Reciclaje químico de plásticos: técnicas y beneficios

Como lo hemos venido discutiendo a lo largo de diferentes artículos publicados en el presente espacio, el reciclado se presenta como una ruta tecnológica de gran potencial de solución frente al grave problema de carácter social, ambiental y económico que representa los plásticos residuales.

En nuestra aportación de enero del 2017, titulada “Rutas opcionales para el reciclado de materiales plástico”, en PTMéxico, detallamos las cuatro principales metodologías de recuperación y reciclaje, que actualmente se consideran en el tratamiento para los plásticos residuales.

Como previamente comentamos, las técnicas de reciclado primario y secundario son métodos bien establecidos y ampliamente aplicados, fundamentados en principios mecánicos como lo son los procesos de separación de contaminantes, molienda, lavado peletizado, etc. Ambos son fuertemente dependientes de la eficiencia y calidad con que se llevan las etapas previas de recolección y separación de los materiales.

Cabe mencionar que, en estas dos metodologías de reciclado mecánico, se presentan factores críticos y en casos específicos, pueden llegar a ser limitantes, como son el grado de contaminación, la presencia de mezcla de diversos plásticos o la no homogeneidad de los materiales y la no menos importante, el grado de degradación de los materiales plásticos recuperados.

Es claro que el reciclado mecánico es la metodología más establecida comercialmente, pero en ocasiones pudiera no resultar la más adecuada, por los factores previamente señalados, que impiden lograr una elevada eficiencia ecológica y económica.

Por ello se contempla el reciclado químico o terciario como un proceso complementario del reciclado mecánico (primario y secundario), que podría ayudar a cumplir los objetivos de economía circular, ya que permite el reaprovechamiento de materiales mezclados y con un cierto grado de heterogeneidad, permitiendo obtener productos de buena calidad.     

¿Qué es el reciclaje químico de plásticos?

El reciclado químico de plásticos, también conocido como reciclaje terciario, aborda la transformación de desechos plásticos que no son aptos para el reciclaje mecánico debido a su complejidad o contaminación. A través de procesos químicos o térmicos, estos plásticos se descomponen en compuestos de bajo peso molecular, como monómeros, aceites o gases.

Esta transformación, que resuena con la ley de la Conservación de la Materia de Lavoisier, permite que los materiales se reintegren en la industria, ya sea para nuevos usos o para la síntesis de nuevos polímero

Así mismo, tratando de simplificar la idea, como como diría el viejo y sabio refrán mexicano “El que parte y reparte se queda con la mejor parte”, es decir simbólicamente que al “partir químicamente” el plástico residual, podemos obtener las mejores partes que son monómeros individuales al tiempo que resulta en material reciclado de mayor calidad y llegar de nuevo a un producto virgen o de mayor calidad, mediante un proceso de re-polimerización.

Por otro lado, los procesos químicos tienen mayor tolerancia a las corrientes de desechos plásticos mezclados y contaminados comparativamente, que el reciclado mecánico.

El reciclaje químico se considera una vía tecnológica atractiva para reducir los desechos y las emisiones de gases de efecto invernadero, así como para promover la economía circular, lo que demuestra su contribución hacia el principio de sostenibilidad energética.

Pudiera pensarse que el reciclado terciario o químico, es de reciente desarrollo o implementación, o que es una metodología que se refiere de manera exclusiva al reciclado químico del PET, por ser el material de época debido a su gran aplicación en el sector del empaque. Sin embargo, es un proceso que surgió casi a la par con los procesos de síntesis de la policondensación de los materiales plásticos alrededor de los años 40s y 50s.

Por otro lado, el reciclado químico se puede clasificar en las siguientes metodologías con mayor aplicación tecnológica: descomposición térmico o remólisis o depolimerización química.

Descomposición térmica o termólisis

Es cualquier proceso térmico que convierte los plásticos (además de aditivos y contaminantes) en moléculas más simples, para formar la materia prima o productos de refinería de alta calidad tales como la nafta, aceite crudo o gas. Los componentes orgánicos son convertidos mediante altas temperaturas hasta romper los enlaces de los polímeros.

Los principales procesos de termólisis se basan principalmente en técnicas de: pirólisis o craqueo térmico y gasificación convencional.

Consisten en calentar los plásticos, pero difieren de la combustión directa que necesita oxígeno para realizarse, mientras que la descomposición térmica y el craqueo funcionan en condiciones reductoras (sin oxígeno para la pirólisis).

