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

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

• El flujo de producto de las sustancias del ciclo de riesgo. Se trata de sustancias dentro de la matriz material: tanto sustancias añadidas intencionadamente (IAS), como aditivos, como sustancias añadidas no intencionadamente (NIAS), como las resultantes de la descomposición de aditivos.
• El proceso de escape y efluentes de aguas residuales.

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

A medida que el mundo se esfuerza por alcanzar sus objetivos de cero emisiones netas, existe 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 reciclaje mecánico más avanzadas se basan principalmente en la extrusión, en la que el polímero permanece intacto. Esta tecnología funciona muy bien con 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 (IAS), como colorantes, plastificantes o cargas, pueden constituir una fracción significativa del peso del producto plástico. Estos aditivos son necesarios para su funcionalidad, pero deben eliminarse al producir materia prima secundaria de plástico reciclado para la sustitución directa de material virgen, especialmente si dicho 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 regulaciones 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 lo tanto, sustancias como el bisfenol A, que ya se han eliminado, pueden incorporarse al proceso de reciclaje hoy mismo. Para evitar la acumulación de estas sustancias extremadamente preocupantes (SVHC), también conocidas como 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, elaborado a partir de unidades monoméricas químicas repetitivas. Se añaden otros productos químicos como coadyuvantes de procesamiento, como lubricantes, o aditivos como plastificantes, retardantes de llama, estabilizadores térmicos y fotoeléctricos o pigmentos. Estos incluyen moléculas como ftalatos, parafinas, bisfenoles, sustancias polifluoroalquiladas (PFAS), alquilfenoles, hidrocarburos poliaromáticos (HAP), biocidas, talco y arcilla.

Fig. 2: Comparación de las temperaturas típicas utilizadas en los enfoques de reciclaje/valorización de plásticos con la temperatura de ebullición de los aditivos plásticos típicos. La columna 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.

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

Con tecnologías térmicas (pirólisis, licuefacción), el (N)IAS se evaporará a la fase de vapor deseada, descomponiéndose parcial o totalmente. Sin tratamiento catalítico de vapor, 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 a _CO₂ (incineración) o CO₂ (gasificación). Compuestos muy estables como los PFAS pueden no alterarse y encontrarse en la fase gaseosa/producto.

Tanto los procesos que requieren disolventes (solvólisis y despolimerización) como los termolíticos (pirólisis y licuefacción) generan líquidos con impurezas que causan colores, olores e incluso sustancias preocupantes no deseados. Esto reduce el valor de la materia prima reciclada y puede dañar los equipos o procesos posteriores. Además, los flujos de residuos plásticos de diferentes orígenes pueden presentar grados de contaminación muy diferentes o estar relativamente limpios. Esto puede dificultar el análisis de viabilidad para decidir sobre una tecnología de purificación.

Hidrotratamiento catalítico: El aceite de pirólisis de plásticos puede limpiarse mediante un hidrotratador catalítico. Esta tecnología es bien conocida y de eficacia probada, pero puede resultar una solución muy costosa, especialmente para aplicaciones más pequeñas. Las refinerías más grandes probablemente ya cuenten con un hidrotratador, 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 genera un flujo de residuos acuosos altamente contaminado con compuestos orgánicos, que requiere 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 reciclaje de plástico que requieren disolventes como en aplicaciones termolíticas, purificando el líquido y el aceite para la siguiente etapa del proceso de reciclaje. El carbón activado es relativamente independiente de diferentes contaminantes orgánicos, incluso de sus concentraciones fluctuantes. 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 costos de inversión son mínimos y los costos operativos reflejan directamente la incorporación de contaminantes en el flujo de residuos. Se minimizan los costos fijos.

Nuestro estudio de mercado muestra que existe un número cada vez mayor de proyectos de reciclaje de plásticos con nuevas tecnologías en Europa y Norteamérica, donde, por ejemplo, se está implementando la pirólisis, así como un número similar de aplicaciones de solvólisis/despolimerización. Estos proyectos involucran a múltiples actores, como propietarios de marcas, gestores de residuos, desarrolladores de tecnología, compañías petroleras y fabricantes de maquinaria.

Muchos clientes en el sector europeo de aceite de pirólisis de plástico, delaminación y despolimerización (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 aceite de pirólisis: Aunque algunas empresas creían inicialmente que el carbón activado solo funcionaba con agua, nuestros resultados sugieren que nuestras soluciones de filtración pueden reducir los niveles de contaminantes con heteroátomos en los aceites. Se logró una reducción del 40 % o más de compuestos de nitrógeno, oxígeno y cloro en la pirólisis de residuos posindustriales y posconsumo.

La clave para ello es el carbón activado renovable de alta calidad con una distribución de tamaño de poro y grupos superficiales beneficiosos. Los filtros especializados pueden gestionar los parámetros típicos del proceso; en algunos casos, la filtración debe realizarse a temperatura elevada para que la fase oleosa o incluso la parafina sean bombeables.

Soluciones DESOTEC para despolimerización y solvólisis: También realizamos pruebas de laboratorio con un número considerable de empresas en este sector. En este caso, el líquido a tratar suele ser prótico, generalmente 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 requerido del producto. Por ejemplo, se logró una reducción del 99 % del color (contaminante) en el reciclaje de residuos textiles oscuros con disolventes. En este caso, se emplearían filtros especializados para temperaturas elevadas y valores de pH potencialmente más altos o más bajos.