Nell'avventura classica Ritorno al futuro, Emmett "Doc" Brown usa l'energia generata dai rifiuti per alimentare la sua macchina del tempo DeLorean. Ma mentre una macchina del tempo potrebbe essere ancora lontana, la prospettiva di usare i rifiuti come carburante non è troppo lontana dalla realtà. plastica, in particolare, contengono principalmente carbonio e idrogeno, con contenuto energetico simile ai combustibili convenzionali come il diesel.

Le materie plastiche sono tra i materiali di scarto più preziosi, anche se con il modo in cui le persone le scartano, probabilmente non lo sapresti. È possibile convertire direttamente tutte le materie plastiche in forme utili di energia e prodotti chimici per l'industria, utilizzando un processo chiamato "pirolisi a plasma freddo".

La pirolisi è un metodo di riscaldamento, che decompone i materiali organici a temperature comprese tra 400℃ e 650℃, in un ambiente con ossigeno limitato. La pirolisi viene normalmente utilizzata per generare energia sotto forma di calore, elettricità o combustibili, ma potrebbe essere ancora più vantaggioso se il plasma freddo fosse incorporato nel processo, per aiutare a recuperare altri prodotti chimici e materiali.

Il caso della pirolisi a plasma freddo

La pirolisi al plasma freddo consente di convertire la plastica di scarto in idrogeno, metano ed etilene. Sia l'idrogeno che il metano possono essere utilizzati come combustibili puliti, poiché producono solo quantità minime di composti nocivi come fuliggine, idrocarburi incombusti e anidride carbonica (CO₂). E l'etilene è l'elemento base della maggior parte delle materie plastiche utilizzate oggi nel mondo.

Così com'è, Il 40% dei rifiuti di plastica negli Stati Uniti e il 31% nell'UE vengono inviati in discarica. I rifiuti di plastica costituiscono anche dal 10% al 13% dei rifiuti solidi urbani. Questo spreco ha enormi impatti negativi sugli oceani e su altri ecosistemi.

Certo, bruciare la plastica per generare energia è normalmente molto meglio che sprecarla. Ma la combustione non recupera materiali da riutilizzare, e se le condizioni non sono strettamente controllate, può avere effetti dannosi sull'ambiente come l'inquinamento atmosferico.

In un'economia circolare, in cui i rifiuti vengono riciclati in nuovi prodotti, piuttosto che essere gettate via, le tecnologie che danno nuova vita ai rifiuti di plastica potrebbero trasformare il problema dell'accumulo di rifiuti di plastica. Invece di sprecare plastica, la pirolisi a plasma freddo può essere utilizzata per recuperare materiali di valore, che possono essere rispediti direttamente all'industria.

Come recuperare i rifiuti di plastica

Nel nostro recente studio abbiamo testato l'efficacia della pirolisi al plasma freddo utilizzando sacchetti di plastica, bottiglie di latte e candeggina raccolte da un impianto di riciclaggio locale a Newcastle, UK.

Abbiamo scoperto che è stato recuperato 55 volte più etilene da [polietilene ad alta densità (HDPE)] – che viene utilizzato per produrre oggetti di uso quotidiano come bottiglie di plastica e tubazioni – utilizzando plasma freddo, rispetto alla pirolisi convenzionale. Circa il 24% del peso della plastica è stato convertito direttamente dall'HDPE in prodotti di valore.

Le tecnologie al plasma sono state utilizzate in passato per trattare i rifiuti pericolosi, ma il processo avviene a temperature molto elevate superiori a 3, 000°C, e quindi richiede un sistema di raffreddamento complesso e ad alta intensità energetica. Il processo per la pirolisi al plasma freddo che abbiamo studiato funziona a soli 500 ℃ a 600 combinando il riscaldamento convenzionale e il plasma freddo, il che significa che il processo richiede relativamente molta meno energia.

Il plasma freddo, che viene utilizzato per rompere i legami chimici, avviare ed eccitare reazioni, è generato da due elettrodi separati da una o due barriere isolanti.

Il plasma freddo è unico perché produce principalmente elettroni caldi (altamente energetici):queste particelle sono ottime per rompere i legami chimici della plastica. L'elettricità per la generazione del plasma freddo potrebbe provenire da fonti rinnovabili, con i prodotti chimici derivati ​​dal processo utilizzati come forma di accumulo di energia:dove l'energia viene conservata in una forma diversa per essere utilizzata successivamente.

I vantaggi dell'utilizzo del plasma freddo rispetto alla pirolisi convenzionale sono che il processo può essere strettamente controllato, rendendo più facile rompere i legami chimici in HDPE che trasformano efficacemente gli idrocarburi pesanti dalla plastica in quelli più leggeri. Puoi usare il plasma per convertire la plastica in altri materiali; idrogeno e metano per l'energia, o etilene e idrocarburi per polimeri o altri processi chimici.

Meglio di tutto, il tempo di reazione con plasma freddo richiede secondi, che rende il processo rapido e potenzialmente economico. Così, la pirolisi al plasma freddo potrebbe offrire una serie di opportunità commerciali per trasformare qualcosa che attualmente rifiutiamo in un prodotto di valore.

Il Regno Unito sta attualmente lottando per raggiungere un obiettivo di riciclaggio domestico del 50% per il 2020. Ma la nostra ricerca dimostra un possibile posto per la plastica in un'economia circolare. Con la pirolisi a plasma freddo, potrebbe essere ancora possibile realizzare il vero valore dei rifiuti di plastica e trasformarli in qualcosa di pulito e utile.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.