Riciclo chimico delle materie plastiche: caratteristiche, vantaggi e tecnologie

Il riciclo chimico delle materie plastiche è una metodologia di riciclo delle materie plastiche che può essere realizzata in modalità differenti, che competono sul terreno dell’efficienza e della qualità del prodotto finito.

Che cos’è il riciclo chimico delle materie plastiche

Il riciclo chimico delle materie plastiche è esattamente l’opposto del processo di sintesi dei polimeri, in quanto mira a spezzare le molecole che costituiscono il polimero, ottenendo i monomeri di partenza. Viene chiamato anche riciclo terziario o avanzato, in quanto attraverso i processi chimici o fisici punta al recupero quasi completo di monomeri, oligomeri o altri composti.

Attraverso questi processi chimici è possibile ottenere una grande varietà di materie prime, dai monomeri a miscele di composti, in prevalenza idrocarburi, che diventano nuove fonti di sostanze chimiche o combustibili: i prodotti derivanti dal riciclo chimico hanno infatti qualità e caratteristiche assai simili a quelle delle materie prime vergini.

Numerosi gruppi industriale di tutto il mondo stanno compiendo rilevanti investimenti per lo sviluppo di tecnologie e impianti per il riciclo chimico delle materie plastiche.

Il riciclo chimico attualmente è ancora poco diffuso su scala industriale: esistono già comunque delle applicazioni, anche se si può affermare che la maggior parte degli impianti esistenti sul mercato sia in una fase pilota; necessita un ulteriore impegno in Ricerca & Sviluppo per arrivare ad una vera e propria economia di scala. Perché ciò avvenga è necessario che si crei un ecosistema produttivo favorevole, supportato da una opportuna politica e dalla collaborazione tra i diversi soggetti industriali.

Riciclo chimico delle materie plastiche: i vantaggi

Il riciclo chimico offre delle opportunità.

• Il riciclo meccanico genera dei materiali plastici con proprietà ridotte rispetto alla plastica vergine, per cui risulta limitato il numero di volte che lo stesso polimero può essere efficacemente riciclato e riutilizzato. Nel tempo infatti i continui processi di riciclo meccanico rompono i componenti della catena polimerica e, pertanto, riducono drasticamente le caratteristiche qualitative della plastica stessa, fino al punto di renderla addirittura inutilizzabile. Invece il riciclo chimico rigenera i monomeri di partenza, e, nonostante le rese non siano mai del 100%, il processo può essere ripetuto, almeno teoricamente, un numero infinito di volte. Questo rientra perfettamente nel concetto di “economia circolare”, tanto auspicato in tema ambientalistico; lo stesso materiale viene rigenerato e riutilizzato, senza dover usare del materiale nuovo.
• Con il riciclo chimico 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, pertanto, si rendono necessarie meno risorse fossili estratte. Si abbattono le emissioni di CO₂, perché si eliminano le emissioni associate all’incenerimento e alla produzione convenzionale di materie prime. In sostanza, col riciclaggio chimico la plastica viene ridotta alle sue forme molecolari originali, e può essere poi trasformata in materiale plastico nuovo. Rifiuti altrimenti non riutilizzabili assumono invece un valore.
• Il riciclo chimico sarebbe in grado, grazie alle tecnologie disponibili o in fase di studio, di trasformare la plastica difficilmente riciclabile con riciclo meccanico, recuperandola completamente, anche se contaminata, degradata o complessa.
• Inoltre, il riciclo meccanico non garantisce la separazione di additivi ed elementi contaminanti contenuti nel polimero riciclato, e, pertanto, non è in grado di rigenerare plastica di elevata qualità. Pertanto, il riciclo chimico è tanto più idoneo quanto più il polimero da riciclare sia degradato o contaminato. In un certo senso si può affermare che riciclo meccanico e riciclo chimico siano complementari tra loro.

Il riciclo chimico dei rifiuti di plastica è rallentato da considerazioni di tipo economico più che fattori tecnici: infatti, considerando il basso prezzo della materia prima per fare polimeri, tale processo è considerato scarsamente remunerativo. Ultimamente però, gli aspetti ambientali e sociali collegati ai rifiuti plastici stanno facendo cambiare prospettiva. Anche gli analisti economici diventano sempre più sensibili ai principi dell’economia circolare che sono la chiave per un reale sviluppo economico. Pertanto, il riciclo chimico va di pari passo e si inserisce perfettamente nel concetto di economia circolare.

Le tecnologie di riciclo chimico delle materie plastiche

L’industria chimica e i team di ricerca sono al lavoro su un’ampia varietà di procedure e trattamenti per il riciclo dei rifiuti di plastica, con l’obiettivo di arrivare a definire chiaramente dei processi chimici ecosostenibili e, al contempo, compatibili con un’economia di scala.

