Economía circular del plástico: reducción de contaminantes en materiales reciclados y efluentes de procesos

La fabricación de materias primas secundarias a partir de un flujo de residuos requiere la limpieza de:

• Flujo de productos de las "sustancias del ciclo de riesgo". Se trata de sustancias dentro de la matriz material: tanto las sustancias añadidas intencionadamente (IAS), como los aditivos, como las sustancias añadidas no intencionadamente (NIAS), como las que resultan de la descomposición de los aditivos.
• El proceso de escape y efluente de aguas residuales.

Una vez completado este proceso, la materia prima secundaria puede utilizarse en el paso de producción correspondiente del ciclo de vida del plástico. Lea más sobre el trabajo de DESOTEC en la industria de los plásticos y los compuestos aquí.

A medida que el mundo se esfuerza por alcanzar sus objetivos de cero emisiones netas, existe una presión para aumentar la recuperación de carbono de los desechos plásticos mediante la producción de materias primas secundarias de alta calidad (para evitar el reciclaje inverso).

Las técnicas de reciclado mecánico más modernas se basan principalmente en la extrusión, en la que el polímero permanece intacto. Esta tecnología funciona muy bien para flujos de residuos relativamente puros como el PET.

Sin embargo, se están desarrollando compuestos plásticos multicapa cada vez más complejos para embalajes, textiles, materiales funcionales, etc., que requieren tecnologías de reciclaje más sofisticadas para alcanzar una calidad de materia prima secundaria similar a la virgen.

Además, los aditivos no convencionales, como colorantes, plastificantes o cargas, pueden constituir una fracción significativa del peso del producto plástico. Estos aditivos son necesarios para la funcionalidad, pero deben eliminarse cuando se produce materia prima secundaria de plástico reciclado para la sustitución directa de material virgen, especialmente si ese material reciclado se va a utilizar en otra aplicación.

En el caso de productos plásticos de vida corta, como los envases, los aditivos que se encuentran en los flujos de residuos plásticos suelen cumplir con las reglamentaciones químicas actuales (REACH/CLP en la UE y TSCA en los EE. UU.).

Sin embargo, algunos productos plásticos para la construcción o bienes de consumo tienen una vida útil mucho más larga. Por ello, sustancias como el bisfenol A, que ya se han eliminado, pueden entrar hoy en el proceso de reciclaje. Para evitar la acumulación de estas sustancias de (muy) alta preocupación (SVHC), también llamadas sustancias del ciclo de riesgo, es necesario limpiar el flujo de productos plásticos reciclados.

Tabla 1: Sustancias añadidas (no) intencionadamente al material plástico y sus riesgos para los seres humanos

El componente clave de los productos plásticos es un polímero o una combinación de polímeros fabricados a partir de unidades monoméricas químicas repetidas. Se añaden otros productos químicos como coadyuvantes de procesamiento, como lubricantes, o como aditivos, como plastificantes, retardantes de llama, estabilizadores térmicos y fotogénicos o pigmentos. Entre ellos se incluyen moléculas como ftalatos, parafinas, bisfenoles, sustancias polifluoroalquiladas (PFAS), alquilfenoles, hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), biocidas, talco y arcilla.

Fig. 2: Comparación de las temperaturas típicas utilizadas en los enfoques de reciclado/valorización de plásticos frente a la temperatura de ebullición de los aditivos plásticos típicos. La columna de la derecha indica en qué fase del producto se encuentran principalmente las sustancias añadidas no previstas (NIAS) y las sustancias añadidas previstas (IAS).

La figura 2 muestra que no todos los NIAS/IAS pueden eliminarse completamente en la fase de vapor a través de los parámetros de proceso típicos empleados en la extrusión (reciclaje mecánico) para producir un reciclado sin aditivos.

Para las tecnologías de reciclaje que emplean un disolvente (delaminación, despolimerización), la eliminación de (N)IAS del material reciclado es una función de la solubilidad del (N)IAS en el disolvente utilizado.

Con las tecnologías térmicas (pirólisis, licuefacción), el (N)IAS se evaporará en la fase de vapor deseada, descomponiéndose parcial o totalmente. Sin un tratamiento de vapor catalítico, estas moléculas modificadas se encontrarán en la fase de aceite condensado. A temperaturas aún más altas (gasificación, incineración), el (N)IAS también se evaporará, pero se oxidará principalmente en CO ₂
(incineración) o CO (gasificación). Es posible que compuestos muy estables como los PFAS no se alteren y se encuentren en la fase gaseosa/producto.

