Come trasformare i rifiuti di plastica in energia verde

Nelle avventure cinematografiche di Ritorno al futuro lo scienziato Emmet Brown utilizzava i rifiuti per produrre energia in modo da alimentare la sua macchina del tempo. Mentre la macchina del tempo esiste soltanto nei film di fantascienza la possibilità di utilizzare i rifiuti come combustibile non è molto lontana dalla realtà.

Cosa c'è solitamente nella plastica?

La plastica, in particolare, contiene principalmente carbonio e idrogeno con un contenuto energetico simile a quello di combustibili tradizionali come ad esempio il diesel.

I materiali plastici sono tra i rifiuti di maggior valore anche se la maggior parte delle persone probabilmente non conosce tale valore.

È possibile convertire direttamente tutta la plastica in forme utili energia e prodotti chimici per l'industria utilizzando un processo chiamato "pirolisi al plasma freddo".

Immagine - Montagna di bottiglie di plastica (presso l'isola di rifiuti artificiale "Thilafushi" alle Maldive. Credits: Shafiu Hussain, flickr

Che cos'è la pirolisi?

La pirolisi è un metodo che attraverso il calore (temperature comprese tra i 400 e i 650 gradi Celsius) decompone i materiali organici utilizzando una quantità di ossigeno limitata.

La pirolisi viene normalmente utilizzata per produrre energia sotto forma di calore, elettricità o combustibili. Il processo della pirolisi potrebbe essere ancora più vantaggioso se il plasma freddo venisse incorporato all'interno di tale processo, ciò comporterebbe un ausilio nel recuperare altri prodotti chimici e materiali.

Il caso della pirolisi al plasma freddo

La pirolisi al plasma freddo rende possibile la conversione dei rifiuti in plastica in elementi come idrogeno, metano ed etilene.

Sia l'idrogeno sia il metano possono essere utilizzati come combustibili puliti poiché con la combustione si produce una quantità minima di composti nocivi come fuliggine, idrocarburi incombusti e anidride carbonica (CO2).

L'etilene, l'idrocarburo di base utilizzato nella maggior parte dei prodotti plastici in tutto il mondo

L'etilene rappresenta il composto chimico di base nella maggior parte delle plastiche attualmente utilizzate in tutto il mondo.

Allo stato attuale negli Stati Uniti il 40% dei rifiuti di prodotti plastici viene gettato in discarica mentre in Europa la quantità di rifiuti plastici che finisce in discarica è pari al 31%. Inoltre, i rifiuti plastici rappresentano un quantitativo variabile tra il 10 e il 13% dei rifiuti solidi urbani.

Questo spreco provoca effetti nocivi enormi sugli oceani e su altri ecosistemi.

Video - Albatros che ingeriscono la plastica - Blue Planet 2 BBC

Bruciare la plastica per generare energia è probabilmente meglio che gettarla in discarica anche se, questa azione non consente di recuperare i materiali per riutilizzarli. Inoltre, se le condizioni in cui avviene tale processo non sono strettamente controllate, si possono avere effetti nocivi sull'ambiente come l'inquinamento atmosferico.

In un'economia circolare dove i rifiuti vengono riciclati i nuovi prodotti piuttosto che essere gettati via, le tecnologie nuova vita ai rifiuti di materie plastiche potrebbero trasformare il problema dell'incremento dei rifiuti plastici. Piuttosto che sprecare la plastica la pirolisi al plasma freddo può essere utilizzata per recuperare i materiali importanti che possono essere così utilizzati nuovamente dall'industria.

Come recuperare i rifiuti di plastica

Nel recente studio condotto da ricercatori dell'Università di Newcastle è stata testata l'efficacia della pirolisi al plasma freddo sui sacchetti di plastica e sulle bottiglie di candeggina prelevati da un impianto di riciclaggio locale presso Newcastle, UK.

Attraverso la pirolisi al plasma freddo i ricercatori sono stati in grado di recuperare 55 volte più etilene dai rifiuti in HDPE (Hugh density polyethylene) ossia polietilene ad alta densità, materiale che viene utilizzato per produrre oggetti in uso nella vita quotidiana come ad es.: bottiglie di plastica e tubi rispetto al processo di pirolisi convenzionale.

Circa il 24% del peso della plastica HDPE è stato convertito direttamente in prodotti di valore. Le tecnologie al plasma sono state utilizzate in passato per trasformare i rifiuti pericolosi ma i processi di tali tecnologie avvengono a temperature molto elevate (oltre 3000 gradi C) e richiedono quindi un sistema di raffreddamento complesso che ha bisogno di molta energia per funzionare.

Il processo per la pirolisi al plasma freddo avviene a temperature comprese tra 500 gradi e 600 °C combinando un riscaldamento convenzionale insieme al plasma freddo, ciò significa che il processo per avvenire ha bisogno di una quantità di energia più bassa.

Il plasma freddo viene utilizzato per rompere legami chimici, innescare ed eccitare reazioni ed è generato da due elettrodi separati da una o due barriere isolanti. Il plasma freddo è formato principalmente con elettroni "caldi" (ossia altamente energetici), tali particelle sono in grado di rompere i legami chimici della plastica.

L'energia elettrica necessaria per la generazione del plasma freddo potrebbe venire da fonti rinnovabili mentre i prodotti chimici derivati dal processo potrebbero essere usati come forma di stoccaggio dell'energia: l'energia viene cioè mantenuta in una forma diversa da utilizzare in seguito.

I vantaggi dell'uso del plasma freddo rispetto alla pirolisi convenzionale

I vantaggi dell'uso del plasma freddo rispetto alla pirolisi convenzionale sono rappresentati dal fatto il processo può essere controllato in maniera molto fine, ciò permette li rompere più facilmente i legami chimici nell'hdpe.

Tali legami chimici trasformano efficacemente gli idrocarburi pesanti in idrocarburi più leggeri. Il plasma può essere utilizzato per convertire la plastica in altri materiali: idrogeno e metano per l'energia oppure etilene e altri idrocarburi per i polimeri oppure altri processi chimici. Soprattutto il tempo di reazione del plasma richiede secondi, ciò rende il processo rapido e potenzialmente a buon mercato.

Quindi la pirolisi a plasma freddo potrebbe offrire una gamma di opportunità di business per trasformare qualcosa che attualmente gettiamo in un prodotto di valore. Il Regno Unito ad esempio sta lottando per soddisfare l'obiettivo del riciclo domestico del 50% entro il 2020.

Lo studio [Monomer recovery through advanced pyrolysis of waste high density polyethylene (HDPE)] condotto dai ricercatori suggerisce che la plastica potrebbe avere un posto nell'economia circolare. Attraverso la pirolisi al plasma freddo può ancora essere possibile realizzare il vero valore dei rifiuti plastici trasformandoli in qualcosa di utile e pulito per l'ambiente.