Riciclare le resine: un nuovo catalizzatore è in grado di reclamare materiali ai composti epossidici, praticamente impossibili da recuperare

Le resine epossidiche stanno vivendo un periodo di enorme successo, sia in ambito industriale sia nelle varie declinazione del fai-da-te, più o meno veicolate dai social. Composti epossidici si nascondono in bella vista nella maggior parte degli ambienti frequentati dagli umani: si trovano in pavimenti, contenitori, carrozzerie di automobili, dispositivi elettronici e addirittura all’interno di scarpe e capi d’abbigliamento.

Nonostante l’enorme diffusione, questi composti rappresentano ancora una sfida in materia di riciclo e smaltimento responsabile. Il trattamento di questi materiali, infatti, si è rivelato decisamente complesso. Così, quando giungono alla fine della loro vita utile, gli oggetti contenenti resine epossidiche vengono perlopiù gettati in discarica così come sono.

Per la prima volta, però, un team di scienziati è riuscito a recuperare materiali dai prodotti epossidici in maniera efficiente: per farlo, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo catalizzatore solido che potrebbe funzionare anche su altre materie plastiche particolarmente difficili da riciclare.

È possibile riciclare le resine epossidiche?

I composti epossidici sono utilizzati in un’enorme varietà di produzioni: trovano spazio nell’elettronica grazie alle loro proprietà isolanti, nell’edilizia per la loro robustezza e, in qualità di impregnanti particolarmente efficaci, nella posa di materiali compositi come le fibre di carbonio e le fibre di vetro.

La lunga storia delle resine epossidiche, iniziata nel lontano 1939 con un doppio brevetto tedesco-svizzero, presenta però dei costi ambientali non indifferenti, sia in termini di inquinamento sia per quanto riguarda l’impronta di carbonio di importanti settori manifatturieri. Uno studio del 2019, per esempio, ha stimato che la sintesi di resine epossidiche costituisce oltre l’84% dell’impronta totale dell’industria automotive considerata nel suo intero ciclo di vita.

I composti epossidici sono inoltre molto difficili da trattare dopo il loro utilizzo, così come tutti i prodotti che li contengono – dalle carrozzerie delle auto alle pale delle turbine eoliche, dalle pavimentazioni agli scafi di barche e yacht. A differenza di termoplastici come il polietilene tereftalato, infatti, i compositi epossidici non sono adatti al riciclo meccanico a causa del deterioramento delle proprietà del materiale, che una volta indurito non può essere ri-fuso e rimodellato.

Come spiega Xiongjie Jin, professore associato dell’Università di Tokyo,

“Per decomporre le plastiche rinforzate con fibre, magari utilizzate nelle parti degli aerei, sono necessarie temperature elevate, superiori a 500 gradi Celsius, o condizioni di acidi o basi forti. Oltre ad avere un costo energetico, queste condizioni così difficili possono danneggiare le fibre e gli oggetti che si sta cercando di recuperare”.

Insieme alla professoressa Kyoko Nozaki e al loro team di ricercatori, Jin ha sviluppato un nuovo catalizzatore solido capace di decomporre i composti epossidici in fibre di carbonio, fibre di vetro e composti fenolici. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature Communications.

Un catalizzatore solido per il riciclo di resine e materiali compositi

Per superare le difficoltà legate alla dispendiosità dei metodi di riciclo già sperimentati, i ricercatori giapponesi hanno utilizzato un processo relativamente nuovo chiamato idrogenolisi catalitica, che sfrutta l’idrogeno come reagente allo scopo di provocare la scissione del legame carbonio-ossigeno presente nelle resine epossidiche.

Come spiega Jin,

“L’idrogenolisi catalitica si rivela promettente, ma i catalizzatori esistenti non sono riutilizzabili perché si dissolvono nel solvente in cui avviene la decomposizione epossidica. Abbiamo quindi creato un nuovo catalizzatore solido, facilmente recuperabile e riutilizzabile”.

Il nuovo catalizzatore è definito “bimetallico” poiché utilizza due metalli, nichel e palladio, che lavorano insieme per mediare le reazioni tra le resine epossidiche e l’idrogeno gassoso.

La temperatura di reazione del nuovo processo si attesta attorno ai 180 gradi: i requisiti energetici, spiegano i ricercatori, sono comunque di gran lunga inferiori a quelli necessari per creare condizioni di 500 gradi. Temperature più basse, inoltre, consentirebbero di recuperare effettivamente i materiali, con la concreta prospettiva di riutilizzarli.

Nuove prospettive per composti epossidici e materie plastiche

Il nuovo catalizzatore solido si è rivelato molto promettente: oltre a risultare efficace nell’ardua impresa di reclamare materiali ai composti epossidici, si è dimostrato resistente e potenzialmente adatto anche per altre applicazioni. Come spiega Jin,

“Siamo stati contenti di vedere risultati sperimentali che corrispondevano fedelmente alle nostre aspettative sul funzionamento di questo processo, ma siamo rimasti piacevolmente sorpresi quando ci siamo resi conto che il catalizzatore poteva essere riutilizzato almeno cinque volte senza alcuna riduzione delle sue prestazioni”.

Inoltre, spiega il professore, essendo un catalizzatore efficace nella scissione dei legami carbonio-ossigeno, una sua versione modificata potrebbe funzionare anche con altre materie plastiche, che nella maggior parte dei casi contengono proprio tali legami.

Prima di passare al riciclo di altri materiali, però, il team vorrebbe esplorare nuovi metodi e materiali da applicare al nuovo sistema, in modo da potenziarlo e renderlo un’opzione valida anche a livello commerciale.

“Anche se il nostro catalizzatore non richiede temperature così elevate, c’è ancora spazio per migliorare l’impatto ambientale del solvente che stiamo usando. Vorremmo anche ridurre i costi trovando un catalizzatore che non contenga un metallo prezioso come il palladio. Potrebbe anche essere possibile aumentare la gamma di materiali che possono essere recuperati da vari composti epossidici, riducendo le spese ambientali di queste plastiche incredibilmente versatili e utili”,

conclude la professoressa Nozaki.

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