Riassunto:
I rifiuti di plastica sono spesso considerati uno dei tipi di rifiuti moderni più difficili da smaltire, ma gli scienziati stanno esplorando un nuovo percorso di riciclaggio chimico: utilizzare sale fuso ad alta temperatura come mezzo di reazione per scomporre e convertire la plastica comune in preziosi combustibili e materie prime chimiche. Rispetto al tradizionale riciclaggio meccanico, questo metodo non richiede che la plastica sia altamente classificata e può anche utilizzare rifiuti di plastica che sono stati contaminati, mescolati o che sono difficili da riciclare direttamente a causa della natura del materiale.
Attualmente, la quantità di rifiuti di plastica prodotti a livello globale ogni anno è estremamente elevata, ma la percentuale che entra effettivamente nel sistema di riciclaggio è ancora molto bassa. Grandi quantità di plastica finiscono nelle discariche o vengono direttamente incenerite, producendo anidride carbonica e altri inquinanti. Il riciclaggio tradizionale è particolarmente difficile per le plastiche miste composte da polimeri diversi, poiché plastiche diverse richiedono processi di lavorazione diversi.
Gli scienziati sono quindi alla ricerca di un metodo chimico in grado di trattare direttamente la plastica mista. Invece di rifondere la plastica per produrre plastica riciclata di bassa qualità, l’obiettivo del riciclo chimico è quello di spezzare le lunghe catene polimeriche a livello molecolare e riconvertirle in molecole di idrocarburi più piccole per ottenere carburanti, lubrificanti o altre materie prime chimiche.
Il nucleo di questa ricerca è utilizzare sale fuso ad alta temperatura per creare uno speciale ambiente di reazione. Il sale fuso può rimanere liquido alle alte temperature, ha buone capacità di trasferimento del calore e può partecipare o promuovere reazioni chimiche complesse. I ricercatori hanno sfruttato questa proprietà per consentire ai polimeri plastici di degradarsi in condizioni relativamente controllate.
In circostanze normali, le materie plastiche come il polietilene e il polipropilene sono composte da legami carbonio-idrogeno molto stabili. Lo smantellamento efficace di queste molecole a catena lunga richiede solitamente temperature più elevate. Sebbene il cracking termico tradizionale possa completare questo processo, spesso richiede una grande quantità di energia e la composizione del prodotto è complessa e sono necessarie ulteriori lavorazioni.
Il sistema a sali fusi può fornire un ambiente di riscaldamento più uniforme e promuovere la reazione di scissione a catena delle molecole di plastica. Dopo che la plastica entra nel sistema di reazione, i polimeri a catena lunga si scindono gradualmente in idrocarburi più corti, formando infine prodotti liquidi e gassosi che possono essere ulteriormente lavorati e utilizzati.
Uno dei maggiori vantaggi potenziali di questa tecnologia è che può ridurre la fase di pre-lavorazione molto costosa nel processo di riciclaggio della plastica. In realtà, i rifiuti di plastica spesso non sono un unico materiale. Un rifiuto può contenere diversi tipi di plastica, additivi, pigmenti e altre impurità. Se ogni materiale dovesse essere differenziato individualmente, aumenterebbe significativamente il costo dell’impianto di riciclaggio.
L'idea ditrasformazione chimica è diversa. Finché è possibile scomporre plastiche diverse nello stesso sistema di reazione, alcune delle complicate fasi di smistamento manuale possono essere saltate. Ciò significa che, in teoria, la plastica mista proveniente da rifiuti domestici, materiali di imballaggio e altri prodotti di consumo potrebbe diventare materia prima per questo processo.
I ricercatori sono particolarmente interessati al polietilene e al polipropilene perché questi due materiali rappresentano gran parte dei rifiuti di plastica globali e sono anche materiali che spesso affrontano problemi economici nei sistemi di riciclaggio meccanico. Le loro strutture chimiche sono relativamente stabili, rendendo difficile la loro conversione diretta in prodotti preziosi attraverso il tradizionale trattamento chimico a bassa temperatura.
Aumentando la reattività del sistema di sali fusi, i ricercatori possono promuovere la scissione della catena in questi polimeri stabili e convertire catene polimeriche che originariamente erano lunghe migliaia o addirittura decine di migliaia in molecole più piccole. Queste molecole possono inoltre essere utilizzate come combustibile o materia prima per l'industria petrolchimica.
