de tratamiento y valorización 1

Transcripción

1 Residuos plásticos: técnicas t de tratamiento y valorización Rafael García a Muñoz Profesor Titular URJC DTQA de tratamiento y valorización 1

2 Plásticos en la actualidad Parte fundamental en el desarrollo sostenible Forman parte del estilo de vida actual: embalajes, componentes de automóviles, teléfonos móviles, m comunicaciones, materiales aislantes en la construcción, n, equipos médicos, m juguetes, tuberías as. Sin plásticos se incrementarían an por 4 los materiales alternativos a utilizar, por un factor de 2 las emisiones de gases de efecto invernadero, los costos por un factor de 2, la energía a por un factor de 1.6 y los residuos por un factor de 1,6 en volumen. GRAN EXITO de tratamiento y valorización 2

3 Plásticos en la actualidad Su baja densidad les convierte en materiales ligeros. Tienen unas excelentes propiedades aislantes, tanto térmica como eléctricas. Pueden ser conductores de electricidad cuando se requiere. Son resistentes a la corrosión y al ataque de diversas sustancias. Pueden ser transparentes, útiles para equipos ópticos. Fácilmente moldeables en variadas formas. Se pueden reforzar con cargas inorgánicas, agentes de moldeo, retardantes de llama, plastificantes, etc. Facturación: 280 billones Empleados: 1,6 millones de tratamiento y valorización 3

4 Generación n de residuos plásticos por sectores en Europa Occidental (2003) Distribución 20% RSU 66% Automóvil 5% Construcción 3% Electricoelectrónico 4% Agricultura 2% TOTAL CONSUMO PLÁSTICOS: 53,5 mill.. ton. TOTAL RESIDUOS PLÁSTICOS: 22,0 mill.. ton. de tratamiento y valorización 4

5 Composición n media de los RSU Paper / cardboard 25% Glass 9% Plastics 9% Metals 4% Organics 35% Others 18% Plásticos: 9% en peso, 20% en volumen de tratamiento y valorización 5

6 Distribución n de plásticos en los RSU PET 8,1% Otros 9,2% LDPE 22,7% PVC 10,7% PS 11,9% PP 19,6% HDPE 17,8% PORCENTAJE DE POLIOLEFINAS + PS = 71,4 % de tratamiento y valorización 6

7 Ciclo de vida de los plásticos en Europa (2005) Vertederos 11,6 m ton. (53%) Exportación Exportación Producción Plásticos 57,5 m ton. Convertidor demanda 47,5 m ton. Mercado Productos - 40% vida corta - 60% vida larga Residuos Plasticos 22 m ton. Importación E/E 8% Automoción 8% Importación Construcción 20% Valorización 10,4 m ton. (47%) Otros 28% Embalaje 36% de tratamiento y valorización 7

8 Gestión n de residuos plásticos en Europa (2005) Disposal 53% Energy Recovery 29% Feedstock Recycling 2% Mechanical Recycling 16% Total de residuos plásticos generados: 22 millones de toneladas de tratamiento y valorización 8

9 Evolución n en la gestión n de residuos plásticos en Europa Fuente: APME EVOLUCION AÑOS A MR (+130%), ER (+130%), FR (+36%) de tratamiento y valorización 9

10 Tendencias en la generación n y acumulación en vertederos de los residuos plásticos Residuos plásticos Vertederos Fuente: APME Se ha producido un desacoplamiento entre la generación y la acumulación en vertederos de tratamiento y valorización 10

11 Impacto ambiental de los residuos plásticos Baja densidad RSU: 10% en peso < > 22% en volumen Fuerte impacto visual Presencia de una amplia variedad de aditivos Presencia de Cl (PVC), metales pesados y sustancias tóxicas PVC: - 56 % en peso Cl - Baja estabilidad térmica: liberación de HCl a T > 200 C - Incorpora una gran variedad de aditivos y plastificantes de tratamiento y valorización 11

