Il Santo Graal del riciclo della plastica.

Claudio Della Volpe

C&N ossia Chemical and Engineering news è una della più brillanti riviste divulgative ed informative di Chimica; curata dall’ACS, la American Chemical Society, la potremmo considerare la sorella maggiore de La Chimica e l’Industria. Ha un settore ampio dedicato proprio alla divulgazione dove sforna figure come questa che vi mostro fatta da Andy Brunning (April 19, 2018 | APPEARED IN VOLUME 96, ISSUE 17):


Vi dà un’idea immediata della situazione del riciclo della plastica (a livello americano e mondiale, guardate i dati con attenzione nelle due colonne), che è stata il tema della recente Giornata della Terra del 22 aprile.

Per fare una cosa del genere ci vuole conoscenza sia della Chimica che della Comunicazione, e anche una abilità grafica e persone che vi si dedicano; eh già direte voi ma dove le troviamo noi? Questo blog si fonda su alcuni volontari quasi tutti pensionati (lo 0.3% degli iscritti SCI e non tutti sono iscritti) che lavorano gratis e C&I ha una redazione fatta da 1 persona a tempo pieno; non azzardo ipotesi sulle cause, mi accontento di considerare le conseguenze disastrose in cui è facile ricevere critiche, ma molto più difficile avere una mano dai medesimi colleghi che criticano: provate voi a scrivere un post, colleghi criticoni, giuro che sarà pubblicato. Ma torniamo al riciclo.

Come vedete dalla grafica la situazione mondiale è tragica; dei 6.3 miliardi di tonnellate di plastica prodotte fra il 1950 e il 2015 solo il 9% è stato riciclato e in effetti buona parte è stato disperso in ambiente, è da questi 6.3 miliardi di ton che arrivano le isole della monnezza dell’oceano. La situazione del riciclo americana è tremenda dato che al massimo riciclano meno del 20% (in media il 9), mentre la situazione europea ed italiana è un poco meglio, siamo in media quasi al doppio.

Dai dati, discussi al recentissimo show del riciclo, PRS, si evince che l’Europa (che ha l’ambizioso progetto di riciclare la plastica completamente dal 2030) ricicla al momento il 41% circa del totale dei rifiuti di plastica.

Se fate il confronto con il riciclo del ferro (>40%), del vetro (80%), dell’alluminio (75% dell’ alluminio mai estratto è ancora in circolazione), Piombo (>60%), della carta (56%) o di sua maestà l’oro che è il materiale più riciclato (chissà perchè?! Si calcola che l’85% di tutto l’oro estratto nella storia umana sia ancora in circolazione) la plastica nella sua media è piazzata veramente maluccio. D’altronde è anche l’ultima arrivata fra tutti i materiali che ho nominato, è un prodotto di massa da pochi decenni, l’alluminio lo è da ben più di un secolo e il ferro o il vetro lo sono da parecchi millenni! I tempi di maturazione delle tecnologie non sono così veloci dopo tutto.

La decisione della Cina di bloccare l’importazione dei rifiuti in plastica ha messo in crisi il giovane apparato industriale di riciclo plastica dell’Europa; l’Europa produce all’incirca un quinto del totale della plastica mondiale (60Mton su 330).

(dati da https://www.plasticseurope.org/application/files/5715/1717/4180/Plastics_the_facts_2017_FINAL_for_website_one_page.pdf)

Solo nel 2016 per la prima volta il riciclo europeo ha superato la discarica, (31% a 27%) ma ATTENZIONE; l’industria considera riciclo “energetico” anche bruciare la plastica, un affare (a mio parere) ecologicamente assurdo che recupera solo una frazione del totale dell’energia immessa nel ciclo e che in realtà serve a mascherare il fatto che il grosso della plastica NON viene riciclata per problemi tecnici, il PVC e il PP per esempio sono di fatto non riciclabili o lo sono poche volte, e nonostante le loro proprietà tecnologiche notevoli non dovrebbero trovare posto nella nostra produzione se non in settori di nicchia (applicati solo in usi di lunga durata, non in altri) mentre fanno la parte del leone.

