Il passaggio globale dal settore petrolchimico al riciclaggio sostenibile della plastica guadagna slancio

Nella società moderna, la plastica è diventata un materiale onnipresente che permea quasi ogni aspetto della nostra vita. Dagli imballaggi alimentari e articoli per la casa all’elettronica, alle automobili, ai materiali da costruzione e ai dispositivi medici, la plastica è praticamente ovunque. Le sue caratteristiche di leggerezza, durevolezza, versatilità e basso costo hanno trasformato radicalmente il nostro modo di vivere, guidando lo sviluppo industriale e il progresso sociale. Tuttavia, l’uso diffuso della plastica ha anche creato un problema globale sempre più grave: l’inquinamento da plastica.

Ogni anno, milioni di tonnellate di rifiuti di plastica finiscono nei nostri oceani, fiumi e terreni, causando danni significativi agli ecosistemi. I rifiuti di plastica non solo intrappolano e soffocano la vita marina, ma si decompongono anche in microplastiche che entrano nella catena alimentare, mettendo a rischio la salute umana. Inoltre, la produzione di plastica consuma grandi quantità di energia e risorse, esacerbando il cambiamento climatico. Di fronte alla crescente crisi dovuta all’inquinamento da plastica, dobbiamo chiederci: quali sono esattamente le materie prime per la plastica? Come viene prodotto? Possiamo trovare soluzioni al dilemma della plastica?

Questo articolo esplorerà le origini della plastica, il suo processo di produzione, le sfide che presenta e le potenziali direzioni future, con l’obiettivo di fornire una comprensione completa di questo materiale esaminando al contempo i percorsi verso un uso sostenibile della plastica per un pianeta più pulito e più sano.

Il termine "plastica" deriva dalla parola greca "plastikos", che significa "capace di essere modellato". Scientificamente, la plastica è un materiale polimerico composto da molte unità monomeriche ripetitive collegate da legami chimici. La plastica possiede la caratteristica unica di essere modellabile in specifiche condizioni di temperatura e pressione pur mantenendo la sua forma dopo il raffreddamento. Questa plasticità consente alla plastica di essere modellata in varie forme e dimensioni per soddisfare diverse esigenze applicative.

Le materie plastiche sono disponibili in numerose varietà e possono essere classificate secondo diversi criteri:

• Per struttura chimica:
  • Termoplastici:Materie plastiche che possono essere ammorbidite e indurite ripetutamente entro un intervallo di temperature specifico. Offrono buona stampabilità e riciclabilità, inclusi polietilene (PE), polipropilene (PP), polivinilcloruro (PVC), polistirene (PS) e polietilene tereftalato (PET).
  • Materie plastiche termoindurenti:Materie plastiche che si induriscono permanentemente se riscaldate e non possono essere rifuse. Presentano maggiore robustezza, durezza e resistenza al calore, comprese le resine fenoliche, le resine epossidiche e i poliuretani.
• Per fonte:
  • Plastiche a base di petrolio:Prodotto da petrolio o gas naturale. Questi dominano le attuali applicazioni della plastica, ma creano una significativa pressione ambientale durante la produzione e lo smaltimento.
  • Plastica di origine biologica:Prodotto da biomasse rinnovabili (mais, canna da zucchero, cellulosa, ecc.). Questi offrono vantaggi rinnovabili e biodegradabili come alternative più ecologiche.
• Per applicazione:
  • Materie plastiche:Materie plastiche ad alto volume, a basso costo e ampiamente utilizzate come PE, PP e PVC.
  • Materie plastiche tecniche:Materie plastiche con proprietà meccaniche, resistenza al calore e resistenza chimica superiori, come policarbonato (PC), poliammide (PA) e poliossimetilene (POM).

Per decenni, il petrolio e il gas naturale sono stati le materie prime primarie per la produzione della plastica. Questi combustibili fossili subiscono processi complessi per trasformarsi nei familiari prodotti di plastica che usiamo quotidianamente. Le plastiche a base di petrolio, con le loro eccellenti prestazioni e il basso costo, hanno trovato ampia applicazione in tutti i settori, diventando componenti essenziali della produzione moderna.