12 Gestión n integral de los residuos plásticos 1.- REDUCCIÓN EN ORIGEN 2.- REUTILIZACIÓN 3.- VERTIDO CONTROLADO 4.- INCINERACIÓN CON RECUPERACIÓN DE ENERGÍA 5.- RECICLADO MECÁNICO Y/O QUÍMICO ELECCIÓN: Criterios Económico - Sociales NO EXISTE SOLUCIÓN ÚNICA NI UNIVERSAL: Combinación n de alternativas de tratamiento y valorización 12

13 Reducción n en origen Bolsas de supermercado (LDPE) 23 g (1970) 6,5 g (1990); 70% reducción Envases de yogur (PS) 6,5 g (1970) 3,5 g (1990); 45% reducción Botellas de bebidas carbónicas (PET) 66 g (1970) 42 g (1990); 35% reducción Botella de leche (HDPE) 95 g (1970) 60 g (1990); 32% reducción Plásticos en envases y embalajes: reducción del 28% en el peso medio en los últimos 10 años de tratamiento y valorización 13

14 Reutilización El objeto usado se vuelve a utilizar como tal objeto con la misma o similar aplicación. No confundir con el reciclado: se recupera y se vuelve a utilizar el material contenido en el objeto para fabricar otros que pueden tener aplicaciones muy diferentes. La reutilización de objetos plásticos se aplica a aquéllos que poseen una mayor durabilidad: cajas, contenedores, etc. En los últimos años se ha producido un aumento notable en la reutilización de objetos plásticos en el sector de alimentación y en medicina. de tratamiento y valorización 14

15 Vertido controlado (53%) Escasez paulatina de espacio para la implantación n de nuevos vertederos. En plásticos: Volumen/peso = Polución n visual. En las condiciones reinantes en los vertederos modernos, incluso los materiales considerados habitualmente como degradables, apenas se deterioran. Los residuos plásticos depositados en vertederos, se mantienen inalterados durante décadas. d Riesgos de explosiones por acumulación n de biogás. Posible contaminación n de las aguas subterráneas por los lixiviados. Desarrollo reciente de nuevos tipos de plásticos, que se degradan por la acción n de la luz y/o de microorganismos. de tratamiento y valorización 15

16 Incineración n con recuperación n de energía a (29%) Elevado poder calorífico de los plásticos: incremento de la producción n de calor o energía a eléctrica. HDPE/LDPE/PP: 45 GJ/t; Carbón: 26 GJ/t Combustión n más m s eficaz: menor formación n de CO. No se ha observado un incremento apreciable de los contaminantes en los gases de chimenea, siempre y cuando la planta incineradora incluya métodos m de tratamiento y limpieza de los mismos. de tratamiento y valorización 16

17 Incineración n con recuperación n de energía No existe unanimidad sobre la posible existencia de una relación n de causa efecto entre la presencia de PVC y la formación n de dioxinas. Es necesario reajustar la capacidad de tratamiento de la planta incineradora respecto de la de diseño. Puede afectar negativamente al reciclado. Grado de utilización n muy variable según n países: Suiza: 69,3%; Irlanda: 0,5%; España: a: 12,7% Construcción n de nuevas incineradoras Rechazo de tratamiento y valorización 17

18 Directiva Europea sobre residuos plásticos - Entrada en vigor en 1994 con el horizonte de Ley de Residuos de Envases y Embalajes, España (1997) 15 % de reciclado mínimo por materiales - Objetivos cumplidos en 2001 en la mayor parte de países (excepciones: Portugal, Grecia e Irlanda) - Previsible nuevo objetivo para : min. 22,5% Packaging and Packaging Waste Directive (94/62/EC) Porcentajes mínimos de reciclado de plásticos: 15% (2001), 22.5% (2008) End-of-Life Vehicles Directive (2000/53/EC) Objetivos globales de reciclado y reutilización: 80% (2006), 95% (2015) Waste Electrical and Electronic Equipment Directive (2002/96/EC) Objetivo global de recuperación: wt% por categoría de producto de tratamiento y valorización 18

19 Reciclado de residuos plásticos NECESARIO DESARROLLAR TÉCNICAS T DE RECICLADO - Productos con mercado - Precio productos reciclados competitivo Reciclado Mecánico Reciclado Químico (16%) (2%) de tratamiento y valorización 19

