Miglioramento del riciclo della plastica dai rifiuti di imballaggio
Plastica riciclata utilizzata nei filamenti per la stampa 3D
Ogni anno, in Germania, circa 5,6 milioni di tonnellate di imballaggi in plastica finiscono nei rifiuti domestici dopo essere stati utilizzati una sola volta. Ad oggi, meno di un terzo di essi può essere riciclato. In collaborazione con la Hochschule Bremen - City University of Applied Sciences, l'Istituto Fraunhofer per la tecnologia di produzione e i materiali avanzati IFAM mira a trasformare questi rifiuti in prodotti stampati in 3D di alta qualità.
I volumi di rifiuti in plastica sono in aumento, essendo circa triplicati in Germania negli ultimi 30 anni. I rifiuti di imballaggio, in particolare, sono uno dei principali responsabili di questo fenomeno. Se nel 1994 le famiglie tedesche producevano 2,1 milioni di tonnellate di rifiuti di plastica, nel 2023 la cifra sarebbe salita a 5,6 milioni. Per questo è ancora più importante trovare il modo di riciclare questi prodotti monouso, la maggior parte dei quali si basa sul petrolio grezzo.
"Ma è molto più difficile riciclare i rifiuti post-consumo che i residui di plastica lasciati dalla produzione industriale", spiega la dott.ssa Silke Eckardt, docente di sistemi energetici sostenibili ed efficienza delle risorse presso la Hochschule Bremen - City University of Applied Sciences (HSB). Dopotutto, questi materiali non sono solo altamente eterogenei, ma generalmente anche sporchi. Per chiudere il ciclo di produzione, tuttavia, l'HSB ha collaborato con i ricercatori del Fraunhofer IFAM per riciclare anche queste plastiche difficili da maneggiare provenienti dalle abitazioni private, per poi utilizzarle nella produzione additiva.
Plastica riciclata utilizzata nei filamenti per la stampa 3D
"Poiché i rifiuti devono essere riciclati per essere utilizzati nella stampa 3D, devono soddisfare requisiti molto severi per quanto riguarda aspetti quali la purezza, la forma e le dimensioni", spiega il Dr. Dirk Godlinski, project manager del gruppo di lavoro sulla tecnologia dei compositi presso il Fraunhofer IFAM.
A tal fine, il polipropilene prodotto da un impianto di selezione dei rifiuti di imballaggio è stato utilizzato in uno studio di fattibilità condotto da HSB e Fraunhofer IFAM.
Per garantire una purezza sufficiente, Eckardt e il suo team hanno trattato ulteriormente l'output dell'impianto di selezione: Presso i Laboratori per l'Economia Circolare dell'università, hanno macinato la plastica, l'hanno lavata e hanno separato il materiale indesiderato dal flusso principale utilizzando una separazione a galleggiante-sinistro. Il team ha utilizzato la tecnologia del vicino infrarosso per identificare i residui di plastica estranei
residui di plastica estranea e li ha successivamente rimossi. Successivamente, i ricercatori hanno macinato nuovamente il materiale fino a raggiungere la granulometria necessaria per il compounding e lo hanno essiccato. Questo metodo ha permesso di raggiungere livelli di purezza superiori al 99,8%.
Poi è subentrato il Fraunhofer IFAM: "Nel progetto abbiamo prodotto polipropilene omogeneo dai rifiuti preparati", spiega Godlinski. "Si tratta di una forma versatile di plastica, durevole, resistente alla rottura e relativamente flessibile".
Il ricercatore e il suo team hanno prodotto un filamento di plastica solido. Per prima cosa, hanno lavorato i fiocchi di polipropilene riciclato in un estrusore industriale presso il Fraunhofer IFAM. Il materiale è stato combinato, mescolato utilizzando diverse geometrie di vite dell'estrusore, quindi fuso a temperature superiori a 200 gradi Celsius ed estruso.
"L'esperienza consiste nel regolare con precisione le varie viti meccaniche, le temperature, le pressioni e le velocità lungo il processo di produzione, in modo che il prodotto finale sia un polipropilene omogeneo", spiega Godlinski. Per la successiva lavorazione nella stampa 3D, ad esempio, il filamento deve essere rotondo e di diametro costante per tutta la sua lunghezza, con una superficie liscia.
I ricercatori sono riusciti in questo intento: Il filamento di plastica grigio, spesso circa due millimetri, ha potuto essere utilizzato direttamente come filamento in una stampante 3D commerciale. A questo punto, Godlinski e il suo team hanno stampato con successo i primi componenti, compresi i tappi.
Questo segna la conclusione dello studio di fattibilità condotto da HSB e Fraunhofer IFAM. I ricercatori stanno ora ottimizzando il processo di produzione. Sono già state lanciate idee per progetti successivi. Godlinski osserva che le materie plastiche possono essere ulteriormente raffinate, ad esempio introducendo additivi come le fibre di vetro durante il compounding. In questo modo è possibile produrre anche componenti di alta qualità da utilizzare in settori come l'aviazione e l'industria automobilistica.
Anche le disposizioni di legge spingono ad aumentare la domanda di materiali riciclati: In base al regolamento UE sugli imballaggi e i rifiuti di imballaggio (PPWR), entro il 2030 gli imballaggi dovranno essere composti dal 10 al 35% di materiali riciclati, a seconda del tipo di plastica e del prodotto, esclusi i dispositivi medici e i prodotti farmaceutici. Il requisito per il 2035 va dal 25 al 65% di materiali riciclati.
"Aumentare la domanda di materiali riciclati è importante", afferma Eckardt con convinzione. "Soprattutto per quanto riguarda il cambiamento climatico, dobbiamo pensare all'efficienza delle risorse. L'economia circolare sta diventando sempre più importante". Godlinski è d'accordo: "Più rifiuti riutilizziamo e ricicliamo, più energia e risorse possiamo conservare".
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