. È crescente l'esigenza di allontanarsi dal pensiero lineare, strettamente legato alla realtà seicentesca, nel quale un prodotto dopo il suo utilizzo viene catalogato direttamente come rifiuto. A questo proposito l'economia circolare è l'ultima frontiera del pensiero ecologico, è una vera e propria filosofia che sta portando ad una molteplicità di innovazioni in campo processistico. In Europa, grazie all'emanazione di CEP (Circular Economy Package) sempre più aggiornate, si è in continua ricerca di metodi di rigenerazione del prodotto consumato per diminuire la percentuale di rifiuti destinata alle discariche.

Centrando il focus sui  rifiuti plastici, si possono distinguere tre grandi categorie di smaltimento: l'incenerimento, il riciclo meccanico e il riciclo chimico. Solo una percentuale delle plastiche da imballaggio può essere riciclata, mentre ciò che resta viene destinato alla termovalorizzazione. Quest'ultima non consente un ripristino del materiale originario, genera un'energia circa dieci volte minore  rispetto  all'olio  combustibile  e  rilascia,  nonostante  il  trattamento  fumi  a  valle,  una  certa percentuale di sostanze nocive in atmosfera. Per questo motivo il riciclo, quando possibile, è preferibile a questo metodo di smaltimento.

La maggior parte dei polimeri viene sottoposta al classico riciclo meccanico, il quale ha una catena di processo molto semplice che prevede separazioni, triturazioni, macinazioni, addensamenti, lavaggi, granulazioni ed estrusioni a seconda che si abbia un materiale di partenza omogeneo o eterogeneo. Da queste lavorazioni è possibile ottenere dal rifiuto una materia prima-seconda polimerica che servirà ad altre produzioni.

 

 

Figura 1. Schema dei trattamenti utilizzati nel riciclo terziario

 

Mentre quello meccanico è un riciclo di tipo secondario, quello chimico è catalogato nel terziario. Nello schema  (figura 1)  è possibile comprendere la  classificazione dei trattamenti  appartenenti  a quest’ultima categoria, che non coinvolgono solo metodi puramente chimici ma anche termici, come la pirolisi, gassificazione e idrogenazione.

Il fine ultimo del riciclo chimico si discosta ampiamente da quello di ripristinare polimeri ma mira a produrre combustibili e composti chimici ad alto valore aggiunto. I materiali più gettonati per questo tipo di recupero sono il PET, il poliuretano reticolato e nylon in quanto hanno un alto contenuto di idrocarburi pesanti.

Il nucleo del riciclo chimico è la depolimerizzazione, reazione inversa della polimerizzazione (figura 2), che scompone il polimero nei suoi monomeri originari o altre sostanze chimiche a seconda del trattamento scelto.

 

Figura 2. Rappresentazione di alcuni tipi di polimerizzazione. Fonte www.xpolimers.it

 

Sono riportati in seguito diversi processi attualmente brevettati.

Innanzitutto vi è il classico cracking, lo stesso processo che viene tradizionalmente utilizzato per produrre polimeri dal petrolio. Il petrolio è infatti una miscela di idrocarburi pesanti. Il cracking permette, grazie alle sue elevate temperature, di ridurre la miscela in un insieme di idrocarburi leggeri e più semplici, uno di questi potrebbe essere ad esempio l’etilene. La formazione di polimeri è successivamente possibile con apposite reazioni di polimerizzazione.

 

Figura 3. Schema rappresentativo della classica catena di produzione dei polimeri e recupero con riciclo di tipo terziario

 

Nel caso del riciclo terziario però al posto di rompere le catene idrocarburiche, vengono scisse le catene polimeriche in monomeri, oligomeri ed altre sostanze. Il cracking, come la gassificazione, è raccomandato per cariche eterogenee.

A lavorare solo cariche omogenee è il trattamento di chemiolisi. Un esempio è la glicolisi del PET, che è il tipo di chemiolisi più semplice e conosciuto. Essa opera, in eccesso di glicole, una transesterificazione della molecola a temperature tra i 180 e i 250°C, che porta alla formazione per lo più di BHET (bis-2- idrossietilentereftalato), uno dei monomeri del PET. Alla stessa tipologia appartengono reazioni come la metanolisi, l'idrolisi e l'amminolisi.

Al riciclo terziario appartengono anche i trattamenti termici, nei quali compare la pirolisi. Questa riesce a depolimerizzare o a frammentare randomicamente, a seconda della carica iniziale. È una reazione che si distingue dalla combustione perchè scioglie la plastica in assenza di ossigeno. Un’applicazione degna di nota è la famosa Blest Machine, creata in Giappone, che grazie alla pirolisi riesce a convertire un chilogrammo di plastica in un litro di benzina a bassi costi operativi.

Detto ciò, il metodo meccanico risulta essere piuttosto limitato: può trattare per lo più cariche omogenee ed inoltre riesce a condurci al solo polimero di partenza. Le plastiche derivanti da riciclo potrebbero inoltre contenere monomeri non polimerizzati che sono dannosi per la salute e per l’ambiente. Il riciclo chimico, non producendo polimeri, non presenta questo rischio ed inoltre si potrebbero sostituire in parte i combustibili fossili con le miscele idrocarburiche ottenute dalla depolimerizzazione.

Per lo stesso motivo è l’unico metodo riesce davvero a creare un ciclo chiuso e ad inserirsi quindi pienamente nel contesto dell’economia circolare. Non bisogna ignorare però la fattibilità economica del processo. Gli idrocarburi o la sostanza chimica prodotta avranno sicuramente un prezzo maggiore rispetto ai composti polimerici vergini. Ciò vale per ogni tipo di processo rigenerativo, quindi anche per il riciclo meccanico, per via dei costi d’impianto e delle materie prime. Questi ultimi però, nel caso del processo chimico, sono poco sostenibili poiché sono necessarie apparecchiature, come i reattori e le molteplici unità di separazione, e composti chimici che hanno prezzi molto elevati.

Perciò, nonostante i vantaggi del riciclo chimico siano molti, l’aspetto economico fa sì che rimanga un business di minori dimensioni rispetto agli altri metodi di recupero. Non si può far altro che riporre fiducia nel crescente avanzamento della ricerca scientifica nel settore del recupero chimico, ormai da troppo tempo sottovalutato. Attualmente sono in fase di studio nuovi iter processistici che potrebbero ottimizzare qualità del prodotto e costi di produzione, mirando non solo a garantirne la fattibilità ma anche una totale sostenibilità.

 

 

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