Reciclado de plásticos de automoción

  Índice

 

Legislación

Tipos de Reciclado

Reciclado Mecánico

El reciclado mecánico es un proceso físico mediante el cual el plástico post-consumo o el industrial (scrap) es recuperado, permitiendo su posterior utilización.

Los plásticos que son reciclados mecánicamente provienen de dos grandes fuentes:

-Los residuos plásticos proveniente de los procesos de fabricación, es decir, los residuos que quedan al pie de la máquina, tanto en la industria petroquímica como en la transformadora. A esta clase de residuos se la denomina scrap. El scrap es más fácil de reciclar porque está limpio y es homogéneo en su composición, ya que no está mezclado con otros tipos de plásticos. Algunos procesos de transformación (como el termoformado) generan el 30-50% de scrap, que normalmente se recicla.

-Los residuos plásticos proveniente de la masa de Residuos Sólidos Urbanos (RSU).

Estos se dividen a su vez en tres clases:

  1. Residuos plásticos de tipo simple: han sido clasificados y separados entre sí los de distintas clases.  

  2. Residuos mixtos: los diferentes tipos de plásticos se hallan mezclados entre sí.  

  3. Residuos plásticos mixtos combinados con otros residuos: papel, cartón, metales.

Pasos del reciclado mecánico

Separación
Preparación en una cinta transportadora de los diferentes tipos de plásticos de acuerdo con la identificación o con el aspecto visual. En esta etapa también se separan rótulos de materiales diferentes, tapas de botellas y productos compuestos por más de un tipo de plástico, envases metalizados, broches, etc.
Por ser una etapa manual, la eficiencia depende directamente de la práctica de las personas que ejecutan esta tarea. Otro factor determinante de la calidad es la fuente de material a ser separado, dado que el que proviene de la recolección selectiva es más limpio comparado con el material proveniente de los basurales a cielo abierto.Molido
Después de haber sido separados, los diferentes tipos de plásticos son molidos y fragmentados en pequeñas partes.

Lavado
Después de triturado, el plástico pasa por una etapa de lavado para eliminar la suciedad. Es preciso que el agua de lavado reciba un tratamiento para su reutilización o emisión como efluente.

Secado
En esta etapa se retira el exceso de agua por centrifugado

Aglutinación
Además de completar el secado, el material es compactado, reduciéndose así el volumen que será enviado a la extrusora.
La fricción de los fragmentos contra la pared del equipo rotativo provoca el aumento de la temperatura, formándose una masa plástica.
El aglutinador también se utiliza para la incorporación de aditivos, tales como cargas, pigmentos y lubricantes.

Extrusión
La extrusora funde y vuelve a la masa plástica homogénea. A la salida de la extrusora se encuentra el cabezal, del cual sale un “espagueti” continuo que es enfriado con agua. En seguida, el “espagueti” es picado en un granulador y transformado en pellet (granos plásticos).

 

Reciclado Químico

Se trata de diferentes procesos mediante los cuales las moléculas de los polímeros son craqueadas (rotas) dando origen nuevamente a materia prima básica que puede ser utilizada para fabricar nuevos plásticos.

El reciclado químico comenzó a ser desarrollado por la industria petroquímica con el objetivo de lograr las metas propuestas para la optimización de recursos y recuperación de residuos. Algunos métodos de reciclado químico ofrecen la ventaja de no tener que separar tipos de resina plástica, es decir, que pueden tomar residuos plásticos mixtos reduciendo de esta manera los costos de recolección y clasificación. Dando origen a productos finales de muy buena calidad.

Principales procesos existentes:

-Pirólisis:

Es el craqueo de las moléculas por calentamiento en el vacío. Este proceso genera hidrocarburos líquidos o sólidos que pueden ser luego procesados en refinerías.

-Hidrogenación:

En este caso los plásticos son tratados con hidrógeno y calor. Las cadenas poliméricas son rotas y convertidas en un petróleo sintético que puede ser utilizado en refinerías y plantas químicas.

