Laura Salvia Diaz Silvarrey (Università di Newcasle dipartimento ingegneria chimica), Kui Zhang (Università di Newcasle) e Anh N. Phan (docente d’ingegneria chimica Università di Newcasle), sulla rivista “Green Chemistry“ (Chimica verde), hanno pubblicato il loro studio intitolato: “Recupero del monomero tramite pirolisi avanzata di rifiuti di polietilene ad alta densità (HDPE). Descrivono la possibilità di trasformare i rifiuti di plastica in energia verde.
Emmett “Doc” Brown personaggio immaginario, co-protagonista della trilogia cinematografica Ritorno al futuro usa l’energia generata dai rifiuti per alimentare DeLorean la sua macchina del tempo. Tale idea mentre è ancora lontana, la prospettiva di utilizzare la spazzatura come carburante è più vicino alla realtà. Le materie plastiche, in particolare, contengono principalmente carbonio e idrogeno, con un contenuto energetico simile a quello dei combustibili convenzionali come il diesel.
Le materie plastiche sono tra i più preziosi materiali di scarto, probabilmente non ne siamo a conoscenza per il modo in cui le smaltiamo: è bene sapere che è possibile convertire direttamente tutte le plastiche in forme utili di energia e prodotti chimici per l’industria, utilizzando un processo chiamato “pirolisi al plasma freddo“.
La pirolisi è un metodo di riscaldamento, in un ambiente con ossigeno limitato decompone i materiali organici a temperature comprese tra 400°C e 650°C. La pirolisi è normalmente utilizzata per generare energia sotto forma di calore, elettricità o combustibili, ma potrebbe essere ancora più vantaggiosa se il plasma freddo fosse integrato nel processo, per aiutare a recuperare altre sostanze chimiche e materiali.
Il caso per la pirolisi al plasma freddo
La pirolisi al plasma freddo consente di convertire i rifiuti plastici in idrogeno, metano ed etilene: sia l’idrogeno sia il metano possono essere utilizzati come combustibili puliti, poiché producono solo quantità minime di composti nocivi come fuliggine, idrocarburi incombusti e anidride carbonica (CO2). L’etilene è l’elemento base della maggior parte delle materie plastiche utilizzate oggi in tutto il mondo.
Il 40% dei rifiuti di plastica negli Stati Uniti e il 31% nell’UE allo stato attuale sono inviati in discarica. I rifiuti di plastica costituiscono anche il 10-13% dei rifiuti solidi urbani. Tale spreco ha un enorme impatto negativo sugli oceani e su altri ecosistemi.
Naturalmente, bruciare la plastica per generare energia è di norma migliore che sprecarla, ma la combustione non recupera materiali da riutilizzare e, se le condizioni non sono strettamente controllate, può avere effetti dannosi per l’ambiente, come l’inquinamento atmosferico.
In un’economia circolare – dove i rifiuti sono riciclati in nuovi prodotti, piuttosto che essere gettati via -, le tecnologie che danno nuova vita ai rifiuti plastici potrebbero trasformare il problema del riciclaggio dei rifiuti plastici: piuttosto che sprecare la plastica, la pirolisi al plasma freddo può essere utilizzata per recuperare materiali preziosi che possono essere riutilizzati nell’industria.
Come recuperare i rifiuti di plastica
Nel nostro recente studio abbiamo testato l’efficacia della pirolisi al plasma freddo utilizzando sacchetti e bottiglie plastica (contenitori per latte e candeggina) raccolte da un impianto di riciclaggio locale a Newcastle, Regno Unito.
Abbiamo scoperto che è stato recuperato il 55% in più di etilene dal polietilene ad alta densità (HDPE) che è utilizzato per produrre oggetti di uso quotidiano, come bottiglie di plastica e tubazioni. Utilizzando plasma freddo, rispetto alla pirolisi convenzionale, circa il 24% del peso della plastica è stato convertito dal HDPE direttamente in prodotti di valore.
Le tecnologie al plasma sono state utilizzate in passato per trattare i rifiuti pericolosi, ma il processo avviene a temperature molto elevate, superiori a 3.000°C, richiede quindi un sistema di raffreddamento complesso e ad alta intensità energetica. Il processo di pirolisi al plasma freddo che abbiamo studiato opera a soli 500-600°C combinando il riscaldamento convenzionale e il plasma freddo, ciò significa che il processo richiede relativamente meno energia.
Il plasma freddo, che è utilizzato per rompere i legami chimici, avviare ed eccitare le reazioni, è generato da due elettrodi separati da una o due barriere isolanti. Il plasma freddo è unico perché produce principalmente elettroni caldi (molto energetici), queste particelle sono ottime per rompere i legami chimici della plastica. L’elettricità per la generazione del plasma freddo potrebbe provenire da fonti rinnovabili, con i prodotti chimici derivati dal processo utilizzati come forma di accumulo di energia.
Il vantaggio dell’uso del plasma freddo rispetto alla pirolisi convenzionale è che il processo può essere strettamente controllato, rendendo più facile la rottura dei legami chimici in HDPE che trasformano efficacemente gli idrocarburi pesanti dalla plastica in idrocarburi più leggeri. E’ possibile utilizzare il plasma per convertire la plastica in altri materiali: idrogeno e metano per l’energia, oppure etilene e idrocarburi per i polimeri o altri processi chimici.
La caratteristica più importante è che il tempo di reazione con il plasma freddo richiede pochi secondi, il che rende il processo rapido e potenzialmente economico. La pirolisi al plasma freddo quindi potrebbe offrire una serie di opportunità di business per trasformare qualcosa che in questo momento sprechiamo in un prodotto prezioso.
Il Regno Unito è impegnato a raggiungere nel 2020 l’obiettivo del 50% di riciclaggio domestico.
La nostra ricerca dimostra che la plastica può trovare posto in un’economia circolare, con la pirolisi al plasma freddo, è possibile comprendere il vero valore dei rifiuti plastici e trasformarli in qualcosa di pulito e utile».
