Reciclado de bioplásticos por: Adrián Morales y Javier Grau, Reciclado Mecánico (AIMPLAS)

Por otra parte, las nuevas regulaciones y el encarecimiento de las materias primas procedentes del petróleo, hacen que la producción de los bioplásticos vaya a seguir una tendencia ascendente y ligado a esto una mayor producción de residuos de este tipo. Es por ello, que resulta necesaria la investigación sobre todos los procesos que engloban el reciclado de biopolímeros biodegradables, adelantándonos así a los futuros problemas que puedan causar la adición de estos a los flujos de las plantas de reciclado. Es por esto que surge la necesidad de resolver el reciclado de bioplásticos.

Aplicando nuestro objetivo a todos los procesos del reciclado, se han realizado diferentes experimentales. En primer lugar, con los procesos de separación. En este paso se ha trabajado con los sistemas de separación óptica, triboeléctrica y elutriación. En segundo lugar, la eliminación de los contaminantes de tipo volátil, para posteriormente mejorar las propiedades finales del plástico. Por otro lado, tenemos la neutralización de coloraciones indeseadas y, por último, la obtención de los monómeros u oligómeros a partir de residuos de bioplásticos.

En el proyecto ESVANREC se han buscado soluciones a través del sorting y la mejora de propiedades en el reciclado de estos materiales, con el fin de poder otorgarles otra vida útil como producto reciclado y de esta manera fijar las emisiones de CO2 relacionadas con la producción de estos materiales, abarcando de este modo todos los procesos de reciclado tanto químico como mecánico.

Para la obtención de estos objetivos el proyecto se ha dividido en dos tipos de trabajo, por un lado, los trabajos de reciclado mecánico, que consisten en las distintas separaciones, la reducción de los contaminantes volátiles, la neutralización de coloraciones indeseadas y la mejora de las propiedades finales. Por otro lado, tenemos los trabajos de reciclado químico, que consisten en la obtención de los monómeros u oligómeros de los distintos bioplásticos a través de procesos de solvólisis y craqueo biológico.

Para este proyecto los bioplásticos elegidos han sido, PLA, PBS, PHAs y almidón. La elección de estos bioplásticos viene dada por su mayor presencia en los flujos en las plantas de reciclado y por ser los más interesantes a nivel de mercado. Respecto a los resultados obtenidos en sorting, en primer lugar, vamos a ver los conseguidos mediante los procesos de reciclado mecánico, donde se consiguieron buenos resultados de separación mediante la tecnología NIR y la tecnología de separación triboeléctrica así como en la adición de chain extenders, donde se observó un aumento de peso molecular considerable.

Previamente a las separaciones, habría que mencionar que para facilitar el tratamiento en algunos equipos de separación y proteger su integridad suelen ser necesarios algunos pretratamientos, en este caso un lavado y triturado de los materiales para conseguir una homogenización. Empezando por el equipo de separación óptica, este equipo se basa en la tecnología NIR (tecnología de infrarrojo cercano), junto con un sistema de soplado para la separación de los plásticos.

Esta tecnología separa los polímeros usando un haz infrarrojo que mide de qué tipo de polímero se trata para posteriormente soplarlo si el plástico configurado para ello. Este tipo de equipos son indispensables en el funcionamiento de las plantas de reciclado. Los resultados de la detección y soplado de forma individual y con la simulación de flujos han sido muy favorables, especialmente en los productos de almidón y del PLA, con eficiencias superiores al 80% de recuperación del material.

Figura 1: Separador óptico.

Respecto al equipo de separación triboeléctrica, funciona por la diferencia de cargas electrostáticas adquiridas. Este tipo de separación puede resultar muy útil para separar diferentes polímeros con diferentes cargas electrostáticas como por ejemplo PLA de PE o PHA de PET.

Los flujos que se obtuvieron con este método de separación fueron muy puros. También habría que tener en cuenta que una segunda pasada del material por el equipo triboeléctrico puede causar una sobrecarga de las partículas y que el electrodo termine atrayendo materiales no deseados y mezclando otra vez los plásticos. De algunas mezclas entre polímeros se ha conseguido eficacias superiores al 90%.

