L’inquinamento da plastica è un problema globale che continua a crescere. Ogni anno vengono prodotti oltre 400 milioni di tonnellate di plastica e ogni anno i produttori ne producono più dell’anno precedente. Nonostante l’elevato valore energetico e di carbonio della plastica e gli ingenti investimenti per la creazione di questi materiali versatili, la maggior parte della plastica non viene mai riciclata (meno del 10% della plastica viene effettivamente riciclata). La percentuale di plastica non riciclata si accumula nelle discariche, si raccoglie ai lati delle strade e lungo le spiagge. Un gruppo interdisciplinare di scienziati, guidati dai ricercatori dei Laboratori Nazionali di Ames e Argonne del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE), si è unito per sviluppare nuovi modi per riciclare chimicamente la plastica e trasformarla in prodotti più preziosi, seguendo un processo chiamato upcycling.

“All’iCOUP stiamo sviluppando la scienza necessaria per far progredire le tecnologie che possono risolvere il problema dell’accumulo dei rifiuti di plastica”. – Aaron Sadow, direttore dell’Istituto per l’upcycling cooperativo delle materie plastiche (iCOUP)

Questo sforzo è guidato dall’Institute for the Cooperative Upcycling of Plastics (iCOUP), un centro di ricerca di frontiera energetica dell’Office of Science del DOE. iCOUP riunisce chimici e scienziati dei materiali dei laboratori nazionali e delle università di tutto il Paese. Il loro obiettivo è sviluppare i percorsi chimici che consentiranno alle aziende di trasformare i rifiuti di plastica in prodotti di valore.

Il problema è che è difficile dare nuova vita alla plastica

La verità è che la plastica è difficile da riciclare perchè è composta da lunghe catene di molecole chiamate polimeri. Queste catene di polimeri rendono la plastica forte e durevole, ma una volta che le catene si rompono, sono molto difficili da ricomporre. La fusione e il rimodellamento durante il riciclaggio tendono a rompere alcune catene, producendo plastica di qualità inferiore rispetto al materiale originale. Inoltre, la maggior parte delle plastiche è prodotta con prodotti petrolchimici poco costosi e il costo di produzione di nuove plastiche è inferiore al costo di riciclaggio. Le plastiche sono anche progettate per essere durevoli, per cui un pezzo di plastica può impiegare più di 1.000 anni per decomporsi in una discarica.

Ma cosa succederebbe se la plastica non finisse mai in discarica?

“All’iCOUP stiamo sviluppando la scienza necessaria per far progredire le tecnologie che possono affrontare il problema dell’accumulo dei rifiuti plastici”, ha dichiarato Aaron Sadow, direttore dell’iCOUP e chimico dell’Ames Lab. Se il progetto avrà successo, potremo sviluppare un ciclo del carbonio che lo riutilizzi sotto forma di altri prodotti chimici e materiali”. In definitiva, questo potrebbe rendere la plastica parte di un’economia circolare, in cui la plastica non viene mai mandata in discarica.

Il team di iCOUP sta sviluppando nuovi metodi di riciclaggio chimico per produrre materiali plastici sostenibili e di alta qualità e trasformare la plastica in prodotti chimici di valore, come lubrificanti e tensioattivi, che riducono la tensione superficiale di un liquido. La loro visione audace ha recentemente portato a una serie di successi.

Il team sta sviluppando modi per prendere le grandi molecole che compongono la plastica e convertirle selettivamente in sostanze chimiche vendibili. Negli ultimi mesi, il gruppo di ricerca ha pubblicato diversi articoli scientifici sui vari approcci al problema. Il team iCOUP ha sviluppato un metodo per scomporre la plastica e trasformarla in un nuovo polimero biodegradabile più facile da riciclare. Il nuovo metodo di riciclaggio chimico ha creato prodotti in plastica di qualità simile a quella dei rifiuti plastici. Non solo, ma questo processo ha permesso di riciclare ripetutamente la plastica senza deteriorarne la qualità.
Il team di iCOUP ha sviluppato un nuovo catalizzatore a base di zirconia per separare i polimeri nei rifiuti plastici. Gli attuali catalizzatori si basano su costosi metalli delle terre rare, come il platino. La zirconia è un’alternativa efficace, relativamente economica e abbondante. Sospendendo nanoparticelle di zirconia ultrasottili nella silice, gli scienziati sono riusciti a separare i lunghi polimeri di plastica a intervalli specifici, creando nuovi prodotti chimici di alto valore a basso costo.

Creare prodotti di valore dai rifiuti di plastica

Il team iCOUP ha sviluppato un modo più efficiente per produrre un determinato catalizzatore che trasforma i rifiuti plastici in un lubrificante. Il catalizzatore è molto efficace, ma difficile da produrre. Il gruppo iCOUP ha scoperto che è possibile utilizzare una tecnica chimica più semplice e meno costosa per produrre grandi quantità di catalizzatore, in modo da poterlo utilizzare in applicazioni commerciali.
Più di recente, ha trovato un modo per aggiungere funzionalità ai polimeri di plastica una volta che questi sono stati smembrati. Questo processo ha comportato la modifica chimica dei rifiuti plastici in modo da poterli utilizzare in prodotti di maggior valore, come tensioattivi o emulsionanti, che aiutano a mantenere mescolati due liquidi. Mentre il team di iCOUP continua a sviluppare nuovi modi per riciclare la plastica, tiene sempre un occhio di riguardo per il passo successivo: portare la tecnologia sul mercato. Hanno già iniziato a lavorare con aziende, tra cui Chevron Philips e una startup lanciata dagli ex post-doc di iCOUP, per commercializzare le loro tecnologie. “Il nostro obiettivo ora è creare un prodotto che le aziende possano utilizzare in modo da ottenere un profitto”, ha detto Magali Ferrandon, chimico di Argonne e parte del team iCOUP.