Un nuovo metodo per riciclare plastiche monouso

Rinaldo Cervellati

In questo blog si è parlato e si continua a discutere del degrado ambientale prodotto dall’enorme quantità di scarti degli oggetti in plastica, specialmente le bottiglie in polietilene, e delle difficoltà del loro riciclaggio.

Cumulo di scarti di bottiglie e altri contenitori in PE

Recentemente abbiamo parlato anche del platino e dei suoi composti. Un gruppo di ricercatori negli USA ha recentemente pubblicato una ricerca su un catalizzatore al platino che favorisce la trasformazione delle macromolecole delle plastiche in oli minerali e paraffine (G. Celik et al., Upcycling Single-Use Polyethylene into High-Quality Liquid Products, ACS Central Science, 2019, DOI: 10.1021/acscentsci.9b00722).

Ne ha scritto Raleigh McElvery, nel numero del 24 ottobre scorso di Chemistry & Engineering newsletter, col titolo “Single-use plastics transformed into high-quality liquid hydrocarbons with new catalyst” (Plastiche monouso trasformate in idrocarburi liquidi di alta qualità con un nuovo catalizzatore).

A tutt’oggi la tecnica più impiegata industrialmente per il riciclaggio è la pirolisi catalitica, che utilizza alte temperature in ambiente privo di ossigeno, per convertire gli scarti polimerici in una gamma di idrocarburi a catena corta come quelli del gasolio. È stata impiegato anche l’idrogenolisi[1], che utilizza l’idrogeno per spezzare i legami carbonio-carbonio. Nessuno dei due approcci è perfetto, ma con un catalizzatore adeguato l’idrogenolisi diviene più selettiva producendo prodotti di elevata qualità, afferma Massimiliano Delferro, uno dei responsabili della nuova ricerca.

Massimiliano “Max” Delferro

Per realizzare il nuovo catalizzatore, originariamente sintetizzato nel laboratorio del coautore Kenneth R. Poeppelmeier alla Northwestern University, co-responsabile della ricerca, il gruppo ha usato la tecnica della deposizione di strati di nano particelle atomiche di platino su strutture cubiche di titanato di stronzio (SrTiO3) con dimensioni inferiori a 100 nm.

Nanoparticelle di platino disperse su particelle di titanato di stronzio a struttura cubica. © ACS

Il platino è un catalizzatore comune per tutte le reazioni coinvolgenti idrogeno e il supporto delle nanoparticelle su SrTiO3 le favorisce per le condizioni necessarie alla reazione di idrogenolisi del polietilene.

Kenneth R. Poeppelmeier

Una delle sfide dell’idrogenolisi del polietilene è la difficoltà nel controllo della giusta quantità di idrogeno nella miscela di reazione[2]. In questo lavoro, i ricercatori hanno controllato la dimensione e la distribuzione delle nanoparticelle di platino per ridurre al minimo questo problema, generando idrocarburi pesanti da una gamma di polietileni di diversi pesi molecolari. Gli idrocarburi prodotti possono servire come lubrificanti o cere, o ulteriormente trasformati in cosmetici e detergenti.

Studiando come il polietilene ha interagito con il catalizzatore Pt/SrTiO3, il gruppo ha osservato che le dimensioni delle nanoparticelle e il modo in cui si sono assemblate sulla superficie del supporto hanno assicurato che i legami carbonio-carbonio nelle catene polimeriche più lunghe si suddividessero in catene più corte, dando i prodotti desiderati, anche utilizzando sacchetti di plastica commerciale usati. Il loro catalizzatore ha mostrato una netta miglior performance di quelli usati industrialmente, convertendo una parte maggiore del polietilene di partenza nei prodotti desiderati.

Matthew J. Rosseinsky dell’Università di Liverpool, non coinvolto nella ricerca, afferma che l’importanza del lavoro sta nel controllo chimico dell’attività catalitica su scala nanometrica, per la ricerca di base, e questo è il risultato più notevole.

Secondo Marco J. Castaldi, direttore dell’Earth Engineering Center del City College di New York, anch’egli non coinvolto nello studio, sebbene il catalizzatore sia riciclabile, potrebbe essere ancora troppo costoso per un’applicazione pratica, inoltre dovrebbe resistere a migliaia di ore di utilizzo. Il catalizzatore ha certamente un potenziale ma richiede ulteriori test con materiali plastici misti in presenza di contaminanti, come coloranti o residui di cibo e bevande. Idealmente, l’idrogeno richiesto per la reazione proviene da una fonte economica e sostenibile e può essere facilmente recuperato per l’uso nei successivi cicli di reazione.