Quali sono i tempi di uso della plastica? Molto variabili da 1 a 50 anni a seconda dei casi e occorrerebbe evitare di usare in usi dai tempi corti materiali NON riciclabili; per esempio mi risulta che la schiuma di PP come imballaggio sia una sciocchezza: vive pochissimo e non è riciclabile, al massimo la bruciano. Se è così è una assurdità.

Il recupero energetico della plastica (al momento) è un affare solo a certe condizioni: da noi in Italia grazie ai notevoli supporti economici statali verso gli inceneritori: il caso CIP6 in Italia ne è una dimostrazione palese; una scelta che ha deformato il settore energetico, facilitando la costruzione di giganteschi impianti di incenerimento che costituiscono investimenti di lungo periodo e che hanno senso solo pensando a voler continuare a bruciare e non a riciclare; sono i proprietari di questi impianti a combattere una battaglia CONTRO le rinnovabili.

In altri paesi che si sono affidati al “mercato”, (seguendo la più grande bufala concettuale mai inventata ossia che il mercato oligopolistico attuale sia un mezzo efficiente di allocazione delle risorse, posizione che non ha alcuna dimostrazione teorica seria) cosa succede?

In Germania ci sono molti impianti che a causa della riduzione dei consumi nel periodo della crisi e con l’aumento sia pur lento del vero riciclo hanno conosciuto un deficit di offerta. Per riempire il deficit alcuni impianti tedeschi importano regolarmente rifiuti da Italia, Irlanda, Gran Bretagna e Svizzera. La Germania non è l’unica nazione a importare immondizia altrui: la Svezia anche importa rifiuti per alimentare i proprii impianti di generazione termoelettrica mano a mano che i residenti riciclano sempre più: nel 2014 la Svezia ha importato 800.000ton di rifiuti. Se vi sembra una politica “ecologica”!

Considerate infine che il “recupero energetico” della plastica NON elimina le scorie (da recupero fumi) e le ceneri , che rappresentano una quota significativa (5-10%); queste sono poi rifiuti tossici e dunque anche complessi da smaltire e a volte finiscono in discariche speciali.

La realtà è che occorre cambiare strada, e prima di tutto cambiare plastica; o si inventano metodi di riciclo efficienti per materiali come PVC o PP o si rinuncia ad essi: so che molti storceranno il naso. Lo ripeto: prodotti tecnologicamente notevoli ma attualmente non riciclabili come il PVC od il PP che di fatto sono pochissimo riciclati per vari problemi (in genere esistono le tecnologie ma sono costose e poco diffuse), bene per questi o si aggiornano le tecniche oppure occorre passare ad altri prodotti come il PET o altri ancora che consentirebbero proprietà meccaniche E riciclo completo o quasi.

Basterebbe una legge mondiale di un solo articolo: è vietato produrre polimeri che non si possano concretamente riciclare a costi ed in condizioni ragionevoli. La plastica non riciclabile si può usare solo per applicazioni limitate e durature e chi la produce ne deve garantire lo smaltimento a sue spese.

Vi presento una scoperta di questi giorni che affronta il problema in modo radicale e che secondo me potrebbe, se confermata, riconciliare tecnologia e ambiente.

Si tratta del 3,4-T6GBL, una sigla che nasconde un intelligente derivato del γ-butirrolattone; quest’ultimo è un lattone ciclico, un estere ciclico di formula:

sulle cui proprietà di solvente e anche di droga ci sarebbe molto da dire, ma al momento ci concentriamo sul fatto che un polimero basato su questo monomero esiste già e non ha proprietà notevoli.

Alcuni anni fa Eugene X.-Y. Chen all’Università del Colorado pubblicò un lavoro sulla possibilità di ottenere un polimero dalla reazione di apertura del ciclo del GBL, a sua volta ottenibile dallo zucchero. Ma la reazione che proponevano era difficile da realizzare su ampia scala a causa del fatto che occorreva gestirla a -40°C o meno e inoltre il polimero così ottenuto era poco stabile e aveva basso peso molecolare come anche proprietà fisiche e meccaniche che ne limitavano l’uso pratico.

