Investigación del sector del plástico en Economía Circular

En marzo de 2020 se publicaron los resultados de la nueva encuesta del Eurobarómetro sobre las actitudes de los ciudadanos europeos hacia el medio ambiente. En ella se muestra que para el 94% de los ciudadanos europeos, la protección del medio ambiente y el clima son cuestiones importantes. Los ciudadanos demandan más medidas para proteger el medio ambiente y creen que la responsabilidad debería compartirse entre las grandes empresas, la industria, los gobiernos (tanto nacionales como de la Unión Europea) y los propios ciudadanos. Además, los problemas ambientales que generan mayor preocupación son: el cambio climático, el creciente volumen de residuos, la contaminación del aire y la contaminación marina.

La opinión pública establece como medidas efectivas ante los problemas ambientales el cambio en la forma de consumir, producir y comerciar y la inversión en investigación, principalmente (Figura 1).

Figura 1. Respuestas dadas por los ciudadanos de la UE y de España ante la pregunta “En su opinión ¿cuáles de las siguientes serían las maneras más efectivas de afrontar los problemas medioambientales?”. Fuente: Eurobarómetro.

Estas preocupaciones y las necesidades de solución van alineadas con la adopción del Pacto Verde Europeo. Este documento establece una hoja de ruta hacia una economía circular climáticamente neutra en la que se disocia el crecimiento económico y el uso de los recursos. Se basa en que la economía circular reduce la presión sobre los recursos naturales, siendo ésta una condición previa para alcanzar el objetivo de neutralidad climática para 2050 y atajar la pérdida de biodiversidad.

https://ec.europa.eu/commfrontoffice/publicopinion/index.cfm/survey/getSurveydetail/instruments/special/surveyky/2257 Eurobarómetro Especial 501. “Actitudes de los ciudadanos europeos hacia el medio ambiente” (Comisión Europea, Diciembre 2019)

Brussels, 11.12.2019 COM(2019) 640 final Communication from the Commission to the European Parliament, the European Council, , the Council, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions “The European Green Deal” (Comisión Europea, Diciembre 2019).

Uno de los resultados de este pacto, es la publicación en marzo de 2020 del nuevo Plan para la Economía Circular. Este nuevo plan de acción tiene como objetivo asegurar que los recursos se mantengan durante el mayor tiempo posible dentro de la economía de la Unión Europea y se centra en el diseño y la producción enfocados a una economía circular. En el mismo, los materiales plásticos cobran una gran importancia, puesto que en general pertenecen a un sector que utiliza abundantes recursos y que tienen un elevado potencial de circularidad. La base es trabajar en productos que sean más fáciles de reutilizar, reparar y reciclar y que incorporen material reciclado.

Algunas medidas a destacar que la Comisión Europea adoptará son:

• Aumento de la vida útil de los productos y mejora de la recogida y tratamiento de los residuos en el sector de la electrónica-TIC.
• Nuevo marco regulador para las baterías a fin de aumentar su sostenibilidad.
• Nuevos requisitos obligatorios en el sector de los envases y embalajes que definan lo permitido en el mercado europeo, incluyendo una reducción del sobreenvasado.
• Nuevos requisitos obligatorios sobre el uso de contenido de reciclado en productos plásticos.
• Nuevo marco regulador relacionado con los microplásticos.
• Establecimiento de pautas relacionadas con los plásticos renovables y los plásticos biodegradables.
• Nueva estrategia sobre los productos textiles, impulsando el mercado de la reutilización y reciclado.
• Estrategia integral para la construcción sostenible de edificios con especial atención a los aspectos energéticos.
• Nueva iniciativa legislativa sobre la reutilización en envases, vajilla y cubertería en servicios alimentarios.
• Reducción de la producción de residuos y su transformación en recursos secundarios de alta calidad.
• Medidas para minimizar las exportaciones de residuos de la Unión Europea y hacer frente a los traslados ilícitos.

Todas estas acciones, así como la política de sostenibilidad de la Unión Europea, hacen necesario el desarrollo de investigaciones relacionadas con la economía circular. El sector del plástico debe, por lo tanto, formar parte de las soluciones para alcanzar la circularidad.

En este sentido, Aimplas, Instituto Tecnológico del Plástico, ha desarrollado durante el periodo 2019-2020 el proyecto Economía Circular-3 (Investigación industrial de carácter no económico para el desarrollo de nuevos materiales y tecnologías). Este proyecto, cofinanciado por los fondos Feder, dentro del Programa Operativo Feder de la Comunitat Valenciana 2014-2020 ha desarrollado cuatro investigaciones principales:

• Separación de capas de residuos plásticos multicapa para su reciclado.
• Eliminación de olores en materiales reciclados mediante métodos oxidantes y térmicos.
• Biodegradación anaerobia de residuos plásticos.
• Valorización complementaria al reciclado mecánico de residuos plásticos.

El desarrollo de productos multicapa es esencial para la protección principalmente de alimentos, alargando su vida útil y disminuyendo el residuo alimentario. Sin embargo, el problema asociado es importante debido a que, al no emplearse un único material, es necesario desarrollar métodos alternativos de reciclado que permitan obtener materiales reciclados de alta pureza.

En este sentido, se investigó en el desarrollo de procesos de reciclado mediante el empleo de disolventes que permiten, mediante disolución/precipitación selectiva, aislar las diferentes capas de materiales en los residuos multicapa para posteriormente reciclar cada material por separado, obteniendo así materiales reciclados de alta calidad.