-Gasificación:

Los plásticos son calentados con aire o con oxígeno. Así se obtienen los siguientes gases de síntesis: monóxido de carbono e hidrógeno, que pueden ser utilizados para la producción de metanol o amoníaco o incluso como agentes para la producción de acero en hornos de venteo.

-Chemolysis:

Este proceso se aplica a poliésteres, poliuretanos, poliacetales y poliamidas. Requiere altas cantidades separadas por tipo de resinas. Consiste en la aplicación de procesos solvolíticos como hidrólisis, glicólisis o alcohólisis para reciclarlos y transformarlos nuevamente en sus monómeros básicos para la repolimerización en nuevos plásticos.

-Metanólisis:

Es un avanzado proceso de reciclado que consiste en la aplicación de metanol en el PET. Este poliéster (el PET), es descompuesto en sus moléculas básicas, incluido el dimetiltereftalato y el etilenglicol, los cuales pueden ser luego repolimerizados para producir resina virgen. Varios productores de polietilentereftalato están intentando de desarrollar este proceso para utilizarlo en las botellas de bebidas carbonadas. Las experiencias llevadas a cabo por empresas como Hoechst-Celanese, DuPont e Eastman han demostrado que los monómeros resultantes del reciclado químico son lo suficientemente puros para ser reutilizados en la fabricación de nuevas botellas de PET.

Estos procesos tienen diferentes costos y características. Algunos, como la chemolysis y la metanólisis, requieren residuos plásticos separados por tipo de resina. En cambio la pirólisis permite utilizar residuos plásticos mixtos.

Perspectivas del reciclado químico:

-El reciclado químico se encuentra hoy en una etapa experimental avanzada. Es de suponer que en los próximos años pueda transformarse en una poderosa y moderna herramienta para tratar los residuos plásticos. El éxito dependerá del entendimiento que pueda establecerse entre todos los actores de la cadena: petroquímicas, transformadores, grandes usuarios, consumidores y municipios, a los fines de asegurar la unidad de reciclado y que la materia prima llegue a una planta de tratamiento.

-La sociedad debe estar preparada para tal cambio de tecnología en lo que hace al tratamiento de los residuos plásticos. Por su parte, la industria petroquímica está trabajando en la definición de especificaciones técnicas a los fines de garantizar la calidad de los productos obtenidos a través del reciclado químico.

-Si bien el reciclado mecánico se halla en un estado más evolucionado, éste solo no alcanza para resolver el problema de los residuos. No sería inteligente desdeñar cualquier otra forma de tratamiento por incipiente que fuera. Lo que hoy parece muy lejano puede que dentro de las próximas dos décadas se convierta en una realidad concreta. En el caso de los plásticos se debe tener en cuenta que se trata de hidrocarburos, por lo que, para un recurso no renovable como el petróleo, es especialmente importante desarrollar técnicas como el reciclado químico para generar futuras fuentes de recursos energéticos. Los plásticos post-consumo de hoy pueden considerarse como los combustibles o las materias primas del mañana. Además, el reciclado químico contribuirá con la optimización y ahorro de los recursos naturales al reducir el consumo de petróleo crudo para la industria petroquímica.

-De todas las alternativas de valorización quizá ninguna esté hecha tan a medida de los plásticos como el reciclado químico. Es muy probable que se transforme en la vía más apropiada de recuperación de los residuos plásticos, tanto domiciliarios como los provenientes del scrap (post-industrial), obteniéndose materia prima de calidad idéntica a la virgen. Esto contrasta con el reciclado mecánico, donde no siempre se puede asegurar una buena y constante calidad del producto final. El reciclado químico ofrece posibilidades que resuelven las limitaciones del reciclado mecánico, que necesita grandes cantidades de residuos plásticos limpios, separados y homogéneos para poder garantizar la calidad del producto final. Los residuos plásticos domiciliarios suelen estar compuestos por plásticos livianos, pequeños, fundamentalmente provenientes de los envases, pueden estar sucios y presentar substancias alimenticias. Todo esto dificulta la calidad final del reciclado mecánico, ya que se obtiene un plástico más pobre comparado con la resina virgen. Por lo tanto, los productos hechos de plástico así reciclado se dirigen a mercados finales de precios bajos. Por el contrario, el reciclado químico supera estos inconvenientes, ya que no es necesaria la clasificación de los distintos tipos de resinas plásticas proveniente de los residuos. En este proceso pueden se tratados en forma mixta, reduciendo costos de recolección y clasificación. Además, lleva a productos finales de alta calidad que sí garantizan un mercado.