Diversi sono i processi messi a punto per il riciclo chimico delle materie plastiche:

• depolimerizzazione chimica da rifiuti di plastica a monomeri: è il processo di trasformazione dei rifiuti di plastica a monomero. Questo metodo prevede che i rifiuti di plastica selezionati vengano scomposti nei loro monomeri costitutivi tramite vari agenti e processi chimici. I monomeri purificati possono poi essere riutilizzati per produrre nuovi polimeri. In questo modo si ritorna esattamente alla materia prima utilizzata nella preparazione dei polimeri. Tale tecnica può essere utilizzata per la produzione di nuove plastiche dalle caratteristiche chimico – fisiche identiche a quelle ottenute usando della materia prima vergine. La depolimerizzazione chimica attualmente è il metodo più utilizzato di riciclo chimico dei polimeri, ed è già applicato da anni in alcuni (rari) casi su scala industriale. Il limite di questo processo è quello di poter essere applicato ad un numero limitato di polimeri, polimeri di condensazione, quali poliammidi, poliacetali, policarbonati. Non può invece essere utile nel riciclo della maggior parte dei polimeri di addizione (come ad esempio il polietilene), che rappresentano circa il 75% dei rifiuti plastici totali;
• pirolisi: in pratica è un processo di conversione da rifiuto di plastica in materia prima. Grazie a questa tecnica i rifiuti di plastica mista possono essere convertiti in una miscela di idrocarburi che può essere utilizzata come materia prima per nuove plastiche. La pirolisi è una decomposizione termochimica di materiale plastico. Il processo di pirolisi si sviluppa a temperature intorno a 450÷550°C, in assenza di ossigeno e in reattori funzionanti in continuo alla temperatura di 400° ottenuta e mantenuta con olio diatermico a riscaldamento indiretto;
• gassificazione: anche questo è un metodo di conversione da rifiuti in plastica a materia prima. Inizialmente la gassificazione è stata studiata per ottenere gas di sintesi (syngas) da prodotti derivati sia dalla biomassa sia da residui solidi organici; poi è divenuto anche uno dei metodi utilizzabili per la conversione dei rifiuti polimerici. Uno dei vantaggi offerti da questa tecnica è che non è necessario separare i diversi polimeri presenti nei rifiuti plastici; in certi casi addirittura i rifiuti di plastica vengono gassificati anche se miscelati con altri rifiuti solidi. Nel caso il syngas ottenuto mediante processo di gassificazione sia usato solo come fonte di energia per combustione, allora non si realizza in pieno il recupero della materia prima, ma anzi si produce altra CO₂. È meglio utilizzare il gas per la sintesi di sostanze chimiche, quali ammoniaca, metanolo, idrocarburi, acido acetico, in modo di realizzare effettivamente i principi dell’economia circolare. Per migliorare la convenienza del riciclo chimico mediante gassificazione, gli stabilimenti di produzione dovrebbero essere ubicati in prossimità degli impianti nei quali si effettua la conversione dei rifiuti in gas: ciò implica ovviamente un approccio sistematico e corretto al riciclo, da realizzare in sintonia tra i diversi attori dell’industria chimica;
• idrogenazione: in questo processo il polimero viene degradato dall’azione combinata di calore, idrogeno e catalizzatori. 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 dover ricorrere a ulteriori trattamenti. L’idrogeno inoltre favorisce la rimozione di residui, quali azoto, cloro e zolfo, che possono essere eventualmente presenti nei rifiuti plastici;
• 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.

Riciclo chimico: quali polimeri può riciclare

l riciclo chimico, a differenza del riciclo meccanico che coinvolge principalmente processi fisici come la triturazione, implica la trasformazione chimica dei materiali plastici in prodotti chimici di base o in monomeri che possono essere utilizzati per sintetizzare nuovi polimeri. Questo approccio è particolarmente utile per quei materiali plastici che possono essere difficili da trattare attraverso il riciclo meccanico. Alcuni materiali plastici che possono essere oggetto di riciclo chimico includono:

1. Polietilene a Bassa Densità (LDPE): comunemente usato in film plastici, contenitori flessibili e sacchetti.
2. Polietilene ad Alta Densità (HDPE): bottiglie per latte, contenitori per detergenti e bottiglie di shampoo.
3. Polipropilene (PP): utilizzato in contenitori per alimenti, tappi, piatti, bicchieri e tessuti non tessuti.
4. Poliestere (come il PET): bottiglie d’acqua, contenitori per bevande e imballaggi alimentari.
5. Acido polilattico (PLA): biopolimero usato in imballaggi biodegradabili e oggetti usa e getta.
6. Polistirene (PS): utilizzato in imballaggi, bicchieri e contenitori per alimenti, e nelle scatole per il cibo da asporto.
7. Poliammidi (PA): come il nylon, utilizzato in tessuti e parti di automobili.
8. Policarbonato (PC): trovato in bottiglie riutilizzabili, occhiali da sole e parti di elettronica.
9. Policloruro di vinile (PVC): principalmente utilizzato in tubi, finestre, serramenti e rivestimenti.

Il riciclo chimico può affrontare materiali plastici complessi e sistemi multistrato (imballaggi multilayer) che potrebbero essere problematici per il riciclo meccanico. Tuttavia, è importante notare che il riciclo chimico è ancora in fase di sviluppo e implementazione su larga scala. Ci sono diverse tecnologie e processi chimici utilizzati nel riciclo chimico, come la pirolisi, la gassificazione, e la depolimerizzazione, ciascuno con vantaggi e sfide specifiche.

L’industria del riciclo chimico sta crescendo, ma è ancora una tecnologia emergente che richiede ulteriori ricerche e sviluppi per diventare più efficiente e sostenibile.