Valorización de residuos plásticos

El papel de la valorización de materiales en la economía circular

La economía circular es un enfoque de gestión de recursos que busca optimizar la utilización de los materiales en la producción y consumo, minimizando el desperdicio y fomentando la reutilización y la regeneración de los productos y materiales al final de su vida útil. Se basa en un modelo de ciclo cerrado en el que los materiales se mantienen en el sistema económico el mayor tiempo posible, reduciendo la dependencia de los recursos naturales y minimizando los impactos ambientales negativos. El pilar de la economía circular es el uso de las cuatro “R”: reducir, reutilizar, reparar y reciclar.

Según la Ley 7/2022 del 8 de Abril:

“Las operaciones de valorización son aquellas en las que el residuo sirve para una función sustituyendo a otros materiales no residuos o en las que el residuo es preparado para ser utilizado como materia prima en otros procesos o en la economía en general. Entre las operaciones de valorización se encuentran la valorización energética y la valorización de materiales, incluida en esta última la preparación para la reutilización, el reciclado, la recuperación de materias primas y componentes de estas y el relleno. No todas las operaciones de valorización de materiales pueden considerarse como operaciones de reciclado, entendiéndose esta operación como la transformación del residuo para obtener un nuevo material, sustancia o producto que tenga características comparables a las del material al que sustituye, de tal manera que permita su uso directo en un proceso productivo, con la misma finalidad u otra diferente, garantizándose la protección de la salud humana y del medio ambiente. Tampoco se incluyen en el concepto de reciclado, la valorización energética, el relleno ni la transformación en materiales que se vayan a usar como combustibles o para operaciones de relleno”.

El plástico, un material muy presente en nuestras vidas

Los plásticos son un tipo de materiales muy presentes en nuestro día a día y que cuentan con múltiples aplicaciones, desde aquellos más técnicos, como los que forman parte de componentes críticos de nuestros vehículos (frenos, parachoques) a otros elementos cotidianos como pueden ser el ratón de nuestro ordenador, el mando de la televisión o hasta la botella de champú. 

El consumo de los materiales plásticos se ha visto incrementado exponencialmente desde que se comenzó la fabricación en serie y es de esperar que continuará su crecimiento en las próximas décadas. Por esta razón la inclusión de los plásticos en la economía circular y en los procesos de valorización es necesaria y constituyen el punto central de numerosas investigaciones.

Atendiendo a su definición más general, el reciclaje es toda operación de valorización mediante la cual los materiales de residuos son transformados de nuevo en productos, materiales o sustancias, tanto si es con la finalidad original como con cualquier otra finalidad.  Se pueden diferenciar varios tipos en función del tipo de material reciclado, tales como reciclaje de materia orgánica y reciclaje de plásticos.

Tipos de reciclado de plástico y aplicaciones

Reciclaje mecánico y químico

En lo referente a materiales plásticos, se puede distinguir entre reciclado mecánico y reciclado químico. En el reciclado mecánico, tras un proceso de limpieza y clasificación, los polímeros termoplásticos son fundidos mediante la aplicación de temperatura y, tras el enfriado, se obtiene un material reciclado que puede ser utilizado en la misma u otra aplicación. 

El reciclado mecánico, inicialmente, no conlleva cambios químicos en las cadenas poliméricas, salvo en aquellos casos en los que se produzca una degradación del material. El reciclado mecánico no puede realizarse en plásticos termoestables ya que no funden, pero sí que puede llevarse a cabo cuando el triturado y el producto obtenido se quiere utilizar como carga o refuerzo de otros materiales.

Por otro lado, en el reciclado químico se produce la despolimerización total de un polímero a sus monómeros constituyentes, o bien a la despolimerización parcial a oligómeros y otras sustancias químicas. A partir de estos monómeros, y tras un nuevo proceso de polimerización, se obtienen nuevos materiales poliméricos.

Se puede realizar mediante diversas tecnologías tales como la despolimerización térmica (la pirólisis, hidrogenación o hidrocraqueo, craqueo térmico), disolución, solvólisis (hidrólisis, metanolisis y glicolisis) y otras despolimerizaciones químicas que se realizan mediante un reactivo químico determinado. El reciclaje químico permite obtener los materiales poliméricos base con propiedades y características similares a los del material de partida y resultan un complemento al reciclado mecánico.

Reciclaje biológico

Tradicionalmente, cuando se habla de reciclaje de materia orgánica, se está refiriendo al compostaje, que implica la descomposición biológica (mediante la acción de microorganismos) de forma aeróbica o anaeróbica, de materiales orgánicos, como restos de alimentos y residuos orgánicos, para obtener compost, que es un fertilizante natural rico en nutrientes que enriquece y mejora la calidad del suelo.

Los materiales también pueden reciclarse biológicamente para recuperarlos y reutilizarlos en la producción de nuevos productos. El reciclado biológico de materiales plásticos hace uso de catalizadores biológicos tales como bacterias, hongos y/o enzimas producidos por ellos que descomponen o transforman estos materiales en compuestos más simples, a través de una serie de reacciones bioquímicas, combinando principios de la biología y la tecnología.

