Processi chimici per il riciclaggio della plastica

Poiché i rifiuti plastici a livello mondiale raggiungono livelli sbalorditivi - si stima che vengano prodotti 380 milioni di tonnellate all'anno, di cui solo il 9% viene riciclato - l'urgenza di soluzioni di riciclaggio efficaci non è mai stata così grande. Il riciclaggio chimico emerge come un approccio trasformativo, distinto dai metodi meccanici convenzionali, che offre la possibilità di recuperare materie prime preziose da una varietà di materiali. plastica. Questo articolo fornirà una panoramica completa delle principali tecnologie di riciclo chimico, tra cui la pirolisi e la gassificazione, e valuterà i loro requisiti di materia prima per diversi tipi di plastica. Valuteremo i prodotti in uscita, come monomeri e combustibili, discuteremo gli attuali livelli di preparazione tecnologica e scalabilità di questi processi e analizzeremo le loro implicazioni ambientali e la loro fattibilità economica.

Punti chiave

• Il riciclaggio chimico si differenzia notevolmente dai processi meccanici.
• La pirolisi può convertire la plastica in carburante e altri prodotti.
• La gassificazione trasforma la plastica in syngas per produrre energia.
• I requisiti delle materie prime variano in base ai tipi di plastica lavorati.
• I prodotti in uscita includono monomeri, nafta e combustibili.
• L'impatto ambientale e i fattori economici influenzano la redditività.

Panoramica del riciclo chimico e sua distinzione dal riciclo meccanico

Il riciclaggio chimico è un approccio trasformativo che prevede la scomposizione della plastica a livello molecolare per rigenerare materie prime adatte a varie applicazioni. A differenza di

Rispetto al riciclo meccanico, che trasforma fisicamente la plastica in pezzi più piccoli senza alterarne la struttura chimica, il riciclo chimico mira a decomporre i polimeri, riconvertendoli in monomeri o altri elementi chimici. Questo processo consente di produrre materiali riciclati di alta qualità che possono essere riutilizzati per fabbricare nuovi prodotti con proprietà simili ai materiali vergini.

Al contrario, il riciclo meccanico spesso soffre di limitazioni dovute alla contaminazione, alla complessità della composizione della materia prima e al degrado delle proprietà del materiale in caso di riciclo ripetuto. Ad esempio, i processi meccanici possono portare alla perdita di alcune delle caratteristiche fisiche delle plastiche, che di solito si traducono in applicazioni di valore inferiore. Ciò può essere quantificato da un calo significativo della resistenza alla trazione, che a volte supera i 50% per alcuni polimeri dopo soli due cicli di riciclo meccanico.

In genere, il riciclaggio chimico può essere suddiviso in due metodi principali:

• depolimerizzazione, che si concentra sul ritorno delle materie plastiche allo stato di monomero
• pirolisi, che li converte in combustibili e prodotti chimici. Ogni metodo ha un'idoneità specifica a seconda del tipo di plastica da lavorare.

Ad esempio, il PET (polietilene tereftalato), comunemente usato nelle bottiglie per bevande, può essere efficacemente depolimerizzato per recuperare i monomeri che lo compongono, mentre le poliolefine come il polipropilene possono essere lavorate in modo più efficiente attraverso la pirolisi.

Nonostante le promesse, l'implementazione del riciclo chimico deve affrontare alcune sfide, tra cui la preparazione tecnologica e gli ostacoli normativi. Diversi progetti pilota in corso in Europa e Nord America hanno riportato rendimenti di circa 80-90% per specifiche plastiche, dimostrando la potenziale fattibilità. Con l'evoluzione delle tecnologie, la chiara differenziazione tra processi di riciclo chimico e meccanico avrà un ruolo significativo nel determinare l'efficacia dei nostri sistemi di gestione e riciclo dei rifiuti.

Le principali tecnologie di riciclo chimico: Pirolisi, gassificazione, depolimerizzazione e idro-cracking

Processo di pirolisi: comporta la decomposizione termica di materiali organici in assenza di ossigeno, convertendo i rifiuti plastici in preziosi idrocarburi. La temperatura operativa tipica varia da 300°C a 900°C, a seconda del tipo di materia prima e dei prodotti finali desiderati. L'olio pirolitico può essere utilizzato come combustibile alternativo o migliorato per produrre diesel e materie prime per la sintesi chimica. Un esempio significativo è la conversione del polistirene in stirene monomero, che trova applicazione nella produzione di varie materie plastiche e resine. Le metriche di produzione suggeriscono che la pirolisi può raggiungere un tasso di efficienza fino a 80%, recuperando quantità significative di energia dai rifiuti plastici.

Gassificazione: funziona secondo il principio della conversione di materiali carboniosi in syngas (una miscela di monossido di carbonio, idrogeno e parte dell'anidride carbonica) facendo reagire i materiali ad alte temperature (da 700°C a 1.600°C circa) con una quantità controllata di ossigeno e/o vapore. Il syngas prodotto può servire come fonte di combustibile per la generazione di energia elettrica o come precursore di prodotti chimici come metanolo e ammoniaca. Un impianto consolidato in Germania, gestito da BASF, gassifica in modo efficiente i rifiuti plastici misti con un recupero di energia di circa 60% del contenuto energetico originale.

Depolimerizzazione: richiede catalizzatori e condizioni specifiche per scindere le catene polimeriche in monomeri o oligomeri. Questo metodo è selettivo per alcuni tipi di plastica, come il PET e le poliolefine. I recenti progressi hanno migliorato i rendimenti e ridotto i tempi di reazione, rendendo la depolimerizzazione un metodo promettente per il recupero di materie prime di alta qualità. Il Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha sviluppato con successo un nuovo catalizzatore in grado di aumentare il tasso di depolimerizzazione del PET, migliorando significativamente l'efficienza del recupero.

Idro-cracking: prevede l'uso di idrogeno e di catalizzatori specifici per convertire gli idrocarburi più grandi in idrocarburi più piccoli e più preziosi, tipicamente ad alta pressione e a temperature moderate (circa 300°C - 400°C). In genere, questo metodo viene applicato agli oli pesanti e può essere sfruttato anche per trasformare i rifiuti di plastica in combustibili utilizzabili. Ad esempio, diverse raffinerie in Corea del Sud utilizzano efficacemente le tecniche di idro-cracking, ottenendo rendimenti di oltre 85% in combustibili liquidi da residui di plastica. Ciò riduce in modo significativo la dipendenza dalle discariche, convertendo i rifiuti in prodotti economicamente validi.

Requisiti delle materie prime e idoneità per i diversi tipi di plastica

The selection of feedstock for chemical recycling processes is dependent on the type of plastic being processed. Different plastics, categorized by their resin identification codes, possess distinct characteristics that affect their suitability for various recycling methods. For example, polyethylene terephthalate (PET), commonly used in beverage bottles, is more amenable to processes like depolymerization, yielding high-quality virgin-like materials. In contrast, polyolefins such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP) can be effectively recycled through pyrolysis, converting them into...

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