Scienziati di Berkeley Lab hanno trovato il Santo Graal del riciclaggio della plastica

Leggera ma robusta, la plastica è eccezionale, finché non ne hai più bisogno, poiché contiene vari additivi, come coloranti, riempitivi o ritardanti di fiamma, pochissime materie plastiche possono essere riciclate senza perdita di prestazioni o di estetica; anche i vari utilizzi del PET (polietilene tereftalato) può essere riciclato solo al 20-30%, mentre il resto in genere va agli inceneritori o alle discariche, dove il materiale ricco di carbonio impiega secoli a decomporsi.
Ora un team di ricercatori del Laboratorio Nazionale Lawrence Berkeley del Dipartimento di Energia degli Stati Uniti, intervenendo nelle sue parti costitutive a livello molecolare ha progettato una plastica che può essere riciclata più volte, quindi ricomposta in una forma, struttura e colore diversi senza perdita di prestazioni o qualità.
Il nuovo materiale plastico, chiamato poli (diketoenamine), o PDK, è stato documentato sulla rivista Nature Chemistry. Peter Christensen, ricercatore presso la Molecular Foundry di Berkeley Lab, ha detto:
«La maggior parte delle materie plastiche non sono mai state progettate per essere riciclate. Abbiamo scoperto un nuovo modo di assemblare la plastica, prendendo in considerazione il riciclaggio da una prospettiva molecolare».
Peter Christensen fa parte di un team multidisciplinare guidato da Brett Helms, uno scienziato dello staff della Molecular Foundry di Berkeley Lab. Gli altri co-autori sono i ricercatori universitari Angelique Scheuermann e Kathryn Loeffler. Il progetto è stato finanziato attraverso il programma di ricerca e sviluppo diretto da laboratorio di Berkeley Lab.
Tutte le materie plastiche, dalle bottiglie d’acqua alle parti di automobili, sono costituite da grandi molecole chiamate polimeri, formate da catene di molecole di dimensioni inferiori, chiamate monomeri. Il problema con molte materie plastiche è che le sostanze chimiche aggiunte per renderle utili – come i riempitivi che rendono la plastica dura, o i plastificanti che rendono flessibile la plastica – sono strettamente legate ai monomeri, rimangono nella plastica anche dopo essere state lavorate in un impianto di riciclaggio.
Le materie plastiche con diverse composizioni chimiche (plastiche dure, plastiche elastiche, plastiche trasparenti, plastiche caramellate) durante la lavorazione in tali impianti, sono mescolate insieme e macinate in pezzi. Il miscuglio di plastiche tagliate quando si fonde per creare un nuovo materiale, è difficile prevedere quali proprietà erediterà dalla plastica originale.
L’eredità di proprietà sconosciute e quindi imprevedibili ha impedito alla plastica di diventare ciò che molti considerano il Santo Graal del riciclaggio, un materiale “circolare” i cui monomeri originali infinite volte possono essere recuperati o “riciclati” per creare un nuovo prodotto di qualità superiore: quindi, quando una borsa della spesa riutilizzabile realizzata con plastica riciclata si logora con l’usura, non può essere riciclata per creare un nuovo prodotto. La borsa una volta che ha raggiunto il suo ciclo, è incenerita per produrre calore, elettricità o carburante, o finisce in una discarica.
Brett Helms ha aggiunto:
«Il riciclo delle materie plastiche è una grande sfida, abbiamo già visto l’impatto degli scarti di plastica nei nostri ecosistemi acquatici, questa tendenza rischia di essere esacerbata dalle crescenti quantità di materie plastiche prodotte e dalla pressione che pone alle infrastrutture di riciclaggio nelle nostre città».

Riciclando un monomero di plastica alla volta
I ricercatori vogliono eliminare la plastica dalle discariche e dagli oceani promovendo il suo recupero e riutilizzo, ciò potrebbe essere possibile con i polimeri formati dai PDK, in questo modo i legami immutabili delle plastiche convenzionali sono sostituiti con legami reversibili che consentono di riciclare la plastica in modo più efficace.
I monomeri di plastica PDK a differenza delle plastiche convenzionali, potrebbero essere recuperati e liberati dal composto di qualsiasi additivo, semplicemente trattando il materiale in una soluzione molto acida. L’acido aiuta a rompere i legami tra i monomeri, li separa dagli additivi chimici che danno alla plastica il suo aspetto e la sua sensibilità.
Brett Helms ha detto:
«Siamo interessati alla chimica che reindirizza i cicli di vita della plastica da lineare a circolare. Vediamo un’opportunità per fare la differenza dove non ci sono possibilità di riciclaggio in materiali come gli adesivi, custodie per cellulari, cinturini per orologi, scarpe, cavi per computer e materiali termoindurenti creati a caldo dallo stampaggio di materiale plastico».
Il team di ricercatori ha scoperto per la prima volta la straordinaria proprietà circolare della plastica a base PDK mentre Peter Christensen, stava applicando vari acidi alle vetrerie utilizzate per produrre gli adesivi PDK, hanno notato che la composizione dell’adesivo era cambiata. Curioso di come l’adesivo potrebbe essere stato trasformato, Peter Christensen ha analizzato la struttura molecolare del campione con uno strumento di spettroscopia NMR (risonanza magnetica nucleare), con grande sorpresa, era formata da monomeri originali.
Il team di ricercatori dopo aver testato varie formulazioni presso la “fonderia molecolare”, ha dimostrato che non solo i polimeri PDK si suddividono in monomeri, ma il processo permette anche di separarli dagli additivi intrecciati.
Successivamente, hanno dimostrato che i monomeri PDK recuperati possono essere riutilizzati in polimeri, e quei polimeri riciclati possono formare nuove materie plastiche senza ereditare il colore o altre caratteristiche del materiale originale, per esempio, il cinturino nero rotto se è fatto con plastica PDK, gettato nella spazzatura, potrebbe trovare nuova vita come plastica per una tastiera del computer, oppure plastica flessibile con l’aggiunta di determinate caratteristiche.

Verso un futuro di plastica circolare
I ricercatori ritengono che la loro nuova plastica riciclabile potrebbe essere una buona alternativa a molte plastiche non riciclabili oggi in uso. Brett Helms in conclusione ha detto:
«Siamo in un punto critico in cui dobbiamo pensare alle infrastrutture necessarie per modernizzare gli impianti di riciclaggio per la futura raccolta differenziata e il trattamento dei rifiuti. Se questi impianti fossero progettati per recuperare o riciclare il PDK e la relativa plastica, allora saremmo in grado di allontanare più efficacemente la plastica dalle discariche e dagli oceani.
E’ questo un momento importante per cominciare a pensare a come progettare sia i materiali, sia gli impianti di riciclaggio per consentire la produzione di plastica circolare».
I ricercatori hanno in programma di sviluppare le plastiche PDK con un’ampia gamma di proprietà termiche e meccaniche per applicazioni diverse come i tessuti e la stampa 3D. Inoltre, stanno cercando di espandere le formulazioni incorporando materiali a base vegetale e altre fonti sostenibili.

Pino Silvestri

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Pino Silvestri, blogger per diletto, fondatore, autore di Virtualblognews, presente su Facebook e Twitter.
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