L'importanza di questo metodo rispetto al semplice incenerimento della plastica è che il carbonio non viene immediatamente emesso nell'atmosfera come anidride carbonica, ma viene trattenuto in nuovi prodotti chimici. Se questi prodotti potessero entrare nuovamente nel sistema di produzione industriale, allora c’è la possibilità che il carbonio presente nella plastica possa essere riutilizzato invece di essere rilasciato tutto in una volta nell’ambiente.
Naturalmente, ciò non significa che la plastica diventi automaticamente "carburante a zero emissioni di carbonio" dopo tale trattamento. Se il prodotto finale viene bruciato direttamente, il carbonio in esso contenuto entrerà comunque nell'atmosfera sotto forma di anidride carbonica. Pertanto, questo tipo di tecnologia appartiene più accuratamente al riciclaggio chimico e all’utilizzo delle risorse dei rifiuti di plastica, e i suoi benefici ambientali dipendono in gran parte dalla fonte di energia, dall’efficienza della reazione e dal modo in cui viene utilizzato il prodotto finale.
I ricercatori devono anche risolvere il problema del riciclaggio del sale fuso stesso. Operare su scala industriale richiede il riscaldamento continuo di grandi quantità di reagenti e la garanzia che il sale fuso rimanga stabile a lungo termine. Se il sale fuso si decompone, si contamina o diventa meno attivo durante l'uso ripetuto, i costi operativi potrebbero aumentare.
Inoltre, i veri rifiuti di plastica sono molto più complessi della plastica pura trovata in laboratorio. I rifiuti veri e propri possono contenere metalli, carta, vetro, pigmenti, plastificanti, ritardanti di fiamma e altre sostanze organiche e inorganiche. Questi ingredienti possono influenzare l'efficienza della reazione o produrre sottoprodotti che richiedono un'ulteriore lavorazione.
Pertanto esiste ancora una certa distanza tra questo tipo di tecnologia e l'applicazione commerciale su larga scala. Essere in grado di dimostrare in laboratorio che una determinata plastica può essere effettivamente convertita non significa che gli impianti industriali possano già trattare decine o addirittura centinaia di tonnellate di rifiuti indifferenziati a un costo sufficientemente basso.
Se questi problemi potessero essere risolti, il riciclaggio chimico del sale fuso potrebbe diventare un importante complemento ai tradizionali sistemi di riciclaggio meccanico. I rifiuti fortemente contaminati, troppo misti o che non possono essere rigenerati in prodotti di plastica con mezzi tradizionali possono essere inviati a impianti di trattamento chimico per riacquistare valore d’uso a livello molecolare.
Questo percorso cambia anche la tradizionale concezione del "riciclaggio della plastica" da parte delle persone. In passato, riciclare significava solitamente frantumare, pulire, sciogliere e quindi produrre nuovi prodotti in plastica; Il riciclaggio chimico è più vicino al “smontaggio e riutilizzo”, prima scomponendo i polimeri nei loro componenti chimici di base e poi rifacendo combustibili o altri prodotti chimici secondo necessità.
Mentre il problema globale dell'inquinamento da plastica continua a intensificarsi, gli scienziati ritengono che sia improbabile che in futuro si possa fare affidamento su un'unica tecnologia per risolvere tutti i problemi legati ai rifiuti di plastica. Il riciclaggio meccanico è adatto per plastiche relativamente pulite e ben definite, mentre il riciclaggio chimico può gestire rifiuti misti più complessi, mentre i materiali completamente non riciclabili possono comunque richiedere alla fine altri metodi di smaltimento.
Se il processo del sale fuso ad alta temperatura può migliorare ulteriormente l'efficienza energetica, ridurre i costi delle apparecchiature e ottenere il riciclaggio del sale fuso e dei prodotti di reazione, allora si prevede che questa tecnologia fornirà un nuovo percorso per i rifiuti di plastica diverso dalle tradizionali discariche e dall'incenerimento. Ciò che è veramente interessante non è semplicemente “trasformare la plastica in carburante”, ma provare a riutilizzare la plastica che ha perso il suo valore di riciclo a livello molecolare, convertendo i rifiuti a lungo termine in risorse di carbonio che hanno ancora valore economico.
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