Ogni anno nel mondo si producono centinaia di milioni di tonnellate di rifiuti plastici. Gli scienziati stanno lavorando alacremente a nuovi metodi per riciclare gran parte di questi rifiuti in prodotti di alta qualità e consentire così una vera economia circolare. Ma non è ancora così. I rifiuti di plastica vengono riciclati principalmente in modo meccanico: sminuzzati e poi fusi. Anche se si ottengono nuovi prodotti in plastica, la qualità dei prodotti diminuisce drasticamente da una fase di riciclaggio all’altra.
Un’alternativa è il riciclaggio chimico, che produce prodotti di alta qualità ed è oggetto di un’intensa attività di ricerca. L’obiettivo a lungo termine è quello di scomporre chimicamente le molecole di plastica a catena lunga (i polimeri) nei loro elementi costitutivi (i monomeri). Questi ultimi potrebbero poi essere utilizzati per produrre nuove plastiche di alta qualità. In questo modo si creerebbe un ciclo veramente sostenibile.
Combustibili dai rifiuti di plastica
Prima di tutto, però, lo sviluppo del riciclaggio chimico prevede la scomposizione delle lunghe catene polimeriche in molecole a catena più corta che possono essere utilizzate, ad esempio, come combustibili liquidi o lubrificanti. I rifiuti di plastica hanno così una seconda vita come benzina, paraffina o olio per motori. Gli scienziati del Politecnico di Zurigo hanno ora gettato preziose basi per lo sviluppo di questo processo. Queste consentiranno all’intera comunità scientifica di sviluppare il riciclaggio in modo mirato.
I ricercatori del gruppo guidato da Javier Pérez-Ramírez, professore di ingegneria della catalisi, hanno studiato la decomposizione del polietilene e del polipropilene con l’idrogeno. Anche in questo caso, la plastica viene prima fusa in un serbatoio di acciaio. L’idrogeno gassoso viene poi immesso nella plastica fusa. Sono importanti anche i catalizzatori in polvere che i chimici aggiungono, ad esempio quelli contenenti il metallo rutenio. Scegliendo un catalizzatore adatto, i chimici aumentano l’efficienza della reazione chimica e possono così influenzare la produzione di molecole con una certa lunghezza di catena desiderata e il minor numero possibile di sottoprodotti, come metano o propano.
Velocità e geometria sono fondamentali
"La plastica fusa è mille volte più viscosa del miele. Il fattore decisivo è il modo in cui la si mescola nella vasca, in modo che la polvere di catalizzatore e l’idrogeno arrivino ovunque", spiega Antonio José Martín, scienziato del gruppo di Pérez-Ramírez. Con esperimenti e simulazioni al computer, il team di ricerca ha dimostrato che la massa plastica viene agitata al meglio con una girante le cui pale sono parallele all’asse. Rispetto a un’elica con pale angolate o a un agitatore a forma di turbina, ciò porta a una miscelazione più uniforme e a un minor numero di vortici di flusso. Anche la velocità di agitazione è molto importante. Non deve essere né troppo lenta né troppo veloce. La velocità ideale è vicina ai 1000 giri al minuto.I ricercatori sono riusciti a descrivere l’intero processo di riciclaggio chimico con tutti i suoi parametri in una formula matematica. "È il sogno di ogni ingegnere chimico avere a portata di mano una formula come questa per il proprio processo", afferma Pérez-Ramírez. Tutti gli scienziati nel campo della ricerca possono ora utilizzarla per calcolare con precisione l’influenza della geometria e della velocità dell’agitatore.
Negli esperimenti futuri sarà possibile confrontare diversi catalizzatori in modo mirato e controllare l’influenza della miscelazione sul processo. Inoltre, i principi di base sviluppati sono importanti per scalare la tecnologia dalla scala di laboratorio a grandi impianti di riciclaggio in futuro. "Ma al momento ci stiamo concentrando sulla ricerca di catalizzatori migliori per il riciclo chimico della plastica", dice Martín.
Questa ricerca è stata sostenuta, tra gli altri, dal Centro nazionale di competenza per la ricerca NCCR Catalysis .