Toda estrategia de gestión integral de los Residuos Sólidos Urbanos debe prever y contemplar la posibilidad del reciclado químico. El tratamiento de los residuos plásticos no puede ser resuelto unilateralmente por uno u otro proceso, debiendo analizarse las diferente alternativas de reciclado

 

Reciclado por degradación térmica

En la última década se ha impuesto la opinión de que la termólisis por degradación térmica de los plásticos es la tecnología más interesante para el desarrollo de un proceso a gran escala, y en el que se traten conjuntamente plásticos de diferente naturaleza sin forzar un elevado rendimiento en la separación selectiva de las materias primas. Además un proceso de craqueo, bien térmico o catalítico puede integrarse en la operación de una refinería con el consiguiente ahorro de inmovilizado.

La compañía química alemana BASF ha construido una planta de transformación de desechos plásticos en Ludwigshaffen. En el proceso, los plásticos mezclados y aglomerados son fundidos. El cloruro de hidrógeno que expulsan se absorbe y se extrae, para que la materia que resta sea despolimerizada en lecho fluidizado a 400 °C y transformada en un producto líquido en un porcentaje del 60% y en gas 20%. La unidad es rentable gracias a la subvención del organismo encargado de la gestión de las actividades de transformación de desechos de los embalajes de la zona del Rhin. DSD ofrece una prima de 144 euros por cada tonelada de desechos de plásticos tratados en la nueva planta. Esta cifra representa la diferencia entre el coste del producto y el valor de los compuestos extraídos. Además, no es más que una pequeña parte de las ayudas, ya que hay que contar con una cifra similar para la preparación de desechos y cerca de 25 euros por tonelada para su transporte.

Amoco y Chevron han realizado ensayos en laboratorios y plantas piloto con diferentes alternativas de pirólisis y de conversión de plásticos disueltos en otras alimentaciones de la refinería. Chevron ha ensayado la mezcla de la corriente de plásticos con la alimentación al coker, obteniendo un producto que es un 15% más valioso que la alimentación convencional al coker.

La gasificación y la pirólisis no necesitan integrarse en una refinería o complejo petroquímico, lo que tiene como contrapartida a la no disponibilidad de la tecnología de las refinerías, la ventaja de poder establecer unidades en lugares estratégicos respecto a la recogida y clasificación de los plásticos. Estos métodos han sido desarrollados industrialmente en el pasado desde la perspectiva de tratar conjuntamente todos los residuos sólidos urbanos sin separar el plástico y otros materiales de desecho, como neumáticos usados y lodos activados.  La gasificación, desarrollada por diferentes empresas como la Shell Chemicals, Texaco y Ewivk se realiza en condiciones más severas que las de la pirólisis, 960 °C y 60 bar, para obtención de gas de síntesis convertible en metanol.

En USA y en Europa se han desarrollado procesos de pirólisis térmica en reactores rotatorios y de lecho fluidizado. Esta última es la tecnología más desarrollada debido a que los lechos fluidizados ofrecen condiciones muy adecuadas para este proceso:

1) Elevada capacidad de transporte de calor y de materia entre fases, lo que reduce la energía requerida en un proceso que es fuertemente endotérmico.

2) Régimen isotermo y como consecuencia uniformidad de temperatura.

3) Reducido tiempo de contacto de los productos primarios de pirólisis (entre varios segundos y 1,5 min frente a los 20 min de los reactores rotatorios), lo que minimiza las reacciones secundarias de los productos primarios de la pirólisis ofreciendo como consecuencia una mayor uniformidad del producto.

También puede destacarse la versatilidad de los equipos de lecho fluidizado para el tratamiento del conjunto de los materiales plásticos. Téngase en cuenta la heterogeneidad de este material y que la separación de los plásticos procedentes de uso doméstico ofrece un 57% de poliolefinas, 14% de policloruro de vinilo (PVC), 19% de poliestireno, 5% de otros plásticos o papel, junto con un 5% de materiales inorgánicos tales como la arena y sales.