Nel frattempo un gruppo dell’Università di Yamagata aveva provato una nuova strada, polimerizzare non il GBL ma un suo derivato ottenuto fondendo il suo ciclo con quello del cicloesano e i cui risultati vedete rappresentati nella figura seguente.

Polymer Journal

Vol.46  No.2 (2014)   pp.89 – 93

Questa sintesi non produsse risultati utili, ma diede l’idea ai ricercatori del Colorado di sfruttare una sintesi simile ma con un nuovo obiettivo che vedete rappresentato nella parte centrale della figura seguente, con lo spostamento dell’afferraggio dell’anello a 6 termini in posizione 3-4 e che ha consentito di realizzare un nuovo polimero molto interessante.

Il nuovo polimero si può ottenere in forma ciclica o lineare con peso molecolare fino ad 1 milione di dalton, quindi con migliaia di monomeri; può essere rapidamente depolimerizzato a temperature accettabili (inferiori a 200°C) con l’aggiunta di un catalizzatore a base di cloruro di zinco; il polimero ottenuto usando i due enantiomeri del monomero ha proprietà eccellenti; la resistenza a rottura è dell’ordine di quella del polipropilene; il limite principale è che la sintesi del nuovo monomero a partire dalla anidride dell’acido trans-1,2-ciclo­esancarbossilico appare costosa e dunque occorre un ulteriore passo verso una diversa sorgente.

Sembra dunque una scoperta molto interessante che potrebbe fornire un polimero termoplastico “ideale”, una sorta di Santo Graal del riciclo plastica, in grado di essere polimerizzato e depolimerizzato in condizioni tali da non esserne danneggiato e di mantenere proprietà meccaniche di primo ordine nella sua forma pratica anche dopo un numero indefinito di ricicli. In questo modo basterebbe un catalizzatore poco costoso per depolimerizzare il materiale di un oggetto qualunque ottenuto dal nuovo polimero e riforgiare una molecola perfettamente identica, senza danni significativi dal processo di depolimerizzazione, come invece avviene attualmente in altri casi di polimeri termoplastici. Il futuro ci dirà se questa scoperta può aiutarci nello sviluppo di una plastica effettivamente riciclabile e con proprietà analoghe se non superiori a quelle del PET e di altri polimeri canonici.

Nel frattempo pensateci anche voi (sia a nuovi polimeri riciclabili che a scrivere qualcosa per il blog).

https://cen.acs.org/materials/polymers/Strong-stable-polymer-recycled-again/96/i18

Zhu et al., Science 360, 398–403 (2018)         27 April 2018

7 thoughts on “Il Santo Graal del riciclo della plastica.