Uno de los problemas a la hora del reciclado de bioplásticos es que la fluidez no es adecuada. Para solucionar esto pueden agregarse una serie de aditivos como pueden ser los extensores de cadena o chain extenders. Con este tipo de aditivos lo que se consigue es alargar la cadena polimérica de los plásticos degradados, recuperando así pesos moleculares.

Se probaron dos tipos diferentes de chain extenders con distintos porcentajes de adiciones. Con uno de ellos se obtuvo una mejora sustancial de la resistencia del material, observándose un aumento de la viscosidad del material. Con este proceso lo que se pretende es mejorar las propiedades mecánicas del material reciclado.

En el gráfico anterior se observa como para los diferentes porcentajes de adición, aumenta el torque o resistencia del material.

A continuación, se explican las experiencias de descontaminación.

La neutralización de colores consiste en la decoloración de un polímero pigmentado usando distintos tipos de aditivos y de cantidades. Esto se hace ya que es un proceso común en el reciclado, para evitar la contaminación por tintas o pigmentos y facilitar la reutilización de materiales plásticos.

La eliminación de contaminantes volátiles y de olores. Esta experiencia consiste en la determinación del contenido de contaminantes volátiles y olores existentes en el material, su procesado para la eliminación de estos con ScCO2 o con vapor de agua y finalmente el análisis de su descontaminación para conocer la eficiencia de los procesos. Los contaminantes volátiles, pueden ser muy nocivos, por ello este interés en su eliminación, al igual que el olor puede resultar un carácter limitante a la hora de la reutilización de los polímeros.

Los trabajos de reciclado químico consistirían en obtener, por despolimerización de las cadenas poliméricas, la materia prima que resulta de gran interés industrial mediante el uso de tecnologías como la acción de disolventes, temperatura y en algunos casos presión y/o catalizadores.

El método usado ha sido la solvólisis, y más concretamente la hidrolisis, añadiendo agua con sosa caustica y un catalizador para en este caso, obtener el ácido láctico del PLA. Se ha conseguido despolimerizar cerca del 100% del PLA extrayéndose un 35% de ácido láctico puro de la disolución. El ácido láctico obtenido era de buena calidad comparándolo con el que se puede encontrar en el mercado.

Por último, también se realizó un craqueo biológico, para la degradación del PHB con microorganismos. Para esto, se pretende conseguir el crecimiento de colonias de bacterias, provenientes del compost, en un cultivo con PHB como única fuente de carbono. Una vez se han formado diferentes colonias las aislamos y se criopreservan, para después comprobar si continúa la actividad de despolimerización del PHB. Todas las cepas mantenían esta actividad y una en concreto con una eficiencia destacable.

Con los dos procesos de reciclado químico lo que se pretende es conseguir recuperar el monómero u oligómero que sirve como materia prima para la producción a nivel industrial, con lo cual puede resultar muy interesante conseguir un proceso de despolimerización eficiente.

En conclusión, en cuanto a los procesos de separación los resultados más relevantes se obtuvieron con el equipo óptico. Los efectos de un tipo de chain extender fue notable en el PLA aumentando su resistencia. Y por último, en los procesos de reciclado químico, se obtuvieron resultados bastante relevantes tanto en la solvólisis como con el craqueo biológico, lo cual combinando una buena separación con los procesos de solvólisis o craqueo biológico puede ahorrar muchos costes ambientales y económicos a largo plazo.

El proyecto ESVANREC cuenta con la financiación de la Conselleria d’Economia Sostenible, Sectors Productius, Comerç i Treball de la Generalitat Valenciana a través de ayudas del IVACE con la cofinanciación de los fondos FEDER de la UE, dentro del Programa Operativo FEDER de la Comunitat Valenciana 2014-2020. Estas ayudas están dirigidas a centros tecnológicos de la Comunitat Valenciana para el desarrollo de proyectos de I+D de carácter no económico realizados en cooperación con empresas para el ejercicio 2020.

AIMPLAS desarrolla estas investigaciones en línea con su compromiso con la sostenibilidad medioambiental. Gracias a ello, las empresas del sector pueden introducir los criterios de la economía circular en su modelo de negocio y convertir los cambios legislativos que les afectan en oportunidades para mejorar su eficiencia, reducir su impacto ambiental y aumentar su rentabilidad económica. En este sentido, AIMPLAS también investiga en ámbitos como los materiales y productos biodegradables, el uso de biomasa y CO2.

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