La conversione del petrolio e del gas naturale in plastica prevede tipicamente queste fasi:

1. Raffinazione e Cracking:Il petrolio greggio e il gas naturale vengono raffinati per separare componenti come etano e propano. Attraverso il “cracking” questi vengono convertiti in etilene e propilene, monomeri fondamentali per la produzione della plastica. Questo processo chimico ad alta temperatura (750-900°C) rompe le molecole di idrocarburi in unità più piccole utilizzando catalizzatori per migliorare l'efficienza.
2. Polimerizzazione:Monomeri come etilene e propilene subiscono polimerizzazione con catalizzatori per formare molecole polimeriche a catena lunga. Diversi monomeri e metodi di polimerizzazione creano varie plastiche (PE, PP, ecc.). Le tecniche di polimerizzazione includono la polimerizzazione a radicali liberi, ionica e di coordinazione, ciascuna delle quali influisce sul peso molecolare, sulla distribuzione, sulla ramificazione e sulla stereoregolarità, tutte fondamentali per le proprietà della plastica.
3. Modifica ed elaborazione:I polimeri vengono spesso modificati con stabilizzanti (prevengono il degrado), plastificanti (aumentano la flessibilità) o coloranti. Elaborati attraverso metodi come lo stampaggio a iniezione, l'estrusione o il soffiaggio, diventano prodotti finali. Il polietilene (politene), comunemente utilizzato negli imballaggi, esemplifica questo processo con la sua flessibilità, resistenza chimica e proprietà isolanti, sebbene la sua infiammabilità, suscettibilità all’invecchiamento e scarsa degradabilità pongano sfide ambientali.

Oltre al petrolio e al gas naturale, anche il carbone e il sale costituiscono importanti materie prime plastiche, offrendo fonti alternative per ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e promuovere la diversificazione delle risorse.

Il carbone può essere gassificato o liquefatto in syngas, che attraverso processi chimici produce vari prodotti tra cui monomeri plastici. La gassificazione del carbone fa reagire il carbone con ossigeno/vapore ad alte temperature per produrre monossido di carbonio e gas di sintesi ricco di idrogeno, materia prima per metanolo, etanolo, etilene e propilene. La liquefazione del carbone converte direttamente o indirettamente il carbone in idrocarburi liquidi ad alta pressione e idrogeno.

Il sale (cloruro di sodio) subisce elettrolisi per produrre cloro, utilizzato nella sintesi di materie plastiche come il cloruro di polivinile (PVC). Il PVC offre un'eccellente resistenza chimica, isolamento e proprietà ignifughe per applicazioni edili, elettriche e di trasporto, sebbene la sua decomposizione ad alta temperatura rilasci gas tossici e la sua scarsa degradabilità crei preoccupazioni ambientali.

La cellulosa, il componente principale delle pareti cellulari delle piante, è un polimero naturale. La cellulosa lavorata o i suoi derivati ​​creano plastica cellulosica (bioplastica), offrendo vantaggi rinnovabili e biodegradabili rispetto alla plastica tradizionale a base di petrolio. Lo sviluppo di bioplastiche aiuta a ridurre la dipendenza dai combustibili fossili, a diminuire le emissioni di carbonio e a mitigare l’inquinamento causato dalla plastica.

La produzione di plastica a base di cellulosa prevede:

1. Acquisizione di materie prime:Principalmente da alberi di conifere (corteccia come fonte di energia), sebbene anche cotone, paglia e bagassa forniscano cellulosa.
2. Separazione della cellulosa:Il trattamento del legno nei digestori separa le fibre di cellulosa da altri componenti, producendo sottoprodotti come resina e lignina utilizzabili come combustibile o materie prime chimiche. I metodi di separazione comprendono processi chimici, fisici e biologici.
3. Modifica ed elaborazione:La cellulosa isolata subisce modifiche chimiche (esterificazione, eterificazione) per migliorare le proprietà prima di essere trasformata in prodotti tramite stampaggio a iniezione o estrusione. Queste modifiche migliorano le proprietà meccaniche, la resistenza all'acqua/al calore e la lavorabilità.

Rimangono sfide, tra cui costi più elevati, prestazioni inferiori e potenziale pressione sulle risorse forestali, che guidano la ricerca su nuove tecnologie di produzione e utilizzo dei rifiuti agricoli.

La polimerizzazione costituisce il nucleo della produzione della plastica, collegando piccoli monomeri in grandi catene polimeriche. Diversi metodi influenzano in modo significativo le proprietà plastiche attraverso il peso molecolare, la distribuzione, la ramificazione e la stereoregolarità.

Principali tipi di polimerizzazione:

• Polimerizzazione dei radicali liberi:Reazione a catena avviata dai radicali: condizioni blande, ampia applicabilità, ma difficile controllo del peso molecolare e ramificazione. Utilizzato per PE, PP, PVC.
• Polimerizzazione ionica:Reazione a catena avviata da ioni (cationi/anioni): peso molecolare e stereoregolarità controllati ma condizioni difficili e portata limitata. Utilizzato per poliisobutilene, POM.
• Polimerizzazione di coordinazione:Reazione a catena con catalizzatori metallici: alto peso molecolare, eccellente stereoregolarità, forte controllo, ma catalizzatori costosi e condizioni impegnative. Utilizzato per HDPE, PP.
• Policondensazione:Reazione di crescita graduale che rilascia piccole molecole (acqua, alcool): controllo del peso molecolare e reazioni collaterali semplici ed economiche ma impegnative. Utilizzato per poliesteri, poliammidi, poliuretani.