20 Reciclado de plásticos VENTAJAS Aprovechamiento de materiales cuyo valor comercial es nulo o muy reducido Menor consumo de materias primas, contribuyendo al ahorro y conservación de los recursos materiales Disminución n del impacto ambiental de los residuos Reducción n de depósitos en vertederos, lo que prolonga su vida útil Creación n de infraestructura industrial y comercial en torno a los residuos INCONVENIENTES Necesidad de desviar materiales reciclables de la corriente de residuos Necesidad de clasificar selectivamente los residuos Necesidad de un mercado para materiales reciclados Incremento de costes para compensar la gestión n de los residuos de tratamiento y valorización 20

21 Reciclado Mecánico de plásticos Plastic waste Shredder Vibrating ring section Cone press Stationary cone Pin mill Coating Screen changer Pelletizer Extruder Recycled resin Fuente: APME de tratamiento y valorización 21

22 Propiedades de los plásticos reciclados Indice de fluidez de PP multiprocesado Fuente: APME de tratamiento y valorización 22

23 Propiedades de los plásticos reciclados Evolución n de la deformación n a rotura de HIPS después s de nueve ciclos de extrusiones Fuente: APME de tratamiento y valorización 23

24 Separación n de residuos plásticos Clave de los procesos de reciclado: PUREZA DE LOS RESIDUOS PLÁSTICOS Eliminación de otros residuos y separación de los materiales plásticos por polímeros Desarrollo de métodos para la separación de plásticos: manual, flotación, disolución, espectroscópicos de tratamiento y valorización 24

25 Códigos para la identificación de tipos de plásticos PET HDPE PVC LDPE PP PS Otros de tratamiento y valorización 25

26 Reciclado químico de residuos plásticos Los plásticos se transforman en productos no plásticos, lo que implica la ruptura de las cadenas poliméricas Tipos de productos: Monómeros Materias primas químicas Productos con aplicaciones comerciales Combustibles de tratamiento y valorización 26

27 Comparación n entre el reciclado químico y el reciclado mecánico de residuos plásticos Los productos obtenidos en el reciclado químico poseen propiedades similares a las de los derivados de recursos naturales, mientras que el reciclado mecánico conduce habitualmente a plásticos de menor calidad que los vírgenes. v Dentro del reciclado químico se incluyen una amplia variedad de procesos y tratamientos: versatilidad. Con frecuencia el reciclado químico se puede aplicar a mezclas de polímeros o incluso de plásticos con otros residuos. El reciclado químico requiere de instalaciones más m s complejas y de mayor coste que el reciclado mecánico: economía a de escala. Presencia de PVC: también n es una limitación n importante en el reciclado químico, lo que conlleva la necesidad de llevar a cabo etapas de separación n del PVC o de deshidrocloración. de tratamiento y valorización 27

28 Reciclado químico de plásticos Residuos Plásticos DESPOLIMERIZA- CIÓN QUÍMICA GASIFICACIÓN DESCOMPOSICIÓN TÉRMICA CRAQUEO Y REFORMADO CATALÍTICO HIDROGENACIÓN Hidrólisis Glicolisis Metanolisis O 2 / (H 2 O) V T>1000ºC ºC ºC H ºC Monómeros CO + H 2 Hidrocarburos G -L Hidrocarburos G -L Hidrocarburos L PRODUCTOS DE IGUAL CALIDAD QUE LOS FABRICADOS MEDIANTE PROCEDIMIENTOS CONVENCIONALES de tratamiento y valorización 28

29 Despolimerización química Los plásticos se transforman en monómeros, meros, habitualmente llevando a cabo el proceso inverso a la reacción n de polimerización n mediante reacción n de la cadenas poliméricas con un agente químico. Tipos en función n del agente químico: - Metanolisis - Glicólisis lisis - Hidrólisis - Amonolisis - Aminolisis Los monómeros meros obtenidos se utilizan en la fabricación n de nuevos polímeros con propiedades similares a los vírgenes. v La principal limitación n es que prácticamente sólo s se aplican a los polímeros de condensación: n: Poliésteres, poliamidas, poliacetales y policarbonatos Requieren una pureza elevada del residuo plástico de partida. Sistema PETCORE Proceso Eastman (ECC) de tratamiento y valorización 29

