Reciclado químico de plásticos

Introducción

Origen y composición de los residuos plásticos

Balance ecológico análisis del ciclo de vida

Factores que afectan al reciclado de los plásticos

Reciclado químico

Conclusiones

Bibliografía

En la figura 1 se recogen algunas macrocifras que dan idea de lo que los plásticos y sus residuos representan [1]. En cuanto al consumo de recursos petrolíferos mundiales se refiere, los plásticos contribuyen solamente en un 4%, y son las poliolefinas los productos mayoritarios con una incidíencia de 41%. Por sectores de utilización es el de embalaje el que mayor repercusión representa con porcentajes de consumo del 38%.

En 1989, y no hay razones que induzcan a pensar en modificaciones importantes en estas cifras, casi el 73% de los residuos plásticos en Europa acababan en los basureros municipales [2]. Tal como se refleja en la Tabla I, en España esta cifra es ligeramente superior (77%), al representar en ese año un total de 784.000 t. La composición de estos residuos se recogen en la Tabla II. Tanto en los residuos totales como en los de procedencia urbana, las poliolefinas son tambien el componente mayoritario. Le siguen en importancia el policloruro de vinilo y el poliestireno, en orden diferente según su origen, y el poliestilente reftalato [3].

Dentro de los residuos urbanos los plásticos representan tan sólo el 7% en peso, frente al 25% del papel y cartón, por ejemplo. Pero su baja densidad incide en que estos porcentajes, cuando se habla en términos volumétricos, se disparen hasta valores del 23%.

Estos dos conceptos, estrechamente unidos e introducidos recientemente permten afrontar de una forma más lógica y racional el problema planteado por los desechosde la sociedad de consumo y, es particular, por los plásticos. El impacto medioambiental de un determinado bien debe plantearse desde una perspectiva global, desde que nace el plástica hasta que muere, teniendo en cuenta su contribución ecológica (ecobalance) durante el transcurso de toda su vida. Así en la figura 2 se han representado de una forma esquemática las difirentes etapas que integran el ciclo de vida para los plásticos, incluyendo las posibles vías de reciclado sobre las que se incidirá con mayor detalle más adelante.

Los métodos utilizados para realizar estas auditorías medioambientales están bien contrastados y establecidos. La primera fase en el Análisis de Ciclo de Vida (ACV) de un producto consiste en definir su sistema de producción, considerando todas las operaciones que lo integran encerradas en una caja hermética que marca sus límites y los separa del medio ambiente que actúa como suministrador de todas las entradas y receptor de todas las salidas del sistema. En la siguiente fase se cuantifican los flujos de materia y energía a lo largo de sus límites.

El ACV no es un fin en sí mismo sino un procedimiento que genera una serie de información (consumos de materias primas, agua, energía, emisión de agentes contaminantes, ets.) que se pueden utilizar con diferentes objetivos tales como la selección de materias primas o procesos de fabricación óptimos para un determinado producto o para la selección, entre las diferentes opciones del sistema de manejo o recicla idóneo para los residuos gererados.

Esta forma global de analizar el problema, frente a la anterior idea de prestar atención simplemente al destino de los materiales de deshecho, muestra en muchos casos que los plásticos son más favorables que otros materiales (acero, vidrio, papel) utilizados para los mismos fines. Así, por ejemplo [4]. en la Universidad Victoria (Canadá) decidieron hacer un ACV con el objetivo de demostrar la necesidad, en principio obvia desde un punto de vista ecológico de cambiar los vasos de poliestireno por otros de papel. El informe final para sorpresa de los propios investigadores, mostraba que en la fabricación de los vasos de papel se consumía más del doble de su propio peso en madera aproximadamente el 40% de la cantidad de petróleo utilizado en la manufactura de los vasos de poliestireno, 15 veces más de agua de refrigeración y unas 170 veces mas de agua de proceso.