También es combinable el proceso de pirólisis con la valorización energética del producto. Un proceso suizo trata los residuos sólidos urbanos compactándolos, desgasificándolos y pirolizándolos en un etapa a 600 °C de donde los gases producidos son alimentados a un horno de incineración a 2000 °C. Siemens KWU también tiene otro proceso en el que los residuos son pirolizados en un horno rotatorio a 450 °C. Cada Tm de residuos genera 655 kg de gas y 345 kg de sólidos y el gas se alimenta en un incinerador a 1300 °C. El coste es de 208 $/Tm, un 30% menos que los costes de incineración en Alemania

Centrándonos en los estudios realizados en la pirólisis de plásticos en lecho fluidizado, los resultados de la pirólisis de polietileno de alta densidad, polietileno de baja densidad, poliestireno y cloruro de polivinilo dan a 480 °C tres grandes grupos de productos: 75-80% de un destilado con la viscosidad y potencia calorífica del fuel nº 2, 15-20% de un corte más ligero y un 5% restante de un gasóleo pesado. En este proceso el propio gas producido actúa como combustible y además obtienen energía calorífica. Operando alrededor de 700 ºC se obtiene una corriente mayoritaria de gas con un 40% de etileno, 27% de metano, 17% de hidrógeno y otras fracciones. Estudios económicos indican que el etileno se puede obtener a 1,5 ¢/lb (el precio actual de venta es de 20-25 ¢/lb). En la valorización junto con otros materiales el PVC no es un grave problema, ya que el cloro sale como HCl que puede ser absorbido en un scrubber. Además el lecho fluidizado permite incorporar un agente sólido que reaccione con el HCl, como óxido de calcio o dolomita.

En la pirólisis en lecho fluidizado el gas alimentado son los gases producto del craqueo térmico del plástico. Pueden tratar tiras de plástico de hasta 20 cm. En una planta de 40 kTm/año el coste sería de 110 USD/Tm de plástico, pero podría bajar hasta 21 USD/Tm si estuviese integrado en una refinería. BP junto con Enichem, Petrofina, DSM y Atochem han construido un complejo de 20 M de dólares para procesar 25 kTm/año de plásticos. El proceso funciona a 600 °C dando un gas que contiene cerca de un 60% de nafta y mezcla de C2-C4. El cloro se adsorbe con óxido de calcio en el mismo lecho.

La estrategia perseguida en la pirólisis térmica es la optimización del proceso para conseguir los productos más rentables, recuperando los monómeros tales como etileno, propileno, estireno, y obteniendo un elevado rendimiento de aromáticos: benceno, tolueno, xilenos. Los elevados requerimientos energéticos de la pirólisis, debido a la baja capacidad calorífica de los materiales plásticos y a la necesidad de calentar el nitrógeno, llevan a la necesidad de la combustión parcial de los plásticos, de forma que la pirólisis se puede mantener autotérmicamente en el intervalo 600-800 °C.

Ahora bien, la tecnología de lecho fluidizado ofrece importantes lagunas debido a sus limitaciones intrínsecas. Entre estas limitaciones destacaremos:

1. La pirólisis transcurre con el plástico fundido recubriendo las partículas de arena, lo cual requiere el manejo de una elevada cantidad de arena (y por tanto un elevado volumen de reactor), para conseguir la uniformidad en el recubrimiento y que la película de reactante sólido sea lo suficientemente pequeña para que la pirólisis sea eficaz y sin gradientes de temperatura. A pesar del movimiento de estas partículas, la vigorosidad de éste y de los choques entre partículas (cuantificada por la cantidad de movimiento) no es suficiente para evitar la aglomeración ante la adherencia del plástico fundido. Téngase en cuenta que contribuye a la limitada cantidad de movimiento, por un lado el reducido tamaño de partícula de la arena (en el intervalo característico de la fluidización burbujeante, dentro del intervalo 100-300 mm) y por otro lado, la limitada velocidad de las partículas (la cual está relacionada con el tamaño de partícula). Además, es inevitable la segregación en un lecho con partículas con diversidad de tamaños. Como consecuencia de estos factores, la aglomeración del lecho comienza cerca de la placa distribuidora con el peligro de creación de zonas muertas y de defluidización del lecho.