Infine, Nina Bellucci Butler, amministratore delegato della società di ricerca e tecnologia More Recycling, afferma che l’implementazione del riciclaggio chimico a livello globale richiederà nuove normative per rendere il processo più efficiente e incentivare le aziende a collaborare. Dobbiamo sviluppare politiche che sostengano giuste soluzioni, penso infatti che in questo momento siamo sull’orlo di un precipizio.

Nina Bellucci Butler

Nina Bellucci Butler ha posto sempre molta attenzione al problema del riciclo, ad esempio in un suo lungo articolo del 2014:

https://www.plasticfilmrecycling.org/wp-content/uploads/2017/06/RR-PRU-WRAP-article-2014.pdf

[1] L’idrogenolisi è una reazione chimica in base alla quale un singolo legame carbonio-carbonio o carbonio-eteroatomo viene rotto o subisce lisi (degradazione) da parte dell’idrogeno.

[2] Un eccesso di idrogeno porterebbe a un’eccessiva rottura del polietilene in idrocarburi leggeri come benzina o addirittura etano e metano, cosa che succedeva con gli usuali catalizzatori.

6 pensieri su “Un nuovo metodo per riciclare plastiche monouso

  1. Il sistema più semplice di ogni altra elaborazione della plastica sarebbe quella di non utilizzarla.
    Si trovano in commercio numerosi tipi di contenitori, che non includono PE o altri polimeri inquinanti, altrettanto funzionanti, duraturi e più facilmente riciclabili; se ne trovano già in commercio.
    Perchè l’intero sistema alimentare o più in generale tutto il mondo industriale non ne fa uso a tutto campo. Mancano gli interventi dei vari Stati più industrializzati a una politica nel verso pocanzi indicato.

    • Questa è una impostazione che non capisco; ossia la plastica è cattiva per defiizione e gli altri materiali buoni? non è così; ogni materiale se usato impropriamente ha problemi, vetro ed alluminio compresi e per i liquidi non è che ci siano molte altre possibilità, i multistrato sono perfino peggio della plastica da questo punto di vista; inoltre la questione è anche che certe merci sono improprie; esempio l’acqua minerale: è inutile nel 90% dei casi ergo lo sono anche i suoi contenitori; ma allora eliminiamo l’acqua minerale, l’acqua del sindaco è ottima nella stragrade maggioranza dei casi; le bibite zuccherate a che servono ? a far ingrassare? acqua zucchero ed un aroma? detto questo un contenitore di plastica opportunamente costruito può essere riusato e riciclato a patto che la sua durata di vita sia sufficientemente lunga; il punto come ho scritto in un post è che non basta la % di riciclo su cui si discute tanto, ma ci vuole prima di tutto una alta durata di vita altrimenti anche un materiale ad alta riciclabilità dopo un certo numero di cicli è perso. Paradossalmente se la durata di vita è piccola la riciclabilità alta o bassa non fa differenza: https://ilblogdellasci.wordpress.com/2019/11/13/riciclare-la-plastica/

  2. Cari colleghi,
    abbiate pazienza, ma a me le posizioni “benaltriste” sempre mi lasciano perplesso.
    Con lo stesso approccio, per decenni non si sono fatti impianti (come all’estero) per “termovalorizzare” (=incenerire) le immondizie (chiamiamole così per semplicità) perchè “la maniera migliuore di trattarle è non produrle, così non si inquina nelle discariche e negli inceneritori.
    Il risultato è sotto gli occhio di tutti : importanti città coperte di immondizia, oppure treni carichi e camion che viaggiano a migliaia per portare all’estero la roba che non possiamo “trattare” per mancanza di impianti. E l’inquinamento di questi mezzi come lo contiamo ?
    Trovo sempre velleitario il ragionamento di chi propone di “saltare uno stadio” e passare a quelli successivi futuribili salvo poi trovarsi con un pugno di mosche ed i problemi irrisolti.

    antoniutti

  3. Se le merci usa e getta in plastica non sono indispensabili (come le bottiglie dell’acqua minerale, che nella maggior parte dei casi può essere sostituita dall’acqua dell’acquedotto), piuttosto che sostituirle con materiali alternativi, destinarle al riciclo (che sarà sempre parziale) o peggio ancora bruciarle per recuperare solo una piccola frazione dell’energia usata nella loro produzione, la miglior cosa è evitarne il più possibile l’uso. Purtroppo, sia per la mentalità consumistica e la scarsa sensibilità ambientale della popolazione sia per gli interessi economici in gioco, ciò è tutt’altro che facile.

  4. Gli impatti ambientali si misurano sul ciclo di vita (dalla progettazione alla resurrezione) dei prodotti e annessi servizi e non dagli impatti dei materiali presi da soli. C’è una grandissima confusione in campo ambientale perché spesso mancano le basi. Consiglio ai più giovani di studiare la Blue Economy, detta qualche volta anche la Circular Economy. C’è un bellissimo manuale di Circular Design online.

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