I ricercatori della Virginia Tech stanno esplorando processi che potrebbero aumentare notevolmente il riciclaggio di una delle materie plastiche più prodotte al mondo.
Dottorato di ricerca il candidato Adam McNeeley e il suo consulente, l'illustre professore Y. A. Liu, membro del Macromolecules Innovation Institute, riferiscono la loro indagine sui processi di riciclaggio chimico che rimuovono additivi, impurità e coloranti dal polietilene tereftalato, comunemente indicato come PET.
I processi possono consentire di riciclare una percentuale maggiore di plastica rispetto agli attuali processi di riciclaggio meccanico.
Il lavoro è pubblicato sulla rivista Industrial &Engineering Chemistry Research .
Il PET si trova in molti articoli di uso quotidiano come tessuti, imballaggi e bottiglie. L’attuale riciclaggio avviene principalmente tramite il processo meccanico, che è limitato ai materiali riciclati puliti e viene applicato principalmente alle bottiglie di plastica. Le bottiglie di plastica rappresentano solo circa il 30% del suo utilizzo finale e il restante 70% non viene generalmente considerato per il riciclaggio commerciale.
"L'importanza di questa ricerca è identificare e sviluppare i modi più economici ed efficienti per riciclare il PET", ha affermato McNeeley, che studia ingegneria chimica. "C'è un chiaro desiderio pubblico di utilizzare prodotti realizzati con materiali riciclati, ma se il materiale riciclato il materiale costa molto di più del materiale vergine, quindi le persone hanno meno probabilità di acquistare il materiale riciclato."
McNeeley e Liu hanno studiato i percorsi di depolimerizzazione utilizzando glicole etilenico, metanolo o acqua per produrre monomeri che possono essere purificati da additivi, impurità e coloranti nei rifiuti di plastica e quindi riconvertiti in polimero PET riciclato.
Prima del loro studio, la maggior parte del lavoro relativo alla depolimerizzazione chimica del PET si concentrava solo sull’aspetto chimico. Ma questa ricerca fornisce una valutazione approfondita della termodinamica, della chimica, della purificazione, della gestione dei rifiuti e della progettazione sostenibile dei processi di depolimerizzazione del PET.
Il team di ricerca ha creato un modello di simulazione completo di quattro processi di depolimerizzazione che quantificano i bilanci di massa ed energia insieme alla domanda di energia e alle emissioni di anidride carbonica, che costituisce una base quantitativa per i professionisti industriali interessati alla sua depolimerizzazione per sviluppare ulteriormente processi di depolimerizzazione sostenibili.
"Esistono molti modi diversi in cui il PET può essere depolimerizzato e ce ne sono tre che vengono sviluppati attivamente per uso commerciale, e noi dimostreremo come questi diversi metodi si confrontano dal punto di vista del trattamento chimico", ha affermato McNeeley.
Il loro lavoro suggerisce inoltre aree chiave su cui i ricercatori dovrebbero concentrarsi per far avanzare in modo significativo il riciclaggio della plastica e consentire che le nuove tecnologie di riciclaggio siano commercialmente fattibili.
"Una delle maggiori sfide legate al riciclaggio meccanico è che alcuni coloranti e impurità non possono essere rimossi", ha affermato McNeely. "È necessario fare molti sforzi per la selezione e la pulizia dei rifiuti PET che possono essere riciclati meccanicamente.
"La conversione del polimero in un monomero apre una serie di percorsi di purificazione e consente di riciclare il PET di scarto, teoricamente di qualsiasi qualità. Inoltre apre la possibilità di riciclare altri materiali PET come imballaggi e tessuti, che in realtà costituiscono la maggior parte del PET. uso finale."
Sono molte le aziende che sviluppano attivamente tecnologie di riciclo chimico del PET, una delle quali è Eastman Chemical Co. Eastman ha costruito la prima unità di depolimerizzazione su larga scala negli Stati Uniti utilizzando la metanolisi a Kingsport, nel Tennessee.
"È importante che le aziende chimiche tradizionali come Eastman lavorino su questa tecnologia. Queste aziende hanno accesso a grandi quantità di capitale per costruire processi su larga scala e hanno il know-how e l'esperienza per sviluppare e gestire processi in modo efficiente e affidabile, il che è importante affinché le tecnologie di riciclaggio emergenti sopravvivano, soprattutto durante condizioni di mercato turbolente," ha affermato McNeeley.
"Si tratta di uno studio tempestivo, significativo e stimolante", ha affermato Joseph Bays, responsabile della tecnologia di licenza dell'azienda. "Sono un sostenitore dell'innovazione dell'integrazione del calore per risparmiare sul consumo energetico e di alcune altre caratteristiche innovative dello studio di progettazione sostenibile."
Dato il contesto globale del riciclo del PET, McNeeley ha affermato che tali sforzi dovrebbero comportare un livello di urgenza.
"La plastica attualmente deriva da materie prime basate sui combustibili fossili. Le fluttuazioni dei prezzi della plastica e i prezzi relativamente bassi dei combustibili fossili tendono a vanificare gli sforzi di riciclaggio della plastica perché è difficile guadagnare", ha affermato.
“Esiste una quantità limitata di combustibili fossili e i prezzi alla fine aumenteranno man mano che la risorsa diventa più scarsa. È qui che gli sforzi di riciclaggio della plastica diventano redditizi in modo affidabile, evitando che la plastica diventi estremamente costosa mentre passiamo all’utilizzo di materie prime derivate da combustibili non fossili. "
Ulteriori informazioni: Adam McNeeley et al, Valutazione dei processi di depolimerizzazione del PET per l'economia circolare. 2. Opzioni di progettazione del processo e valutazione della modellazione del processo per metanolisi, glicolisi e idrolisi, Ricerca chimica industriale e ingegneristica (2024). DOI:10.1021/acs.iecr.3c04001
Informazioni sul giornale: Ricerca chimica industriale e ingegneristica
Fornito da Virginia Tech
