Sviluppata una tecnica di recupero chimico del polistirolo: potrebbe essere la prima economica ed efficiente da un punto di vista energetico

Un team di ingegneri chimici ha modellato un nuovo metodo per riciclare il polistirene che potrebbe diventare la prima vera strada praticabile per rendere il materiale riutilizzabile. Nonostante sia potenzialmente riciclabile (quasi) all’infinito, infatti, soltanto il 5 per cento del polistirene prodotto viene oggi recuperato, finendo nelle discariche di tutto il mondo a tempo indeterminato, o peggio direttamente in mare.

La nuova tecnica di riciclo chimico del polistirene, che sfrutta la pirolisi, è talmente efficiente ed economica che secondo gli scienziati il 60 per cento di tutto il polistirene utilizzato oggi potrebbe essere sostituito da stirene riciclato chimicamente.

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Perché è così difficile riuscire a riciclare il polistirene?

Il polistirene è uno dei polimeri plastici più utilizzati e difficili da sostituire: viene utilizzato in tutto il mondo per l’imballaggio e per i contenitori per alimenti, per l’isolamento degli edifici, per le componenti leggere delle automobili. Economico, stabile, isolante e molto leggero, il polistirene rientra però tra i derivati del petrolio: attualmente viene infatti prodotto dalla polimerizzazione dello stirene, che viene ottenuto dalla deidrogenazione catalitica dell’etilbenzene.

Servirà ancora molto altro petrolio per le esigenze della nuova economia: il mercato del polistirene, che superava i 9 miliardi di dollari nel 2022, si appresta a superare i 20 miliardi entro il 2030, con una crescita stimata che rasenta il 10 per cento. E ancora oggi il 95 per cento del polistirene che utilizziamo quotidianamente proviene da materie prime vergini.

Esistono diversi metodi per riciclare meccanicamente il polistirene, ma come si legge nello studio pubblicato su “Chemical Engineering Journal“, i ripetuti trattamenti termici causano una degradazione irreversibile che corrisponde alla perdita di proprietà fondamentali come la resistenza meccanica e la flessibilità.

Inoltre, “a causa delle sfide del riciclaggio meccanico, molti impianti di riciclaggio dei materiali, o MRF, non accettano rifiuti di polistirene in quanto richiedono un impianto più specializzato per riciclarlo meccanicamente”. E c’è la questione dei costi: essendo leggero e voluminoso, il polistirene è molto costoso da trasportare, il che rende sostanzialmente inefficace l’approccio al riciclo meccanico.

Perciò gli ingegneri chimici dell’Università di Bath in Gran Bretagna del Worcester Polytechnic Institute nel Massachusetts hanno cercato una soluzione che potesse finalmente rendere il riciclo di questo materiale conveniente sotto ogni punto di vista.

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Il nuovo metodo per il riciclo chimico del polistirolo

La nuova tecnica per il riciclo del polistirene utilizza un processo chimico, la pirolisi, per scomporre il polistirene in “pezzi” che possono essere utilizzati per comporre nuovi blocchi di materiale.

Come spiega Bernardo Castro-Dominguez, docente senior di ingegneria chimica presso l’Università di Bath e co-direttore del Centre for Digital, Manufacturing & Design (dMaDe), “le tecniche di riciclo chimico sono attualmente al centro dell’attenzione dell’ingegneria chimica: è sempre più urgente trovare metodi efficienti in termini di costi e di energia per scomporre la plastica nei suoi elementi costitutivi primari, come il polistirene”.

“La nostra analisi ha dimostrato che il polistirene è un candidato ideale per un processo di riciclaggio chimico”, aggiunge Michael Timko, professore di ingegneria chimica al Worcester Polytechnic Institute.

La creazione di un chilogrammo del nuovo materiale richiede meno di 10 megajoule di energia, più o meno quanto basta per alimentare un tipico forno a microonde. Il processo, spiegano gli scienziati, ha un rendimento del 60 per cento: ciò significa che se si utilizza 1 kg di polistirene usato, rimangono 600 grammi di stirene monomero puro al 99 per cento per generare nuovo polistirene, cosa che permetterebbe finalmente di limitare l’uso di combustibili fossili.

“Sorprendentemente, il processo è energeticamente efficiente e potenzialmente competitivo dal punto di vista economico”, spiega Timko, “in termini di emissioni, investire in questo processo può potenzialmente essere equivalente a misure semplici come il risparmio energetico, in termini di riduzione delle emissioni ottenibili a fronte di un determinato investimento”.

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Una via davvero praticabile per il riutilizzo del polistirene

Il nuovo metodo sfrutta la pirolisi a letto fluido, una tecnologia molto familiare in quanto da tempo le raffinerie di petrolio utilizzano reattori molto simili. Questa tecnica, che consiste nell’esporre il materiale a temperature molto elevate (oltre 450° C) in una camera priva di ossigeno, presenta dei vantaggi indiscutibili: elevata disponibilità tecnologica, scalabilità e utilizzabilità la rendono molto più attrattiva rispetto ad altri metodi di riciclaggio chimico.

Gli scienziati hanno poi considerato la questione, spesso sottovalutata, dei prodotti ottenuti dal riciclo chimico: esistono diversi metodi per trasformare la plastica in combustibili o materie prime chimiche di base, ma questi prodotti sono associati a mercati quasi impossibili da saturare.

Inoltre, si legge nello studio, “la produzione di combustibili o materie prime chimiche non riduce la necessità di produrre polistirene vergine dal petrolio”. Eppure, a differenza di quanto avviene con la maggior parte dei polimeri comuni, le rese monomeriche ottenute dalla pirolisi del polistirene possono superare il 50 per cento.

Il processo identificato prevede un reattore di pirolisi, uno scambiatore di calore e una coppia di colonne di distillazione che separano le parti del polistirene in stirene monomero (che può essere utilizzato per riformare del polistirene) e sottoprodotti “leggeri” e “pesanti” simili al petrolio, che possono essere riutilizzati in altri modi.

“Attualmente meno del 5 per cento del polistirene viene riciclato”, spiega Bernardo Castro-Dominguez, “il nostro lavoro dimostra che ben il 60 per cento di tutto il polistirene utilizzato oggi potrebbe essere sostituito da stirene riciclato chimicamente”. Un’immagine che quantifica in maniera molto chiara i potenziali benefici di questo approccio economico, efficiente e scalabile.

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