Pirólisis o craqueo térmico

En el proceso de pirólisis, los plásticos se descomponen en hidrocarburos básicos mediante calentamiento en ausencia de oxígeno o "craqueo" a temperaturas superiores de 800°C. Posteriormente al ser sometidos a un proceso de destilación, pueden convertirse en productos que van desde cera pesada y aceites hasta aceites livianos y gases. La producción de pirólisis se puede mejorar con la degradación catalítica, donde se usa un catalizador adecuado para promover la reacción de craqueo. La presencia de un catalizador permite bajar la temperatura y el tiempo de reacción.

Los principales polímeros que cumplen con los requerimientos para ser sometidos a termólisis a la pirólisis, son aquellos sintetizados mediante la polimerización tipo poliadición, como el caso de las poliolefinas Polietileno (PE) o Polipropileno (PP), Poliestireno (PS) y Polimetilmetacrilato (PMMA). La pirólisis permite limpiar aditivos y contaminantes como parte del proceso.

Gasificación

La gasificación es un proceso en el que los materiales de desecho mezclados se calientan a temperatura muy altas (1000 - 1500°C) en presencia de una cantidad controlada de oxígeno, que descompone las moléculas en sus componentes más simples para producir gas de síntesis (una mezcla de hidrógeno, monóxido de carbono y algo de dióxido de carbono).

El gas de síntesis se puede usar para producir una variedad de productos químicos (por ejemplo, metanol, amoníaco, hidrocarburos, ácido acético) para la producción de plásticos, así como combustible y fertilizantes.

La gasificación generalmente requiere un tratamiento previo para eliminar la humedad y aumentar el valor calorífico. Se necesita un sistema de limpieza de gas muy eficiente a la temperatura elevada del proceso para cumplir con los requisitos para aplicar el gas de síntesis a la producción química. Todo tipo de materiales plásticos residuales pueden ser sometidos al proceso de gasificación.

Depolimerización química o quimiólisis

Consiste en la descomposición del polímero mediante una reacción reversible, implicando ciertos agentes químicos, que conduce de nuevo a los monómeros de partida. Estos monómeros son idénticos a los utilizados en la preparación de polímeros vírgenes, por lo tanto, se espera que tanto los monómeros como los plásticos obtenidos a partir de la depolimerización tengan propiedades y calidad similares.

La metodología de depolimerización química es la más establecida entre los métodos de reciclado químico. La principal reacción de depolimerización a nivel comercial es la de los poliésteres, principalmente el PET.

La principal desventaja de la depolimerización química es que está se puede llevar acabo solo con polímeros de condensación tales como poliésteres, poliamidas, poliacetales, policarbonatos, etc, y no sirve para la descomposición de la mayoría de los polímeros de adición, que conforman los principales productos del sector del empaque, como las poliolefinas y el poliestireno.

Dependiendo del agente químico utilizado para descomponer el polímero, se pueden considerar diferentes rutas de despolimerización: glicólisis, metanólisis, hidrólisis, amonólisis, etc

Glicólisis

Es el método más simple y antiguo de depolimerización del PET, mediante una reacción bajo presión y en un rango de temperaturas de 180 a 240°C en presencia de un exceso de glicol.

Metanólisis

La metanólisis de PET se basa en el tratamiento de PET con metanol a temperaturas relativamente altas (180-280 "C) y presiones (20-40 atm), lo que conduce a la formación de tereftalato de dimetilo (DMT) y etilenglicol como principal. 

Hidrólisis

La reacción del PET con agua permite que las cadenas de poliéster se descompongan en ácido tereftálico (TPA) y etilenglicol. El proceso puede llevarse a cabo en condiciones neutras, ácidas o básicas. Además puede aplicarse a polímeros como el nylon, policarbonato, susceptibles a hidrolizar.

Amonólisis

La amonólisis consiste en la reacción de PET con amoníaco a temperaturas entre 70 y 180 "C, generalmente bajo presión y en presencia de etileno. Proceso que ha sido aun menos investigado.

Hasta aquí una breve introducción a las diversas rutas del reciclado químico que demuestran, que no solo se trata de la depolimerización del PET, sino que abre las posibilidades para tratar más residuos plásticos, y con ello una mayor contribución a la EC de los plásticos. Próximamente profundizaremos en el reciclado químico del PET.

Referencias:

- J. Aguado. Feedstock Recycling of plastics wastes. 1999

- Narinder Singh Recycling of plastic solid waste: A state of art review and future applications Composites Part B 115 (2017) 409-422