Un nuovo processo di riciclaggio potrebbe trovare mercati per i rifiuti di plastica “spazzatura”.

Jul 17, 2023

I rifiuti di plastica di basso valore possono essere convertiti in sostanze chimiche di alto valore in un nuovo processo sviluppato dai ricercatori dell’UW-Madison. Joel Hallberg

Anche se ogni settimana molti americani depositano diligentemente i propri rifiuti di plastica negli appositi contenitori, molti di questi materiali, tra cui pellicole flessibili, materiali multistrato e molta plastica colorata, non sono riciclabili utilizzando i metodi di riciclaggio meccanico convenzionali. Alla fine, solo il 9% circa della plastica negli Stati Uniti viene riutilizzata, spesso in prodotti di basso valore. Con una nuova tecnica, tuttavia, gli ingegneri chimici dell’Università del Wisconsin-Madison stanno trasformando i rifiuti di plastica di basso valore in prodotti di alto valore.

Il nuovo metodo, descritto nel numero dell’11 agosto della rivista Science, potrebbe aumentare gli incentivi economici per il riciclaggio della plastica e aprire la strada al riciclaggio di nuovi tipi di plastica. I ricercatori stimano che i loro metodi potrebbero anche ridurre le emissioni di gas serra derivanti dalla produzione convenzionale di questi prodotti chimici industriali di circa il 60%.

La nuova tecnica si basa su un paio di tecniche di trattamento chimico esistenti. Il primo è la pirolisi, in cui la plastica viene riscaldata ad alte temperature in un ambiente privo di ossigeno. Il risultato è l'olio di pirolisi, una miscela liquida di vari composti. L'olio di pirolisi contiene grandi quantità di olefine, una classe di idrocarburi semplici che costituiscono un elemento centrale degli odierni prodotti chimici e polimeri, inclusi vari tipi di poliesteri, tensioattivi, alcoli e acidi carbossilici.

Negli attuali processi ad alta intensità energetica come lo steam cracking, i produttori chimici producono olefine sottoponendo il petrolio a calore e pressione estremamente elevati. In questo nuovo processo, il team dell’UW-Madison recupera le olefine dall’olio di pirolisi e le utilizza in un processo chimico molto meno dispendioso in termini energetici chiamato catalisi di idroformilazione omogenea. Questo processo converte le olefine in aldeidi, che possono poi essere ulteriormente ridotte in importanti alcoli industriali.

"Questi prodotti possono essere utilizzati per realizzare un'ampia gamma di materiali di valore più elevato", afferma George Huber, professore di ingegneria chimica e biologica che ha guidato il lavoro insieme al ricercatore post-dottorato Houqian Li e al dottorando Jiayang Wu.

Questi materiali di valore più elevato includono ingredienti utilizzati per produrre saponi e detergenti, nonché altri polimeri più utili.

Utilizzando un processo chiamato idroformilazione, il professor George Huber (a sinistra) e il ricercatore post-dottorato Houqian Li sono in grado di recuperare le olefine in un olio ottenuto da rifiuti di plastica e trasformarli in sostanze chimiche di alto valore. Joel Hallberg

"Siamo davvero entusiasti delle implicazioni di questa tecnologia", afferma Huber, che dirige anche il Centro per il riciclaggio chimico dei rifiuti di plastica, finanziato dal Dipartimento dell'Energia. “Si tratta di una tecnologia di piattaforma per migliorare i rifiuti di plastica utilizzando la chimica dell’idroformilazione”.

L’industria del riciclaggio potrebbe presto adottare il processo; Negli ultimi anni, almeno 10 grandi aziende chimiche hanno costruito o annunciato piani per impianti per produrre oli di pirolisi dai rifiuti di plastica. Molti di loro fanno passare l'olio di pirolisi attraverso cracker a vapore per produrre composti di basso valore. La nuova tecnica di riciclaggio chimico potrebbe fornire un modo più sostenibile e redditizio per utilizzare tali oli.

"Attualmente, queste aziende non hanno un approccio davvero valido per aggiornare l'olio di pirolisi", afferma Li. “In questo caso, possiamo ottenere alcol di alto valore, del valore compreso tra 1.200 e 6.000 dollari la tonnellata, dai rifiuti di plastica, che valgono solo circa 100 dollari la tonnellata. Inoltre, questo processo utilizza tecnologie e tecniche esistenti. È relativamente facile espandersi”.

Lo studio è stato uno sforzo di collaborazione tra diversi dipartimenti della UW-Madison, afferma Huber. Clark Landis, presidente del Dipartimento di Chimica ed esperto mondiale di idroformilazione, ha suggerito la possibilità di applicare la tecnica agli oli di pirolisi. Il professore di ingegneria chimica e biologica Manos Mavrikakis ha utilizzato modelli avanzati per fornire informazioni a livello molecolare sui processi chimici. E il professore di ingegneria chimica e biologica Victor Zavala ha fornito aiuto analizzando l’economia della tecnica e il ciclo di vita dei rifiuti di plastica.