Por el momento, la principal dificultad para realizar este tipo de análisis reside en la escasez de información. Para soslayar este inconveniente la Asociación de Fabricantes de Plásticos en Europa (APME), auténtico embrión y motor de la idea de los ACV, tiene prevista la publicación de una serie de datos relativos al ecobalance de los principales termoplásticos. El objetivo es tabular los consumos energéticos y de materia prima, así como los residuos generados en la fabricación de 1 kg de polímero granulado.

El tipo de tratamiento que se de a los residuos plásticos viene determinado por una serie de factores de muy distinta naturaleza, en pocos casos tecnológicos, y entre los que habría que destacar la disponibilidad de terreno aptos para su uso como vertederos controlados, legislación medioambientales apoyos y subvenciones de autoridades gubernamentales, regionales y locales, etc. Así, mientras en Estados Unidos y Europa la mayor parte de los residuos municipales son enterrados, en Japón, donde cada metro cuadrado de terreno es oro puro, se favorece su incineración. Estás tendencias, al menos en Europa, se invertirán en un futuro (Tabla III). El reciclado químico, hoy prácticamente inexistente, se desarrollará en los próximos años de una forma importante y alcanzará, para el año 2000, valores cercanos al 20% del total. Las unidades de incineración de resíduos con generación de calor o electricidad son un valioso medio de explorar el alto contenido energético de los plásticos, con poder calorífico intermedio entre el petróleo y el carbón.

Las presiones sociales, a través de las reglamentaciones políticas en materia de medio ambiente, son un factor decisivo en el futuro del reciclado de los plásticos. Alemania y Francia marcan la pauta en Europa. En Alemania, el DSD (Duales System Deutchsland). compañía comercial puesta en servicio en 1991, gestiona la recogida y selección de los residuos plásticos de embalaje, y está legislado que para 1995 el 64% de los plásticos utilizados en este sector han de reciclados. En Francia, en sus programas Eco- Emballages y Valorplast la eliminación de los residuos se contempla como una responsabilidad exclusiva de las autoridades locales que podrán establecer recogidas selectivas para los productos del sector del embalaje.

En el sector del automóvil también es Alemania, dentro de los países europeos, y desde el punto de vista de la normativa legal, la que marca las diferencias. En su Directiva se contempla que, para 1996, los nuevos modelos de automóviles habrán de utilizar en su fabricación un 20% de plásticos reciclados. Para el año 2000 este porcentaje será del 50%. Además, establece una serie de normas básicas tales como:

• Los fabricantes y vendedores, o sus representantes, están obligados a hacerse cargo de los vehículos al final de su vida útil, sin coste.
• Los materiales procedentes de vehículos usados han de reciclarse tan rápidamente como sea posible.
• La industria y los comerciantes han de adquirir los medios necesarios para desmantelar los vehículos viejos y dar salida a los resíduos no reutilizables.
• Los nuevos productos han de diseñarse con vistas a su reciclado.

De especial importancia en la economía del reciclado de plásticos, son los problemas logísticos relacionados con la recogida y transporte de los resíduos. La facilidad para su separación será función directa la complejidad en la composición de los mismos. Esta es una de las razones para que, continuado en el sector del automóvil, se tienda a utilizar cada vez menos variedad de componentes plásticos, aunque en mayor cantidad, en la fabricación de los vehículos. Asi, el polipropileno, con precios más competitivos y amplia gama de variedades de suministro (homo, copo y terpolímero, compuestos. etc.) está desplazando en algunas aplicaciones al poliuretano, ABS o PVC.

Así las cosas, no es de extrañar que; salvo excepciones, las compañías no aborden el reciclado de forma individual e independiente, sino a través de proyectos comunes y dentro de organizaciones a nivel nacional, o incluso, europeas, tal como se refleja en la Tabla IV.