Per soddisfare le diverse esigenze applicative, i polimeri vengono modificati con stabilizzanti, plastificanti, coloranti, ecc., migliorando le proprietà meccaniche, la resistenza termica/chimica, la lavorabilità e l'aspetto.

Approcci di modifica comuni:

• Modifica fisica:Alterazione della struttura fisica tramite miscelazione (miscelazione di polimeri), riempimento (aggiunta di riempitivi inorganici/organici per resistenza/durezza) o rinforzo (fibre/fogli per resistenza/rigidità).
• Modificazione chimica:Modifica della struttura chimica tramite reticolazione (legami molecolari per resistenza termica/chimica), innesto (collegamento di monomeri per proprietà superficiali) o modifica del gruppo terminale (terminali funzionali per reattività/compatibilità).

Il compounding mescola polimeri, additivi e altri componenti in formulazioni plastiche su misura: un passaggio cruciale per soddisfare requisiti applicativi specifici.

La lavorazione trasforma i polimeri modificati in prodotti finali attraverso vari metodi:

• Stampaggio ad iniezione:Fusione della plastica in stampi per forme complesse, precise e di grandi volumi (custodie elettroniche, parti automobilistiche).
• Estrusione:Stampi di fusione per profili/film continui (tubi, lastre, cavi).
• Soffiaggio:Gonfiaggio di plastica fusa in stampi per oggetti cavi (contenitori, giocattoli, serbatoi di carburante).
• Calandratura:Rulli di pressatura per film/fogli lisci (imballaggi, pavimentazioni).
• Stampaggio a compressione:Riscaldamento/stampaggio in stampi per articoli complessi e di grandi dimensioni (interni auto, corpi elettrodomestici).
• Termoformatura:Riscaldamento delle lastre sugli stampi tramite vuoto/pressione per articoli ad alto volume (imballaggi, vassoi).

L’inquinamento da plastica è diventato una crisi ambientale globale che minaccia gli ecosistemi e la salute umana:

• Inquinamento marino:Milioni di tonnellate ogni anno di rifiuti di plastica imprigionano la vita marina, entrano nella catena alimentare come microplastiche e richiedono soluzioni internazionali.
• Inquinamento del suolo:I rifiuti accumulati hanno un impatto sul paesaggio, contaminano il suolo e l’acqua attraverso sostanze chimiche lisciviate e generano vettori di malattie.
• Inquinamento atmosferico:L’incenerimento rilascia gas tossici (diossine) e CO2, danneggiando la salute e accelerando il cambiamento climatico.

La plastica a base di petrolio fa affidamento su combustibili fossili limitati: la diminuzione delle risorse aumenterà i costi di produzione e gli impatti economici mentre l’estrazione/lavorazione danneggia ulteriormente l’ambiente e peggiora il cambiamento climatico.

La maggior parte delle plastiche derivanti dal petrolio mostrano un’estrema stabilità, richiedendo decenni o secoli per degradarsi naturalmente: una minaccia a lungo termine che occupa il territorio e compromette la qualità del suolo e dell’acqua.

Le soluzioni fondamentali iniziano dalla riduzione dei consumi:

• Adottare alternative riutilizzabili (sacchetti, bottiglie, utensili)
• Scegli prodotti ecologici (articoli in bambù/legno)
• Rifiutare imballaggi eccessivi
• Partecipare ad iniziative ambientali

Sistemi e tecnologie di riciclaggio migliorati sono vitali:

• Sviluppare un'infrastruttura di raccolta completa
• Aumentare la consapevolezza/partecipazione del pubblico
• Promuovere metodi di riciclaggio efficienti

L’innovazione nei materiali biodegradabili offre promesse:

• Intensificare la ricerca e sviluppo per bioplastiche economicamente vantaggiose
• Promuovere l'adozione commerciale
• Stabilire standard rigorosi

La chiusura dell'anello di plastica richiede:

• Riciclo chimico in monomeri/materie prime
• Recupero energetico da materiali non riciclabili
• Rielaborazione in prodotti riciclati

Una governance solida garantisce pratiche sostenibili:

• Legislazione completa
• Applicazione rigorosa contro le violazioni
• Meccanismi di vigilanza efficienti

Essendo un materiale moderno indispensabile, la plastica offre enormi vantaggi creando allo stesso tempo pressioni ambientali. Raggiungere la sostenibilità della plastica richiede approcci sfaccettati: riduzione dei consumi, miglioramento del riciclaggio, alternative innovative, progresso delle tecnologie circolari e attuazione di politiche forti. Le nostre azioni collettive determineranno se la plastica rimarrà una passività o si trasformerà in una risorsa ambientale. Il futuro della plastica è nelle nostre mani: insieme possiamo salvaguardare la nostra casa planetaria.