Pirolisi per plastiche riciclate di alta qualità

Per chi cerca una plastica di alta qualità, il policarbonato (PC) è una scelta ovvia. Questo materiale resiste alle temperature estreme, è ignifugo e resistente ai graffi, alle abrasioni e persino agli acidi diluiti. Inoltre, è altamente trasparente. Tutte queste proprietà rendono le plastiche contenenti PC un materiale ricercato e versatile nelle applicazioni industriali. Di conseguenza, molti produttori sono alla ricerca di modi per recuperare questo prezioso materiale riciclando i rifiuti plastici. Ma le tecnologie convenzionali, come il riciclo meccanico, producono qualità inadeguate di materiale riciclato, che non può più essere utilizzato per fabbricare prodotti di alta qualità.

La pirolisi consente il riciclo chimico

Tuttavia, esistono alternative. Insieme all’azienda chimica Covestro Deutschland AG, i ricercatori dell’Istituto Fraunhofer per le tecnologie e i sistemi ceramici IKTS hanno sviluppato un metodo per il riciclo chimico dei policarbonati attraverso la pirolisi catalitica. Nella pirolisi, le sostanze vengono riscaldate in un ambiente privo di ossigeno molecolare. Di conseguenza, le sostanze si decompongono e i componenti originariamente utilizzati per produrre la plastica possono essere recuperati.

Jörg Kleeberg, scienziato dell’ufficio Fraunhofer IKTS di Freiberg, e il suo team hanno perfezionato questo metodo nell’ambito del progetto PC2Chem. “Il nostro obiettivo era riciclare le plastiche contenenti policarbonato in modo tale che le molecole di alta qualità potessero essere recuperate e reinserite nel ciclo di produzione industriale come materie prime”, spiega Kleeberg, esperto di tecnologie del ciclo del carbonio.

Per farlo, i ricercatori sfruttano la struttura specifica dei policarbonati. I policarbonati sono costituiti da polimeri, una combinazione di gruppi molecolari chiamati monomeri e legati tra loro. Quando questi polimeri sono esposti a uno stress termico nell’ambito del processo di pirolisi, i legami con le molecole di alta qualità si spezzano.

Forno rotante industriale

Il team del Fraunhofer utilizza un forno rotante per la pirolisi. Grazie alla sua struttura robusta e alle sue dimensioni, il forno può trattare anche volumi relativamente grandi. I rifiuti plastici forniti da Covestro in forma granulare vengono introdotti nel forno, che ruota mentre riscalda il materiale al suo interno. Il primo prodotto del processo è il gas, che entra in un’unità di condensazione dove finisce per diventare un liquido oleoso. Il partner del progetto Covestro trasforma poi il liquido nelle varie molecole utili.

Garantire che il riciclo tramite forno rotante porti a prodotti con composizione e resa ottimali ha posto al team di ricercatori una serie di ostacoli da superare in laboratorio. La scissione della plastica ad alta temperatura è un processo molto complesso e delicato.

La sfida principale per il team del Fraunhofer IKTS è stata quindi la definizione dei parametri esatti del processo di pirolisi: temperatura, tempo di riscaldamento e di ritenzione, raffreddamento, condizioni di pressione e aggiunta di sostanze ausiliarie e supplementari. Come se non bastasse, le plastiche contengono additivi come coloranti, sbiancanti, ritardanti di fiamma, sostanze che influenzano la resistenza o l’elasticità e persino stabilizzatori della luce. Tutti questi additivi complicano il trattamento nel forno rotativo.

“Se i prodotti della reazione causata dalla pirolisi nel forno rotante si raffreddano troppo lentamente, i processi chimici non vengono fermati e le molecole che sono state divise formano nuovi legami. L’unico modo per ottenere l’alta resa desiderata di prodotti target è impostare correttamente tutti i parametri in concerto tra loro. Per questo motivo abbiamo eseguito test approfonditi, ottimizzando il processo passo dopo passo”, spiega Jörg Kleeberg.

Gli esperti del Fraunhofer IKTS sono in grado di sfruttare la loro pluriennale esperienza nei settori della conversione ad alta temperatura e dell’ingegneria di processo. Il progetto PC2Chem sta facendo buoni progressi. Il riciclo consente di recuperare fino al 60% dei componenti originali. Il sistema è uscito dalla fase iniziale di sperimentazione in laboratorio e viene ora testato su scala di impianto pilota.

Un passo avanti verso l’economia circolare

La nuova tecnologia di riciclo presenta vantaggi tangibili per le applicazioni industriali. L’olio di pirolisi estratto nel processo contiene sostanze chimiche di piattaforma importanti per l’industria chimica, come lo stirene e il fenolo. Attualmente, per questi prodotti chimici si devono ancora utilizzare materie prime fossili provenienti dalle raffinerie. Anche Covestro crede nei vantaggi di questo metodo: “Con il processo di pirolisi catalitica, possiamo recuperare le materie prime per la produzione di policarbonato da varie forme di rifiuti contenenti PC. Così facendo, riduciamo le emissioni di anidride carbonica, conserviamo l’energia e tagliamo i costi”, spiega Stefanie Eiden, responsabile globale del progetto pirolisi.

Martin Gräbner, responsabile del dipartimento di Ingegneria dell’Energia e dei Processi del Fraunhofer IKTS presso la sede di Freiberg, spiega: “L’obiettivo non è che la pirolisi sostituisca i metodi di riciclo convenzionali. Al contrario, è un’aggiunta perfetta quando si tratta di recuperare plastica di alta qualità dai residui di plastica. Il metodo della pirolisi è un grande passo verso l’economia circolare nei settori industriali che lavorano la plastica”.

Il team del Fraunhofer IKTS ha già in mente il prossimo passo. “Possiamo adattare il metodo della pirolisi anche ad altre plastiche e sostanze miste. I clienti industriali possono rivolgersi a noi con i loro problemi di riciclo e noi svilupperemo una soluzione personalizzata”, afferma Jörg Kleeberg.