Entre las diferenles opciones para el reciclado de los residuos plásticos, el químico gana terreno dia a día. Tal como se ha mostrado en la figura 2. estos tratamientos conducen a productos tales como monómeros de partida, gas de síntesis y corrientes hidrocarbonadas, mediante la aplicación de procesos de depolimerización, gasificación y otros tradicionales del refino, tanto térmicos como catalíticos.

1. Depolimerización

   La reconversión directa a los monómeros de partida de un polímero, que pueden así ser de nuevo polimerizados regenerado el polímero virgen es aplicable a macromoléculas de policondensación, con el polietilentereftalato (PET) y poliamidas (nylons) y a algunos polímeros de adición como es el caso de los poliuretanos. EI éxito de este tipo de tratamientos depende, en gran manerna de la disponibilidad de una materia prima bien definida a través de un buen sistema de recogida y limpieza y de los costes de reprocesado del polímero.

   La depolimerización térmica del polimetilmetacrilato. con rendimientos de hasta el 97%., está siendo utilizada ampliamente por la mayor parte de los fabricantes europeos, como Parachemie y AtoHaas en Alemania y Francia, respectivamente. Du Pont también utiliza comercialmente la depolimerización térmica del poliacetal para generar formaldehíco.

   La depolimerización química se efectúa, fundamentalmente, a través de reacciones de hidrólisis,. alcohólisis o glicólisis. Así, en el caso del poliuretano se usan industrialmente la alcohólisis y la glicóliscis. aunque en dura competencia con el reciclado directo del material. Aunque la hidrólisis del polietilentereftalato puede emplearse como vía química de reciclado, generando los ácidos carboxílicos y los alcoholes, los fabricaantes de bebidas utilizan en la producción de nuevas botellas la depolimerización química basada en la metanólisis del IOET que los regenera tras la correspondiente separaciión y purificacióicón, sus componentes base terectalano de metilo y etilenglicol. Recienteniente [5] el IFT en colaboración con Technochim Engineering, ha anunciado el desarrollo de un nuevo preceso para el reciclado de botellas,, filmes y peliculas de PET mediante la saponificación del polímero y posterior hidrolisis de la sal obtenida. Para 1995 está prevista la entrada en servicio en Francia de una unidad de 30.000 t/año.

2. Gasificación

   En la gasificación tiene lugar la oxidación parcial de los hidrocarburos que produce gas de síntesis (mezcla la de monóxido de carbono e hidrógeno) que puede utilizarse como combustible para la generación de electricidad, materia prima para la fabricación de metano, amoníac de alcoholes OXO o, incluso, como agente reductor para la producción de acero en altos hornos, Presenta la ventaja, frente a otros procedimientos de reciclado químico, de poder admitir como alimentación toda la corriente de residuos municipales, sin necesidad de separar previamente los plásticos.

   Son muchas las compañias que están investigando esta opción de reciclado, entre ellas Shell Oil, C. [7]. ,pero es Thermoselec, S.A. (Locarno. Suiza) quien lidera esta tecnología En su planta piloto istalada en Verbania (Italia) se tratan 4,2 t/hr de residuos sólidos municipales, que proucen (50kg de gas de síntesis, 220 kg de escoria, 23kg de metales y 18 kg de sales por cadat. residuo tratado. En el proceso. los residuos, previamente compactados y desgasificados, se pirolizan a 600 C y alimentan al gasificador a 2.000 C. El gas de síntesis obtenido, una vez limpio. se quema en una turbina de gas para producir 300 kw de electricidad. Está prevista la puesta en marcha, en Alemania, de una planta de 20 t/hr.

3. Reciclado con generación de fracciones hidrocarbondas

   Las tecnologías empleadas en la industria del refino para transformar fracciones petroliferas de alto peso molecular en otrras más ligeras son una alternativa válida para el reciclado de los materiales plásticos, sobre todo si éstos coalimentan a las unidades de refinería junto con sus cargas tradicionales.