  1. Qualche anno fa ho visitato un paio di stabilimenti nel nord-ovest che riciclano polipropilene. La materia prima è polipropilene pulito, cioè non proveniente da contenitori usati, bensì da scarti di lavorazione o comunque scartati dal marketing prima dell’utilizzo e commercializzazione (ricordo partite di bottiglie per detersivi, etichette per bottiglie, tappi, rotoli o altro ancora con colori sbagliati o comunque non più utilizzabili per ragioni di marketing). La plastica veniva sminuzzata, e mischiata a lotti in presenza di un certo calore, così da ridurla in un cippato tondeggiante e grossolano, di cui veniva studiato il colore e stabilito la quantità di colore necessaria per produrre poi – mediante fusione/additivazione, estrusione dello spaghetto e creazione dei pellet da rivendere – il prodotto da rivendere in base alle specifiche del cliente. Buona parte della materia finita sarebbe poi andata nel settore automotive, per cruscotti/scocche e altre parti degli autoveicoli.
    Il primo stabilimento visitato – in piena attività – per quanto non fosse palese polverosità evidente nell’aria degli ambienti, aveva le superfici (macchinari e pavimenti) ricoperti da pulviscolo (che ritengo fosse PP), che quindi veniva inalato da chi vi lavorava (e da noi che eravamo in visita).
    Il secondo stabilimento, con le linee di produzione ancora in costruzione – sarebbe andato in breve tempo a sostituire il primo stabilimento, posto a qualche chilometro di distanza – era completamente automatizzato, per ridurre al minimo il personale a contatto con i macchinari e con la polverosità. Inoltre i macchinari erano completamente scafandrati sotto tunnel di plexigas, evidentemente per evitare che la polverosità, generata da alcune fasi della lavorazione, si diffondesse.
    Chi mi fece visitare i due stabilimenti sorvolò sulle mie domande cirla la problematica della polverosità della lavorazione del PP – considerandolo al pari di un innocuo inerte – ma penso l’inalazione o l’ingestione di tale polvere possa sicuramente nuocere agli organismi viventi.
    Leggendo un quotidiano locale ho inoltre scoperto, a posteriori, che tale azienda si era dovuta spostare, anni prima, con la produzione dal suo stabilimento storico – ormai inglobato in un piccolo abitato – andado a una decina di km di distanza, in mezzo al verde (primo statilimento da me visitato). Ma anche lì, gli abitanti delle poche case poste a un centinaio di metri di distanza si erano lamentati per il problema dei rumori (credo lavorasse anche con turni notturni) e della polverosità di lavorazione.
    Nel frattempo era stato piantumato il perimetro dell’azienda, con pioppi (alberi a rapida crescita), per mitigare le problematiche.
    Ma alla fine la proprietà aveva deciso di procedere con un nuovo stabilimento, più all’avanguardia (il secondo stabilimento da me visitato), posto dall’altra parte dell’abitato: non più distante dalle abitazioni, rispetto al primo, anzi! Ma con accorgimenti tecnici per evitare rumore e polverosità.
    Le chiedo: che tipo di inquinamento si ha con il processo di riciclo del PP? Quale è la sua pericolosità per essere umano, flora e fauna?
    La ringrazio per le sue analisi, sempre interessanti e approfondite.
    Ad maiora!

    • Aneddoto interessante per vari motivi; a me risulta che ci sia una risposta infiammatoria che è ben conosciuta nei tessuti ossei e meno in altri; si veda per esempio qui: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S245207481630091X; anche la dimensione della polvere è importante trattandosi di inalazione, dunque sotto qualche micron il rischio aumenta; una mascherina con adeguato filtro scelto dopo aver caratterizzato la mesh della polvere sarebbe necessaria. E’ interessante che il riciclo avvenga per materiali “vergini”; in effetti non ho trovato dati sul riciclo di PP “usato”.

  2. Grazie dottore per l’articolo. Non conoscevo questa linea di ricerca ma ho letto che alcuni ricercatori hanno dapprima scoperto un enzima polietilene-asi (in un batterio trovato in alcune discariche) e poi ne hanno incrementato l’efficacia e la specificità. Tra l’altro tutto il processo mi fa pensare che prima o dopo, partendo da questi sviluppi, avremo la competenza per produrre enzimi specifici per plastiche diverse anche se, non essendo un chimico, non comprendo quanti grandi possano essere le problematiche inerenti una tale implementazione (ne comprendo eventuali limiti di spesa energetica del processo stesso). Pensa che anche questa sia una strada da percorrere? Grazie e saluti

    • personalmente me ne spaventerei perché un tale enzima la cui genetica casomai si potrebbe passare da un batterio all’altro ci potrebbe in futuro IMPEDIRE di usare la plastica tout-court, una cosa tipo “Lebbra antiplastica” un romanzo di FS di alcuni decenni fa, in cui un batterio proveniente dallo spazio acquisisce questa capacità e mette a repentaglio tutto il materiale di plastica. E’ solo una opinione personale.

      • La ringrazio della segnalazione; tuttavia nel lavoro originale citato non si parla affatto di riciclo; il lavoro riguarda la sintesi stereospecifica di poliesteri; bel risultato certamente, ma non si fa un passo avanti rispetto al riciclo; inoltre mentre nell’articolo su Phys.org si accenna in una frase alla possibilità di usare una semplice soluzione basica per “smontare” il polimero, nulla si dice a questo riguardo nell’articolo originale; in conclusione è una scoperta per migliorare le possibilità tecnologiche del materiale di sintesi ma non per riciclarlo bene e dunque va in quella categoria di materiali nuovi, bellissimi, ma che poi non sappiamo gestire bene.

  3. Pingback: Ancora sul problema dei rifiuti di plastica | La Chimica e la Società

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