Dai primi anni Cinquanta, gli esseri umani hanno prodotto più di 8,3 miliardi di tonnellate di plastica, il peso di circa un miliardo di elefanti. Circa il 60% di quella plastica è finito in discarica o nell'ambiente naturale, secondo il Programma delle Nazioni Unite per l'ambiente, ma questo modello potrebbe iniziare a cambiare man mano che la tecnologia di riparazione e riciclaggio prende piede.

"In tutto il mondo, la sfida (per un'economia circolare) resta quella di stabilire processi innovativi per il riciclaggio dei rifiuti di plastica, " disse Costas Charitidis, professore all'Università Tecnica Nazionale di Atene, Grecia.

Il materiale, derivato da combustibili fossili, è una parte vitale della vita moderna, utilizzata in tutto, dagli imballaggi alimentari ai componenti dei computer, ma la mancanza di riciclaggio e di smaltimento adeguato ha contaminato la sua produzione, uso e consumo. Nell'ambito della sua strategia per l'economia circolare sulla plastica, l'Unione Europea si è impegnata a ridurre i rifiuti di plastica e ha vietato l'esportazione di rifiuti di plastica non differenziati verso l'estero.

Ma per ridurre i rifiuti di plastica, i governi e le aziende avranno bisogno di nuove tecnologie per far fronte al compito piuttosto complesso di riciclare o riparare diversi tipi di plastica.

Ampiamente parlando, le plastiche sono materiali sintetici e semisintetici costituiti da polimeri, che sono lunghe catene di molecole che si ripetono, e ci sono migliaia di diversi tipi di plastica. Ciascuno di questi tipi ha composizioni e caratteristiche diverse e non esiste un unico metodo per riciclarli o riutilizzarli.

"Mentre alcune plastiche di uso comune sono ampiamente riciclate, le plastiche con usi più specializzati spesso non lo sono, " ha detto il Prof. Charitidis, che è coordinatore scientifico di un progetto chiamato Repair3D, che mira a trovare usi innovativi per i termoplastici riciclati e le fibre di carbonio valorizzate dai polimeri rinforzati con fibra di carbonio (CFRP).

Nella prima fase del progetto, i ricercatori hanno identificato diversi flussi di rifiuti di plastica e CPRF provenienti da industrie come l'industria automobilistica e quella degli imballaggi rigidi. Da li, hanno lavorato per riciclare questi materiali in pellet o filamenti in modo che potessero essere trasformati in altri prodotti attraverso la produzione additiva.

Stampa 3D

Produzione di additivi, nota anche come stampa 3D, è una tecnologia che costruisce oggetti 3D aggiungendo strati su strati di materiale, più comunemente plastica. Il progetto per il componente è contenuto in un file del computer che può essere condiviso o caricato. Sempre più, i produttori si stanno rivolgendo a questo metodo di produzione perché consente loro di creare oggetti complessi e personalizzati in modo rapido e talvolta remoto.

'La stampa 3D è al centro di Repair3D, " ha affermato il Prof. Charitidis. Il prossimo passo nel progetto è impregnare la plastica riciclata con fibre di carbonio e varie nanoparticelle per dare loro funzionalità aggiuntive.

Il progetto sta lavorando con diversi grandi partner del settore in, Per esempio, settore automobilistico e sportivo, agli articoli stampati in 3D che vanno dalle parti di automobili agli scarponi da sci, così come l'elettronica indossabile.

Aggiungendo diverse nanoparticelle, è possibile rendere gli oggetti stampati autosensibili, opzioni di autoriparazione e riciclaggio, afferma la dott.ssa Tanja Kosanovic Milickovic, un chimico dell'Università Tecnica Nazionale di Atene che fa parte del progetto. Per creare plastiche autoriparanti, Per esempio, ricercatori aggiungono nanoparticelle magnetiche che, quando esposto a un campo magnetico, può creare calore localizzato, fusione e rebonding dei polimeri rotti.

Però, oltre a utilizzare plastica riciclata per creare nuovi prodotti, i prodotti risultanti devono essere essi stessi riciclabili, dice il dottor Milickovic. "C'è un equilibrio tra le proprietà dei prodotti e il riciclaggio".

Alla fine del progetto, il team mira ad avere prodotti che possono essere riciclati e riutilizzati più volte prima che vengano finalmente smontati e le loro nanoparticelle rimosse.

Però, il riciclaggio è solo una parte della risposta per ridurre i rifiuti, dice Jon García Armendáriz, uno sviluppatore aziendale presso l'azienda spagnola Plastic Repair System (PRS). PRS si concentra sulla riparazione di prodotti in plastica, come pallet e scatole, piuttosto che lasciarli andare in discarica o per il riciclaggio.

L'azienda è stata inizialmente costituita nel 2011 per riparare contenitori per rifiuti solidi urbani, ma divenne presto evidente che c'erano molte altre applicazioni per la loro tecnologia.

Ogni anno circa 400, 000 tonnellate di plastica da trasporto a rendere, che è la plastica dura utilizzata in pallet o scatole di plastica, è danneggiato. "Storicamente, le persone hanno buttato via vecchi oggetti e ne hanno comprati di nuovi, " disse Armendariz.

Per riparare la plastica, I tecnici PRS preparano la parte rotta dell'oggetto, iniettare nuova plastica, e rimodellare la sezione riparata.

Questa opzione è significativamente più economica rispetto all'acquisto di un nuovo prodotto e più ecologica rispetto al riciclaggio dell'intero oggetto, dice Armendáriz.

Il loro processo attuale è un duro lavoro, anche se, perché ogni articolo è riparato su misura. "Questo è uno dei problemi che abbiamo:stiamo lavorando manualmente, " ha detto. "Abbiamo bisogno di persone perché ogni bancale che è rotto è diverso, non ce ne sono due esattamente uguali."

Il team sta attualmente lavorando per automatizzare il processo per i contenitori Euro o le scatole KLT. Questi onnipresenti contenitori impilabili industriali sono stati originariamente utilizzati dall'industria automobilistica tedesca, ma presto si diffuse in altri settori come la spedizione e la produzione. Questa automazione consentirà a PRS di riparare più scatole rapidamente. Attualmente, ripara circa 10, 000 articoli di plastica al mese, dice Armendáriz, e l'azienda stima che il suo lavoro ha contribuito a evitare 7, 114 tonnellate di CO ₂ emissioni nel 2019.

Con sede in Spagna, l'azienda ha tre laboratori nel loro paese d'origine e uno in Messico. Dispone inoltre di altre 13 officine in collaborazione con utilizzatori di grandi pallet, vicino alla loro sede, per abbattere i costi di trasporto. I suoi piani di espansione vedranno la diffusione del PRS nel resto d'Europa entro il 2030.

Ci sarà sempre più domanda per la riparazione e il riciclaggio della plastica mentre le aziende e i governi locali lavoreranno per spostare le loro operazioni in linea con le nuove normative dell'Unione Europea, sia per frenare i rifiuti di plastica che per mantenerli all'interno dei confini del blocco.

Ed è qui che è cruciale un'ulteriore ricerca su nuovi metodi e tecnologie. "Oggi il riciclaggio (di CFRP) è molto costoso, ", ha affermato il Prof. Charitidis di Repair3D. "Quindi abbiamo una grande sfida per rendere il riciclaggio più conveniente."