2. El gas tiene un tiempo de residencia en el reactor en un intervalo limitado, debido a que en lecho fluidizado burbujeante un aumento de la velocidad del gas sólo contribuye a disminuir la eficacia del contacto gas-sólido, porque el gas en exceso respecto al de mínima fluidización asciende en una fase de burbujas. Además no atenúa la segregación sino que genera la atrición de la arena, la cual lleva aparejado el arrastre parcial del plástico sin reaccionar. Estas limitaciones contribuyen a explicar los diferentes resultados experimentales de los reactores de lecho fluidizado en la bibliografía, según las condiciones de operación. Además, con estas limitaciones físicas el diseño de estos reactores no puede realizarse con las cinéticas intrínsecas de pirólisis (las cuales se obtienen en termobalanza y en un intervalo de temperaturas inferiores a las de interés en el proceso industrial). Con el empirismo de los resultados de las plantas piloto o de demostración es difícil progresar en el diseño y simulación de reactores de mayor escala. Con objeto de reducir estas limitaciones del reactor fluidizado se han propuesto en la bibliografía diferentes reactores, como el fluidizado con circulación interna, de parrilla, cónico rotatorio, de circulación de esferas, de agitación de partículas y de tornillo giratorio. Estos reactores dan prioridad al recubrimiento uniforme de las partículas de un sólido con el plástico fundido, aunque su complejo diseño mecánico y la elevada relación entre el sólido y el plástico a alimentar los hacen difícilmente viables para un proceso con la escala requerida.

Recientemente, se ha estudiado la pirólisis térmica de polietileno (de alta y de baja densidad), polipropileno y poliestireno en un nuevo reactor, un spouted bed cónico. Este reactor tiene las características de los spouted beds convencionales (cilíndricos con una base cónica): Elevada capacidad de transmisión de calor y de materia (el contacto gas-sólido es prácticamente con contacto de ambas fases en contracorriente); reducida segregación gracias al spout central en el que se rompe cualquier aglomerado incipiente; movimiento cíclico de las partículas, que facilita el recubrimiento uniforme de las partículas de arena con el plástico.

Además, la geometría cónica confiere a este reactor unas características adicionales entre las que cabe destacar la versatilidad casi ilimitada para establecer la velocidad del gas y como consecuencia la vigorosidad en el movimiento de las partículas. El reactor puede operar en dos regímenes fluidodinámicos diferenciados: Spouted bed y spouted bed diluido (o jet spouted bed), o bien en un amplio régimen de transición entre ambos. En consecuencia, la porosidad de la zona anular puede estar comprendida entre la correspondiente a un lecho móvil descendente (operando en régimen de spouted bed) y la de un lecho de transporte neumático (en el spouted bed diluido).

Gracias a la versatilidad de este reactor puede trabajarse en un amplio intervalo de temperatura. Así, a baja temperatura, en torno a 450 ºC, se obtiene un elevado rendimiento de ceras (parafinas C12-C50) las cuales son fácilmente arrastradas por el elevado caudal de gas. El interés de esta obtención de ceras reside en conjugar la minimización del consumo energético de la pirólisis, con el propio interés de las ceras, las cuales son una materia prima adecuada como alimentación de las unidades comerciales de craqueo catalítico o de la unidades de craqueo con vapor.

Por otro lado la operación a elevada temperatura y gracias a la isotermicidad y reducido tiempo de residencia permite maximizar el rendimiento de gases monómeros.

El reactor de spouted bed cónico consigue una elevada velocidad de pirólisis, lo que unido a su simplicidad de diseño y facilidad de aumento de escala permite considerarlo como una alternativa mejor que la del reactor fluidizado. Asímismo, este reactor permite el establecimiento de una cascada de reactores en serie, estrategia que resulta interesante para optimizar las condiciones de pirólisis de los plásticos de diferente naturaleza.

 

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