Hilal Ezgi Toraman, Virginia S. e Philip L. Walker Jr. Faculty Fellow presso il Dipartimento di ingegneria energetica e minerale della famiglia John e Willie Leone presso la Penn State. Credito:Penn State University
Trasformare i rifiuti di plastica in prodotti utili attraverso il riciclaggio chimico è una strategia per affrontare il crescente problema dell'inquinamento da plastica della Terra. Un nuovo studio potrebbe migliorare la capacità di un metodo, chiamato pirolisi, di elaborare plastiche miste difficili da riciclare, come gli imballaggi alimentari multistrato, e generare carburante come sottoprodotto, hanno affermato gli scienziati.
La pirolisi comporta il riscaldamento della plastica in un ambiente privo di ossigeno, provocando la rottura dei materiali e la creazione di nuovi combustibili liquidi o gassosi nel processo. Le attuali applicazioni commerciali, tuttavia, operano al di sotto della scala necessaria o possono gestire solo determinati tipi di plastica, hanno affermato gli scienziati.
"Abbiamo una conoscenza molto limitata della pirolisi plastica mista", ha affermato Hilal Ezgi Toraman, assistente professore di ingegneria energetica e ingegneria chimica alla Penn State. "Capire gli effetti di interazione tra diversi polimeri durante il riciclaggio avanzato è molto importante mentre stiamo cercando di sviluppare tecnologie in grado di riciclare i veri rifiuti di plastica."
Gli scienziati hanno condotto la co-pirolisi di due dei tipi più comuni di plastica, polietilene a bassa densità (LDPE) e polietilene tereftalato (PET), insieme a diversi catalizzatori per studiare gli effetti di interazione tra le materie plastiche. Hanno scoperto che un catalizzatore potrebbe essere un buon candidato per convertire i rifiuti misti di LDPE e PET in preziosi combustibili liquidi. I catalizzatori sono materiali aggiunti alla pirolisi che possono aiutare il processo, come indurre la plastica a rompersi in modo selettivo ea temperature più basse.
"Questo tipo di lavoro può permetterci di fornire linee guida o suggerimenti all'industria", ha affermato Toraman, che è Virginia S. e Philip L. Walker Jr. Faculty Fellow presso il John and Willie Leone Family Department of Energy and Mineral Engineering presso Penn Stato. "È importante scoprire che tipo di sinergie esistono tra questi materiali durante il riciclaggio avanzato e per quali tipi di applicazioni potrebbero essere adatti prima di aumentare".
Le materie plastiche, LDPE e PET, si trovano comunemente negli imballaggi alimentari, che spesso sono costituiti da strati di materiale plastico diverso che sono ingegnerizzati per mantenere i prodotti freschi e sicuri, ma sono anche difficili da riciclare con i processi tradizionali perché gli strati devono essere separati, che è un processo costoso.
"Se vuoi riciclarli, devi sostanzialmente separare quegli strati e magari fare qualcosa con i singoli flussi", ha detto Toraman. "Ma la pirolisi può gestirlo, quindi è un'opzione molto importante. Non è facile trovare una tecnica del genere in grado di accettare la complessità disordinata di questi diversi materiali plastici".
Il primo passo per lo sviluppo di nuovi processi di pirolisi commerciale dipende da una migliore comprensione meccanicistica di come le miscele dinamiche di rifiuti di plastica si decompongono e interagiscono, hanno affermato gli scienziati.
Gli scienziati hanno condotto la pirolisi su LDPE e PET separatamente e insieme e hanno osservato gli effetti di interazione tra i due polimeri durante i test con ciascuno dei tre catalizzatori utilizzati. Gli scienziati hanno riportato i risultati sulla rivista Reaction Chemistry &Engineering .
"Abbiamo visto prodotti che possono essere ottimi candidati per l'applicazione della benzina", ha affermato Toraman.
Il team ha anche sviluppato un modello cinetico in grado di modellare accuratamente gli effetti di interazione osservati durante la copirolisi di LDPE e PET con ciascuno dei catalizzatori. I modelli cinetici tentano di prevedere il comportamento di un sistema e sono importanti per comprendere meglio il motivo per cui si verificano le reazioni.
Il gruppo di ricerca di Toraman si concentra sull'esecuzione di esperimenti in condizioni ben definite e ben controllate per comprendere gli effetti di interazione durante il riciclaggio avanzato di plastiche miste e i corrispondenti meccanismi di reazione.
"Studi sistematici e fondamentali sulla comprensione dei percorsi di reazione e sullo sviluppo di modelli cinetici sono i primi passi verso l'ottimizzazione del processo", ha affermato Toraman. "Se non abbiamo i nostri modelli cinetici corretti, i nostri meccanismi di reazione in modo accurato, se aumentiamo per impianti pilota o operazioni su larga scala, i risultati non saranno accurati."
Toraman ha affermato di sperare che la ricerca porti a una migliore responsabilità ambientale nel recupero, elaborazione e utilizzo delle risorse della Terra.
Un'analisi globale di tutta la plastica prodotta in serie ha rilevato che si stima che un totale di 8,3 miliardi di tonnellate di nuova plastica sia stato generato in tutto il mondo fino ad oggi. Nel 2015, il 79% dei rifiuti di plastica, che contengono numerose sostanze chimiche pericolose, è stato lasciato accumulare in discariche o ambienti naturali con circa il 12% incenerito e solo il 9% riciclato.
"Qualunque cosa facciamo è meglio che non fare nulla", ha detto Toraman. "Dobbiamo includere nuovamente quelle plastiche nell'economia, per avere un'economia circolare, altrimenti finiranno nelle discariche, rilasciando sostanze potenzialmente tossiche nel suolo e nell'acqua o contaminando gli oceani. Quindi fare qualcosa, trovare un valore, è meglio che niente. La plastica è attualmente considerata un rifiuto perché trattiamo queste preziose risorse come rifiuti."
Other Penn State researchers on this project were Sean Timothy Okonsky, doctoral student in the Department of Chemical Engineering, and J.V. Jayarama Krishna, postdoctoral researcher in the John and Willie Leone Family Department of Energy and Mineral Engineering. + Esplora ulteriormente