30 Gasificación n de residuos plásticos Los plásticos se transforman en gas de síntesis s (CO + H 2 ) por tratamiento en una atmósfera parcialmente oxidante (O 2, aire, vapor de agua o mezclas). El proceso tiene lugar a elevada temperatura ( ºC) ) y a presión n (10-60 atm). El gas de síntesis s producido se puede utilizar como combustible o como materia prima (producción n de metanol, amoniaco, gasóleos leos ) Se puede aplicar a mezclas de polímeros o incluso a mezclas de plásticos con otros residuos y materiales orgánicos. de tratamiento y valorización 30

31 Proceso SVZ de gasificación n de residuos plásticos Oxidación parcial con vapor y oxígeno para formar CO + H 2 Se aplica a plásticos procedentes de RSU y vehículos fuera de uso Varias plantas en Alemania para producir metanol a partir del gas de síntesis ton/año Fuente: APME de tratamiento y valorización 31

32 Craqueo térmico t de residuos plásticos Los plásticos se transforman por degradación n térmica t en una atmósfera inerte (ausencia de O2). O Se pueden utilizar mezclas de polímeros. Es un proceso sencillo pero conduce a una distribución n muy amplia de productos con un valor comercial limitado. Fuente: APME de tratamiento y valorización 32

33 Craqueo térmico t de residuos plásticos Fuente: BP BP: Polymer Cracking Process, Grangemouth (UK) Recicla HDPE, LDPE, PP, PS ton/año de tratamiento y valorización 33

34 Craqueo catalítico tico de residuos plásticos El craqueo catalítico tico tiene lugar a menor temperatura. La conversión n catalítica tica conduce a una distribución n más m estrecha de productos. La selectividad hacia los productos de interés s se puede modificar y controlar seleccionando el catalizador más m adecuado en cada caso: Olefinas, aromáticos, gasolina, gasóleo, ceras El catalizador se puede desactivar en presencia de determinados polímeros (PVC) así como de impurezas en el residuo plástico. de tratamiento y valorización 34

35 Craqueo catalítico tico de residuos plásticos Catalizadores Arcillas pilareadas Sílice-alúmina amorfa Sólidos superácidos Metales, habitualmente soportados en carbones activos Zeolitas Sólidos mesoporosos ordenados de tratamiento y valorización 35

36 MCounts C 10 C 15 C 20 RIC all py800ldpealc sms minutes Scans C 30 C Benzene (6.62 min) 2. Toluene (9.94 min) 3. Ethyl benzene (12.96 min) 4. o, m, p- xylene ( min) 5. Styrene (13.91 min) 6. Propyl benzene (15.77 min) 7. 1 ethyl 2 methyl benzene 1 ethyl 3 methyl benzene ( min) 1 ethyl 4 methyl benzene 8. 1,2,3 trimethyl benzene (16.85 min) 9. Naphthalene (22.01 min) C 10 C15 C20 9 Comparación n de la distribución n de productos en la degradación n térmica t y catalítica tica Análisis de GC de los productos procedentes del craqueo térmico del LDPE Análisis de GC de los productos procedentes del craqueo catálitico de LDPE, usando Al-MCM-41 como catalizador de tratamiento y valorización 36

37 Craqueo catalítico tico de residuos plásticos Reactor de tornillo (continuo) Reactor tipo tanque agitado (discontinuo) de tratamiento y valorización 37

38 Conclusiones El reciclado es una pieza fundamental, pero no única, en un sistema de gestión n integral de gestión n de residuos plásticos. La clave del éxito de los programas de reciclado reside en la colaboración n ciudadana y el compromiso firme de las administraciones locales. La viabilidad económica de los procesos de recuperación n y reciclado de residuos plásticos depende de una gestión n selectiva de los diferentes tipos de polímeros. Es imprescindible una mejora de los sistemas automáticos ticos de separación de residuos plásticos. Es necesario el desarrollo de procesos alternativos de reciclado químico que puedan resultar complementarios del reciclado mecánico. La mayor parte de los procesos de reciclado químico han estado limitados por factores económicos, aunque esta situación n está cambiando con precios del petróleo del orden de 100$/barril. de tratamiento y valorización 38