   Una de las posibles clasificaciones de la gran variedad de procesos utilizables atiende al uso, o no. de agentes catalíticos. Los procesos meramente térmicos, que no emplean catalizador, tales como el cracking térmico, la pirólisis y la termólisis, se llevan a cabo, con o sin adición de oxígeno, a temperaturas de operación entre 400-800 C bajo presión reducida o en atmósfera inerte generealmente en un lecho fluidizado de arena. Los hidrocarburos producidos pueden ser tratados en refinería o utilizados como combustibles.

   Entre las actividades llevadas a cabo en esta área destacan las de consorcio que liderado por BP integra a Petrofina,DSM, Enichen y Elf-Atochem, con el objetivo de a escalar la tecnología desarrollado inicialmente por la empresa britanica [9]. El proceso opera a 600 C y produce un gas que contiene aproximadamente un 60% de una de mezcla de componentes C2C3 C4 y nafta. El cloro es absorbido por un lecho de óxido cálcico, manteniendo su nivel de concentración en el gas craqueado en menos ppm. El consorcio está financiando una planta piloto de 100 t/año año que entrará en servicio en este año, si el escalado es adecuado, BP ha anunciado la posible construcción de una unidad de 25.000 t/año con una inversión cite 30-50 MM$. Los costes de fabricación se estima en unos 300 $/t, aunque en unidades de mayor capacidad disminuirían sensiblemente.

   Basf, que ha puesto en servicio una planta piloto de 15,000 t/año para la transformación de mezclas con de residuos plásticos en fracciones liquidas por pirólisis a baja presión, ha anunciado recientemente [10] su decisión de construir una unidad industrial con una inversión de 175 MM$. Exxon, por su parte y en plan experimental, añade ya un 5% de residuos polioleficos en su unidad de delayed cooker en karlsruhe, lo que equivale a un reciclado anual de 50.000 t/año de poliolefinas [5].

   Para el aprovechamiento de los residuos plásticos también se pueden utilizar procesos catalínicos de refino tales como el cracking hidrocraking o la hidrogenación. Los tratamientos en presencia de hidrógeno son, por el momento los que parecen más desarrollos Veba Oel modificó en 1992 una unidad de tratamiento de residuos de crudio en Bottrop (Alemania) para coalimentar con plásticos molidos. Tras una serie de ensayos con buenos resultados, está previsto reciclar hasta 40.000 t/año de residuos plásticos con contenidos PVC de hasta un 10% [8]. La unidad opera a 150-300 kg/cm2 y 470 C, en atmósfera de hidrógeno, y produce un syncrude que contiene un 60% de parafinas, 30% de nafta 9% de aromáticos y un 1% de olefinas. La conversión es del 80% con una eficiente energética del 88% via neutralización del HCI generado, este crudo sintético se utiliza para alimentar una refinería y complejo petroquímicos cercanos.

   Tambien en Alemania en concreto en Zeitz, un consorcio liderado por RWE AG y Thissen AG tienenen en proyecto una planta de hidrogenación que podria tratar alimentaciones formadas en su integridad por residuos plásticos, con una capacidad nominal de 200.00 t/año.

   En los procesos de craking o hidrocraking catalítico, la transformación de los residuos tienen lugar en presencia de zeolitas, aluminosilicatos o catalizadores superácios, originando como productos fracciones de hidrocarburos de diferente composición y uso: C4-C7 para gasolina C8-C16 para lubricantes sintéticos u oligámeros que se que se pueden emplear como depresores del punto de congelación o mejoradores del índice de viscosidad de aceites lubricantes, Así el proceso Kurata, por ejemplo, desarrollado a escala piloto y basado en el cracking catalítico en presencia de un catalizador polimetálico, permite tratar mezclas de polímeros con contenidos en PVC de hasta un 20%, originado como producto principal un aceite hidrocarbonado con menos de 100 ppm de cloro La reacción tiene lugar a baja temperatura (200 - 250 C), presión atmosférica y en ausencia de oxígeno para evitar la formación de dioxinas [5].