El desarrollo de nuevos tipos de reciclaje es un proceso continuo que busca mejorar la eficiencia y efectividad, así como ampliar la cantidad y tipos de materiales que pueden ser reciclados. Si se buscan simbiosis entre el reciclado de la materia orgánica y el reciclado de los materiales plásticos, se llega al reciclado biológico, dónde, de un lado, los polímeros pueden llegar a transformase en compost (plásticos compostables) o, mediante la acción de microorganismos específicos, llegar a obtener los polímeros que lo forman.

Los reciclajes químico y biológico ofrecen formas innovadoras y sostenibles de gestionar los materiales y reducir la acumulación de residuos. Son enfoques son prometedores para el manejo sostenible de los materiales y la reducción del impacto ambiental asociado con la producción y disposición de residuos. Sin embargo, es importante tener en cuenta que estos procesos también tienen limitaciones y desafíos, como la disponibilidad de tecnologías adecuadas, la viabilidad económica y la necesidad de una gestión adecuada de los subproductos.

Valorización de residuos plásticos en ITA

El Instituto Tecnológico de Aragón trabaja desde hace años en el estudio de materiales ecosostenibles y reciclados mediante procesos de valorización de residuos y, para ello, cuenta con capacidad para la realización de estudios, tanto a nivel experimental, como de simulación, de los procesos de reciclaje mecánico de termoplásticos. Además, recientemente ha visto ampliada su capacidad para la realización de estudios de reciclaje bioquímico.

ITA ha adquirido un biorreactor de 2L de capacidad que permite llevar a cabo el estudio de procesos que emplean catalizadores biológicos, bien microorganismos o bien enzimas, en un entorno con condiciones controladas (en cuanto a pH, oxígeno, temperatura y agitación) y 100% escalable hacia un nivel de planta piloto o incluso industrial empleando las capacidades de simulación con las que el Instituto tiene amplia experiencia.

Proyectos relacionados

Alguno de los proyectos en los que se está trabajando en la actualidad desde el grupo de Materiales y Componentes son:

TUFTCIRC

El proyecto TUFTCIRC está dentro de la convocatoria del Gobierno de Aragón de Economía Circular e ITA colabora con la empresa MONDO. Se han probado técnicas para el reciclaje químico como alternativa viable para el tratamiento de desechos de césped artificial mediante hidrólisis del PET, produciendo ácido tereftálico puro (AT) y etilenglicol (EG) para su posterior reutilización en la producción de polímero virgen.

Este método de reciclado químico presenta la ventaja de la obtención de mayor porcentaje de materias primas orgánicas (monómeros) que, posteriormente, podrían ser usadas para fabricar de nuevo PET con todas sus prestaciones, al ser como un PET virgen, apto para estar en contacto con alimentos u otros materiales con distintas propiedades.

En esta línea hay mucho campo por descubrir y por mejorar, ya sea en cuanto a rendimientos de reacción de depolimerización, como en cuanto a condiciones de reacción más sostenibles, evitando disolventes orgánicos o condiciones de alto consumo energético.

Además del reciclado químico, el objetivo principal de este proyecto es el estudio de procesos de reciclado para un césped artificial 100% ‘circular’, donde las actividades principales se han centrado en el reciclaje mecánico. En este tipo de reciclaje, uno de los puntos más importantes para que los materiales finales mantengan sus propiedades es la obtención de los materiales aislados y, para ello, se debe pretratar el producto con operaciones de limpieza, separación y/o trituración. Se han llevado a cabo operaciones de separación de los componentes del césped, mezclado y aditivación con diferentes cantidades de material virgen y material reciclado para llegar a poder utilizar los nuevos materiales en la misma aplicación, césped artificial con idénticas prestaciones.

En el caso de que los materiales sean difícilmente separables o que debido a requerimientos físicos o económicos no es posible su separación, se estudian procesos de mezclado para obtener una mezcla de materiales reciclados utilizables en otras aplicaciones como, por ejemplo, losetas, asientos o juguetes.

COWPET

Proyecto COWPET: biorreactor con residuos ganaderos para PET y su posterior valorización en materiales funcionales. Se trata de un proyecto actualmente en curso basado en la obtención de monómeros a partir de los cuales obtener un nuevo polímero a través del desarrollo de tecnologías de reciclaje enzimático y microbiano.

Para este proyecto se ha acondicionado un nuevo laboratorio biológico que cuenta con una cabina de seguridad biológica, ultracongelador, microcentrífuga, incubador orbital además del citado biorreactor. Todo ello permite disponer de la capacidad necesaria para estudiar la cinética química y analizar la actividad enzimática de degradación de los diferentes materiales a estudiar. A partir de los monómeros generados por el metabolismo de los microorganismos es posible obtener de nuevo un polímero para fabricar nuevos productos plásticos, fomentando de esa forma la economía circular.

En este nuevo laboratorio se llevarán a cabo estudios de biodegradabilidad y reciclaje de diversos materiales mediante nuevas técnicas basadas en principios biotecnológicos.

NOTA

Los proyectos COWPET (EC-36-2021) y el proyecto TUFTCIRC (EC-14-2021) ha sido financiado  por Departamento de Economía, Planificación y Empleo del Gobierno de Aragón.

Equipos cofinanciados en un 50% por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional – FEDER – bajo el Programa Operativo FEDER 2014-2020 de Aragón.

Construyendo Europa desde Aragón.

Autores

Susana Castelar, Noelia Mendoza, Carlos Sáenz,
Materiales y Componentes.