Un nuovo metodo per il riciclo creativo del polietilene
Adatto alla produzione in serie come materia prima per il nylon
Annunci
Sarebbe di grande beneficio per l’ambiente e il clima se in futuro il nylon — noto chimicamente come poliammide — potesse essere prodotto su larga scala a partire dai rifiuti di plastica, anziché dal petrolio, come è avvenuto finora. Presso il LIKAT di Rostock, i chimici stanno perseguendo questo approccio. Sono riusciti a convertire selettivamente il polietilene – il componente principale di tutti i rifiuti plastici – in acidi dicarbossilici, che possono fungere da precursori chimici per il nylon. La reazione avviene in condizioni blande e non richiede nemmeno l’uso di un catalizzatore. L’obiettivo è sviluppare un processo su scala di impianto pilota. A tal fine, il team punta ad aumentare la selettività e a chiarire i meccanismi di reazione.
La pirolisi non è più sostenibile
Il polietilene, il materiale utilizzato nelle onnipresenti buste di plastica, insieme al polipropilene, rappresenta i quattro quinti dei rifiuti di plastica — circa 400 milioni di tonnellate metriche all’anno in tutto il mondo. La pirolisi è diventata il metodo consolidato per il riciclaggio chimico di queste poliolefine, come spiega il dott. Esteban Mejía, responsabile di gruppo presso l’Istituto Leibniz per la Catalisi (LIKAT): «La plastica viene bruciata in modo controllato a temperature che raggiungono i 600 gradi Celsius».
Sebbene il risultato sia effettivamente un «olio di alta qualità» e il processo non emetta CO₂, l’enorme quantità di energia consumata fa sì che la pirolisi lasci un’impronta di CO₂ talmente grande da spingere le autorità ambientali a lanciare l’allarme. Negli Stati Uniti, gli impianti di pirolisi vengono già chiusi.
Le specie reattive dell’ossigeno come strumento
Ciò solleva la questione delle alternative. I ricercatori conoscono una serie di processi catalitici che agiscono per via ossidativa, proprio come la pirolisi, afferma Esteban Mejía. «In questi processi, sulla superficie del polietilene si forma una specie reattiva dell’ossigeno — che chiamiamo ROS». Come ormai sanno i chimici, sono proprio queste specie a fare la differenza. Il dott. Mejía: «Le ROS degradano chimicamente il polietilene. In sostanza, corrodono il materiale».
Tuttavia, questa reazione richiede un’alta pressione, il che rende il processo esplosivo. «Non è facilmente scalabile su scala pratica». Inoltre, i catalizzatori sono a base di metalli preziosi, il che rende l’intero processo costoso e dipendente dal mercato volatile delle materie prime.
Durante la revisione della letteratura, il gruppo del dottor Mejía ha trovato studi di colleghi che hanno prodotto acido dicarbossilico di polietilene con lunghezze di catena non specifiche, anche utilizzando acido nitrico altamente concentrato a 180 gradi Celsius e in un forno a microonde. «Si tratta di processi piuttosto aggressivi», afferma Esteban Mejía, «ma eravamo incuriositi dall’idea di approfondire ulteriormente la via dell’acido nitrico e di semplificare il processo».
Più semplice significa: diluito e con l’uso di H₂O₂
Da aprile 2026, un ricercatore post-dottorato, il dottor Satyajit Panda, sta lavorando sull’argomento, temporaneamente coadiuvato da uno studente di master dell’Università di Rostock. Attraverso ulteriori ricerche e tentativi ed errori, come afferma il dottor Mejía, il gruppo è infine giunto a una reazione semplice. L’effetto è stato affascinante: «Si mettono pezzi di un sacchetto di plastica in una provetta contenente acido nitrico altamente diluito e perossido di idrogeno, si riscalda la miscela fino a un massimo di 120 gradi e si osserva il polietilene che si dissolve».
Controllare la reazione, tuttavia, non è così semplice. «È importante mantenere un regime specifico di apporto di calore», spiega Esteban Mejía. Questo perché la conversione del polietilene in acido dicarbossilico comporta diverse fasi. Se ai prodotti intermedi viene concesso troppo tempo, la reazione procede in modo non ottimale e alla fine produce una miscela complessa.
Selettività e meccanismo di reazione
L’acido dicarbossilico è costituito da catene di atomi di carbonio di lunghezza variabile. Le precedenti pubblicazioni riportano risultati di reazione con lunghezze delle catene che vanno da due a oltre 40 atomi di carbonio. «Gli autori lo hanno utilizzato come tensioattivo per la produzione di sapone», afferma Esteban Mejía. Il prodotto finale a cui mirano i chimici di Rostock, tuttavia, è una materia prima utilizzabile per la poliammide, meglio nota come nylon. A questo scopo è adatto l’acido dicarbossilico con una lunghezza della catena di esattamente sei atomi di carbonio. Ciò comporta requisiti più elevati in termini di selettività della reazione e di eventuali processi di separazione.
Nei loro esperimenti, i chimici del LIKAT sono già riusciti a restringere la lunghezza della catena del loro prodotto a un intervallo compreso tra quattro e dieci atomi di carbonio. Sperano di migliorare ulteriormente questo risultato in collaborazione con il Prof. Dr. Udo Kragl del Dipartimento di Ingegneria Chimica dell’Università di Rostock. A tal fine, tra le altre cose, hanno presentato domanda di finanziamento del progetto alla DFG.
Nell’ambito di questo progetto, intendono inoltre collaborare con gli analisti del LIKAT per chiarire il meccanismo di reazione: l’obiettivo principale, come spiega Esteban Mejía, è determinare «quali intermedi si formano durante il processo di reazione, quando si formano e con quale rapidità». Stanno inoltre collaborando con un collega dell’Università di Guayaquil in Ecuador, che sta studiando l’influenza della luce sulla funzione delle ROS (specie reattive dell’ossigeno) in esperimenti fotochimici.
I rifiuti come materia prima per un prodotto di massa
Si stima che in tutto il mondo vengano prodotte otto milioni di tonnellate di poliammide, utilizzando il petrolio come materia prima principale. Grazie alla possibilità di riciclare chimicamente il polietilene, gran parte dei rifiuti plastici potrebbe fungere da materia prima alternativa. Il dott. Esteban Mejía afferma: «La lavorazione su larga scala per la produzione di nylon ridurrebbe l’impatto ambientale e renderebbe l’industria indipendente dalle materie prime fossili in questo settore».
Il gruppo del dott. Mejía sta attualmente preparando un articolo da pubblicare su THE JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY. Ha inoltre ricevuto un invito da Singapore per presentare i risultati della propria ricerca alla Southeast Asia Catalysis Conference che si terrà a dicembre.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Altre notizie dal dipartimento scienza
