Residuos plásticos

El reciclaje químico puede considerarse como un proceso complementario al mecánico ya que ofrece posibilidades que resuelven las limitaciones de este último. Entre ellas se encuentra la necesidad de disponer de grandes cantidades de residuos plásticos limpios, separados y homogéneos para poder garantizar la calidad del producto final ⁽¹⁶⁾.

El reciclaje químico es un proceso mediante el cual se produce la descomposición del polímero para obtener los componentes de partida (monómeros). A partir de estos monómeros, y tras un nuevo proceso de polimerización, se obtienen nuevos materiales poliméricos ⁽⁹⁾.

Su aplicación es viable tanto a mezclas de distintos polímeros, lo que evita la separación por tipos reduciendo los costes de recolección y clasificación, como a polímeros termoestables ⁽¹¹⁾.

El reciclaje químico puede realizarse mediante diferentes procesos que pueden clasificarse en^{(13) (17)}:

• Despolimerización térmica

Este tipo de reciclaje químico agrupa las tecnologías que permiten la transformación de los polímeros en monómeros u oligómeros mediante aporte de calor, sin que un reactivo químico intervenga en las reacciones de ruptura de las cadenas. Incluye diversos procesos como la pirólisis de algunos plásticos, microondas o tratamientos a muy alta temperatura.

• Pirólisis

La pirólisis se lleva a cabo bajo condiciones de reacción severas (Tª > 450 ºC y elevados tiempos de residencia) ya que es necesario aportar grandes cantidades de calor para romper el enlace carbono-carbono. La ruptura de las cadenas tiene lugar a través de una reacción primaria con una velocidad suficiente. Además, se forman radicales a partir de reacciones secundarias menos selectivas que dificultan el control de esta reacción primaria ^{(18) (19)}.

Este proceso permite obtener los monómeros (etileno o propileno) pero en presencia de numerosos subproductos y con bajos rendimientos, por lo que se están dedicando grandes esfuerzos para poder emplear catalizadores en estas reacciones. Si no se aplican estas condiciones los polímeros se transforman en materias químicas de tipo petroquímico como el gas de síntesis o parafinas ⁽¹⁸⁾.

• Hidrogenación o hidrocraqueo

Este tipo de proceso implica el tratamiento térmico del residuo plástico en presencia de hidrógeno, normalmente a temperaturas moderadas (400-500 ºC), y elevadas presiones (10-100 kPa). En ellos se emplean catalizadores bifuncionales (con funciones de craqueo e hidrogenación) compuestos por metales de transición soportados sobre matrices ácidas ⁽¹³⁾.

El hidrocraqueo da lugar a la formación de productos altamente saturados que pueden usarse directamente como combustible o como materia prima en refinería. Es un proceso versátil que permite el tratamiento de mezclas de plásticos y la obtención de hidrocarburos líquidos con rendimientos cercanos al 85 %. Sin embargo, el uso de hidrógeno a altas presiones y temperaturas resulta costoso y requiere medidas de seguridad especiales ⁽¹³⁾.

• Craqueo térmico

Este tipo de proceso implica la ruptura de las cadenas poliméricas constitutivas de los residuos plásticos por acción del calor en ausencia de oxígeno. Normalmente, el producto de reacción es una mezcla heterogénea de hidrocarburos con una distribución muy amplia de tamaños moleculares. La proporción de hidrocarburos líquidos, gaseosos y sólidos es función de la temperatura a la que se desarrolla el proceso, que suele efectuarse entre 500 y 800 ºC ⁽¹³⁾.

• Disolución

Los procedimientos de disolución de los plásticos permiten recuperar los polímeros purificados eliminando los materiales contaminantes contenidos en los desechos. Éstos no implican la modificación química de las moléculas de polímeros, pero no corresponden ni a un reciclaje mecánico ni a una valorización energética de los residuos ⁽¹⁷⁾.

• Solvolisis

El término solvolisis define un procedimiento por el que el disolvente actúa también como reactivo. En función de la naturaleza del disolvente se distinguen distintas clases de solvolisis como la quimiolisis (glicolisis, hidrólisis y metanolisis), en donde se utilizan también fluidos supercríticos ^{(13) (17)}.

• Hidrólisis

Normalmente se realiza en medio básico (saponificación), lo que facilita el proceso, pero necesita una etapa de post-tratamiento para transformar el producto en monómeros utilizables. Este procedimiento permite tratar los desechos coloreados y mezclados.

• Metanolisis

Es un avanzado proceso de reciclaje que consiste en la aplicación de metanol en el PET. Este poliéster se descompone en sus moléculas básicas, incluidos el dimetiltereftalato y el etilenglicol, que pueden polimerizarse nuevamente para producir resina virgen.

• Glicolisis

Se realiza con etilenglicol y en condiciones menos severas que la metanolisis y la hidrólisis, lo que reduce los costes económicos, aunque es menos eficaz que ellas para el tratamiento de desechos coloreados y mezclados.

Los productos de la reacción pueden utilizarse para recuperar PET o como precursores de espumas de poliuretano o poliésteres insaturados.

• Otras despolimerizaciones químicas

En el reciclaje químico existen otros procesos entre los que destacan aquellos que se realizan con un reactivo químico determinado (un ácido, un derivado del fenol, etc.) o los que se llevan a cabo mediante craqueo catalítico.

El craqueo catalítico de residuos plásticos presenta una serie de ventajas respecto a los procesos de craqueo térmico, como por ejemplo la posibilidad de trabajar a menores temperaturas de reacción (300-400 ºC) gracias a la presencia de catalizadores. Además, una adecuada selección de los mismos permite controlar la distribución de los productos obtenidos.

Una alternativa interesante consiste en el reformado catalítico de los gases obtenidos en el craqueo térmico de los residuos plásticos dando lugar a diversos productos como gasolina, gasóleo y queroseno entre otros ⁽¹³⁾.

A partir de la separación de los procesos en las diferentes clases, se puede definir una matriz “clase de proceso/tipo de plástico tratado” tal como se muestra en la tabla 1, en la que se presenta un reflejo de la situación del reciclaje químico de los plásticos en Europa durante el año 2002 ⁽¹⁷⁾:

•   Se distinguen nueve grandes grupos de polímeros que pueden someterse al reciclado químico; los polímeros de adición (PE; PP; PVC; PS; Polimetilmetacrilato, PMMA) se tratan principalmente con la despolimerización térmica; mientras que los polímeros de condensación (PET; Poliamidas, PA; PC; Poliuretano, PUR) aceptan la mayoría de los tratamientos químicos.

• La disolución puede aplicarse a la mayoría de los plásticos. Desde el punto de vista de la calidad de los materiales reciclados es, sin embargo, menos satisfactoria que la despolimerización térmica.

Estos procesos de reciclaje químico se encuentran en tres estados distintos de desarrollo, como se puede observar en la figura 4.

El proceso de reciclaje químico más desarrollado industrialmente es el de la solvolisis, a continuación le sigue la despolimerización térmica y en último lugar se encuentra el de la disolución (ver figura 4). En los dos últimos casos, la explotación a escala industrial es muy similar a la de la escala de planta piloto, mientras que en el caso de la solvolisis la diferencia es mayor.

Los grandes grupos químicos internacionales colaboran activamente con los laboratorios en la investigación de los procesos de reciclaje químico para iniciar la fase de desarrollo en planta piloto.

Tabla 1

Distribución de reciclaje químico en función del residuo plástico en Europa en 2002.

(Fuente: ADEME)

Figura 4: Representación de desarrollo de los diferentes procedimientos en Europa en 2002.

(Fuente: Datos de ADEME)