Se trabajó con diferentes muestras preparadas para tal fin por empresas del sector, con el objetivo de conocer la composición exacta de cada muestra tratada y evaluar los niveles de recuperación de cada uno de los materiales que la componen. Los resultados obtenidos, con disolventes tradicionales, como tolueno y acetona, muestran una recuperación por encima del 90% de los polímeros empleados en cada caso (polietileno, polipropileno y poliamida). Es necesario seguir con las investigaciones hacia otro tipo de polímeros y mediante el empleo de disolventes verdes para minimizar el impacto del proceso de reciclado y que sea aplicable de forma más directa a la empresa.

Bruselas, 11.3.2020 COM(2020) 98 final Comunicación de la Comisión al Parlamento Europeo, al Consejo, al Comité Económico y Social Europeo y al Comité de las Regiones. “Nuevo Plan de acción para la economía circular por una Europa más limpia y más competitiva” (Comisión Europea, Marzo 2020).

Figura 2. Montaje de separación de capas a nivel laboratorio.

El olor y en general la presencia de sustancias no deseadas en los materiales plásticos reciclados impiden en muchos casos el empleo de un material reciclado o lo limitan a productos de bajo valor añadido. Esta situación repercute en el propio precio de venta del material reciclado y en general en una pérdida de recursos.

En este sentido, la eliminación o reducción de los olores puede influir positivamente en la introducción en el mercado del material reciclado. Por esta razón, en el proyecto Economía Circular-3 se investigó la mejor manera de eliminar este problema. En el proyecto se identificaron diferentes soluciones que podrían ser adaptadas por los recicladores en distintas partes de su línea de reciclado. Se analizaron técnicas en lavadero como el empleo de sosa cáustica (NaOH) y de detergentes comerciales para el lavado de los materiales. También se analizó el uso de agentes oxidantes como el peróxido de hidrógeno (H2O₂) o el ozono (O₃), sustancias empleadas habitualmente en el tratamiento de aguas residuales. Todos estos tratamientos fueron complementados con la aplicación de luz ultravioleta (UV) a la vez que se aplicaban las sustancias descontaminantes, para observar si existían efectos sinérgicos.

Para evaluar estos métodos de descontaminación se trabajó sobre muestras controladas, usando materiales plásticos que fueron contaminados en laboratorio con una serie de sustancias patrón para simular la casuística de sustancias contaminantes y olores presentes en los materiales reciclados.

Figura 3. Montaje de contaminación de muestras.

Tras la contaminación se aplicaron las diferentes técnicas, variando las condiciones de proceso en cuanto a concentración de agentes de lavado u oxidantes, temperatura y tiempo de exposición, entre otros factores. Los métodos de análisis empleados fueron tanto de tipo instrumental (cromatografía de gases) como no instrumental (mediante un panel de catadores). El análisis sensorial mediante un panel de catadores es crucial en este caso, debido a la naturaleza del parámetro a testear, el olor, que es muy subjetivo y que varía mucho no solamente entre sujetos, sino también dependiendo de las sustancias debido a la diferencia de valores umbrales que presentan. Los mayores niveles de descontaminación se observaron con la aplicación de ozono con luz UV, resultados similares a los mostrados en bibliografía para los tratamientos de aguas residuales. Las muestras fueron posteriormente analizadas mediante reología para corroborar la baja influencia de los métodos de descontaminación sobre la degradación del polímero.

La biodegradación anaerobia es un proceso en el cual los microorganismos llevan a cabo la degradación de materia orgánica en ausencia de un aceptor de electrones como el oxígeno o el nitrato. En este proceso se generan mayoritariamente dos productos finales: nueva biomasa (es decir, nuevos microorganismos) y biogás. El biogás es una mezcla de gases, principalmente compuesto por metano (CH₄) y dióxido de carbono (CO₂), aunque también puede contener trazas de otros gases como ácido sulfhídrico (H2S) y/o hidrógeno (H₂).

Se trata de un proceso de valorización, que puede ser aplicado a los plásticos y que fue estudiado como proceso complementario al reciclado mecánico. Esta valorización fue aplicada a diferentes polímeros, observándose diferentes grados de biodegradación y diferentes cinéticas.

Los resultados pueden verse modificados dependiendo del lodo empleado como inóculo en los reactores, ya que, varía las comunidades microbianas presentes en los mismos y por tanto, varían los microorganismos que son los responsables de catalizar las reacciones de degradación anaerobia de los diferentes polímeros. Además, los resultados también pueden mejorarse modificando las condiciones de ensayo o añadiendo diferentes pretratamientos que consigan reducir el peso molecular de los polímeros facilitando el ataque microbiano a los diferentes polímeros.

Figura 4. Reactores de biodegradación anaerobia (izquierda) y celdas de medición volumétrica de biogás (derecha).

Otro proceso de valorización de residuos plásticos complementaria al reciclado mecánico es el reciclado químico por craqueo térmico. Dentro de este grupo, destaca la pirólisis, debido a que es un proceso donde se optimiza la recuperación de sustancias y materiales que luego pueden ser incorporados de nuevo al proceso productivo. Además, es un proceso con un balance energético nulo, ya que, el calentamiento del reactor puede producirse y mantenerse mediante los gases producidos en el proceso, lo cual hace de esta tecnología, si cabe, todavía más atractiva.

Figura 5. Planta piloto de pirólisis de Aimplas.

Durante el proyecto Economía Circular-3 se trabajó con diferentes residuos plásticos, mezclados y no mezclados, para obtener las mejores condiciones de operación y optimizar los productos resultantes en las tres fases (sólido, líquido y gas). Estas condiciones de operación son viables no solo técnicamente, también a nivel económico, por lo que el proceso es trasladable a la industria.

Es necesario seguir ahondando en cada uno de estos procesos para su transferencia a las empresas y su introducción al mercado. La circularidad es un aspecto clave para este sector y los materiales y productos plásticos deben ir alineados con esta estrategia.