Convertire la plastica in combustibile in modo economicamente sostenibile sembrava fino a poco tempo fa un traguardo quasi impossibile. E invece un gruppo di ricercatori del laboratorio nazionale Oak Ridge, negli Stati Uniti, ha trovato il modo di trasformare sacchetti di plastica e taglieri da cucina in benzina e diesel, senza bisogno di temperature estreme né di materiali costosi. Lo studio, pubblicato sul Journal of the American Chemical Society, descrive un procedimento che potrebbe davvero riscrivere le regole del riciclo chimico dei polimeri.
Il nodo fondamentale è noto a chiunque si occupi di rifiuti, il polietilene. Cioè il polimero che compone i sacchetti del supermercato, i contenitori di plastica bianca e i taglieri da cucina, è tra i materiali più difficili da riciclare in modo redditizio. Ogni anno milioni di tonnellate finiscono in discarica. L’unica strada tecnicamente percorribile, fino ad ora, era la pirolisi, un processo che richiede di riscaldare il materiale a temperature comprese tra 450 e 500 gradi Celsius. Costoso, inefficiente dal punto di vista energetico e complicatissimo da portare su scala industriale.
Come funziona il nuovo metodo per la produzione di benzina
Il team dell’ORNL ha preso una direzione completamente diversa. Il loro approccio prevede l’immersione della plastica in una miscela di sali fusi con cloruro di alluminio, che agisce contemporaneamente da solvente e da catalizzatore. Si tratta di composti inorganici stabili anche in condizioni di reazione piuttosto impegnative. Il meccanismo è affascinante. Gli atomi di alluminio presenti nella miscela si legano al polimero e generano zone ad alta acidità, capaci di spezzare le lunghe catene molecolari della plastica in frammenti più piccoli. Questi frammenti si trasformano poi in molecole tipiche della benzina o del diesel. E tutto questo avviene a meno di 200 gradi Celsius, una temperatura paragonabile a quella di un normale forno da cucina.
Non è solo una questione di calore ridotto. Il processo elimina tre elementi che rendono costosissimi i metodi tradizionali. Catalizzatori a base di metalli nobili come il platino, solventi organici e apporto esterno di idrogeno. Zhenzhen Yang, scienziata dell’ORNL e tra le autrici principali dello studio, ha dichiarato che si tratta della prima volta in cui sali fusi vengono usati come mezzo per produrre prodotti chimici ad alto valore aggiunto partendo da rifiuti, senza alcun iniziatore catalitico né solvente, e a una temperatura inferiore ai 200 gradi Celsius. Il rendimento in benzina raggiunge circa il 60% in condizioni moderate, un dato che gli stessi ricercatori definiscono promettente in vista di un’applicazione industriale futura.
Le verifiche e gli ostacoli ancora da superare
Per capire con precisione cosa succede durante la reazione, il gruppo ha impiegato una combinazione di tecniche analitiche avanzate. Tra cui spettroscopia a raggi X morbidi, risonanza magnetica nucleare, diffusione di neutroni e cromatografia dei gas. Grazie all’etichettatura isotopica, è stato possibile tracciare il comportamento del carbonio lungo tutto il processo. Il risultato è piuttosto interessante. Le catene polimeriche più semplici producono combustibile simile alla benzina, mentre quelle più complesse tendono verso molecole tipiche del diesel. Questo livello di dettaglio apre la porta alla possibilità di ottimizzare il processo in base al tipo di combustibile desiderato.
Ovviamente non è tutto rose e fiori. Il sistema non è ancora pronto per un passaggio immediato alla scala industriale. Il principale ostacolo riguarda la natura igroscopica dei sali di alluminio utilizzati: assorbono umidità dall’ambiente, e questo ne compromette la stabilità nel lungo periodo. Il team sta lavorando a soluzioni per confinare o proteggere questi sali, magari attraverso alogenuri o materiali a base di carbonio, così da renderli più durevoli in condizioni operative reali.
Se il processo dovesse riuscire a scalare con successo, le implicazioni sarebbero enormi. Il polietilene è la plastica più prodotta al mondo, abbondante e facile da reperire come materia prima. I sali di alluminio, dal canto loro, sono materiali commerciali a basso costo. Come ha sottolineato Liqi Qiu, ricercatore postdottorale dell’Università del Tennessee, il materiale di partenza è abbondante tra i rifiuti di consumo, e il sistema catalitico basato su sali fusi di alluminio è molto economico. Il brevetto è attualmente in fase di registrazione.