Tanto los procesos que requieren disolventes (solvólisis y despolimerización) como los termolíticos (pirólisis y licuefacción) dan lugar a líquidos que contienen impurezas, lo que provoca colores, olores e incluso sustancias no deseadas, lo que reduce el valor de la materia prima reciclada y puede dañar los equipos o procesos posteriores. Además, los flujos de residuos plásticos de diferentes fuentes pueden tener grados de contaminación muy diferentes o ser relativamente limpios. Esto puede dificultar el cálculo del coste económico para decidirse por una tecnología de purificación.

Hidrotratamiento catalítico: el aceite de pirólisis de plástico se puede limpiar utilizando un hidrotratador catalítico. Esta tecnología es bien conocida y probada, pero puede ser una solución muy costosa, especialmente para aplicaciones más pequeñas. Las refinerías más grandes probablemente ya tengan un hidrotratador instalado, pero, dependiendo del nivel de contaminantes, su funcionamiento puede resultar muy costoso en términos de consumo de hidrógeno y desactivación del catalizador.

Lavado cáustico: Otra posibilidad es el lavado cáustico. Actualmente, se está estudiando su eficacia a escala industrial con aceite de pirólisis de plástico. Este tratamiento da como resultado un flujo de desechos acuosos altamente contaminado con sustancias orgánicas que, en sí mismo, necesita un tratamiento que va más allá de una simple planta de tratamiento de aguas residuales.

Soluciones de tratamiento con carbón activado: Los filtros de carbón activado ofrecen una alternativa viable tanto en aplicaciones de reciclado de plástico que requieren disolventes como termolíticos, purificando el líquido y el aceite para la siguiente etapa del proceso de reciclado. El carbón activado es relativamente independiente de diferentes contaminantes orgánicos o incluso de concentraciones fluctuantes de los mismos. El control de calidad del producto al final de la línea puede ser suficiente para controlar el proceso de purificación con carbón activado. Cuando el carbón activado se suministra en filtros móviles, los costes de inversión son mínimos y los costes operativos reflejan directamente la entrada de contaminantes con el flujo de residuos. Los costes fijos se minimizan.

Nuestra investigación de mercado muestra que existe un número cada vez mayor de proyectos de reciclaje de plásticos con nuevas tecnologías en Europa y América del Norte, donde, por ejemplo, se está implementando la pirólisis y un número similar de aplicaciones de solvólisis/despolimerización. Estos proyectos involucran a múltiples partes interesadas, incluidos propietarios de marcas, manipuladores de residuos, desarrolladores de tecnología, compañías petroleras y fabricantes de maquinaria.

Muchos clientes del sector europeo de aceite de pirólisis, delaminación y despolimerización de plásticos (y algunos clientes en EE. UU.) ya están probando nuestras soluciones en laboratorio, incluidas pruebas piloto de tamaño industrial con filtros comerciales de DESOTEC.

Soluciones DESOTEC para el aceite de pirólisis: Aunque algunas empresas creían inicialmente que el carbón activado funcionaba únicamente con agua, nuestros resultados sugieren que nuestras soluciones de filtración son capaces de reducir los niveles de contaminantes que contienen heteroátomos en los aceites. Se logró una reducción del 40 % o más de los compuestos de nitrógeno, oxígeno y cloro tanto para la pirólisis de residuos posindustriales como posconsumo.

La clave para ello es el carbón activado de origen renovable de alta calidad con una distribución beneficiosa del tamaño de poro y grupos de superficie. Los filtros especializados pueden hacer frente a los parámetros típicos del proceso; en algunos casos, la filtración debe realizarse a una temperatura elevada para que la fase de aceite o incluso de cera sea bombeable.

Soluciones DESOTEC para despolimerización y solvólisis: También estamos realizando pruebas de laboratorio con un número considerable de empresas en este ámbito. En este caso, el líquido a tratar suele ser prótico, en la mayoría de los casos agua (a veces con un catalizador), por ejemplo para PET. Sin embargo, también se utilizan otros disolventes o incluso conjuntos de disolventes (también apróticos).

Los grados de carbón activado utilizados en estas aplicaciones dependen del disolvente, el grado de contaminación y el nivel de pureza del producto requerido. Por ejemplo, se logró una reducción del 99 % del color (contaminante) en el reciclaje basado en disolventes de residuos textiles oscuros. En tal escenario, se utilizarían filtros especializados para temperaturas elevadas y valores de pH potencialmente más altos o más bajos.