RECICOM-PLASVALOR: Desarrollo y modelado de procesos avanzados para valorización de plásticos complejos y compostables

Contexto

La Unión Europea ha puesto el foco en disminuir la contaminación por plásticos mediante medidas establecidas en su Plan de Acción hacia una Economía Circular (2015), la Estrategia de Plásticos (2018) o la Directiva (UE) 2019/904. Esta tendencia creciente en Europa se aprecia en esta última directiva, que establece que en 2025 las botellas de PET incorporen un 25% de material reciclado, y en 2030 un 30%, extendiéndose a botellas fabricadas con otros polímeros. En línea con este punto se encuentra el Green Deal, que establece la introducción paulatina de materiales reciclados para su contacto con alimentos (no solo el tereftalato de polietileno, PET).

De esta manera, la Unión Europea está focalizando su atención no solo en la prevención de los residuos, sino también en su reciclado, de forma que se pueda cerrar el ciclo y se produzca la transición hacia una economía circular.

Para dar solución a esta situación, la Estrategia Europea de Plásticos estipula que el 100% de los envases comercializados deberán ser reutilizables, reciclables o compostables en 2030, así mismo la directiva 2018/852 establece un aumento paulatino de las tasas de reciclado, con el 70% de envases de los cuales el 55% debe ser plástico. Por todo ello y debido a la baja tasa de reutilización y reciclabilidad de envases, surge la necesidad de encontrar soluciones y desarrollos que permitan la valorización de los residuos, de manera que sean reintroducidos en la cadena de valor.

Por este motivo, se hace necesario trabajar en nuevas líneas de actuación sobre distintos procesos relacionados con el fin de vida de los envases, que permitan a la industria afrontar los nuevos retos de uso de material plástico reciclado, su uso seguro y la valorización alternativa para otros plásticos como los compostables.

Resumen y objetivos

El objetivo general de RECICOM-PLASVALOR consiste en la investigación y desarrollo de nuevas tecnologías de valorización de plásticos complejos y compostables, en especial aquellos envases que actualmente no se recuperan y reciclan por su dificultad técnica.

Para alcanzar este objetivo general, se plantean los siguientes objetivos específicos:

1. Degradación enzimática de materiales de envase no reciclados (poliamida y poliestireno): La degradación enzimática o microbiana de plásticos con el objetivo de reducir su toxicidad al depositarlos en vertedero o el reciclado de estos ha demostrado ser una herramienta eficaz. Gran parte de los esfuerzos se han centrado en plásticos tipo poliéster como PLA (ácido poliláctico) y, sobre todo, PET. Como consecuencia, hay poca información relativa al aislamiento e identificación de enzimas capaces de degradar otros plásticos de envase no reciclados en la actualidad como las poliamidas (PA) o el poliestireno (PS), cuya estructura química diferente dificulta su degradación, motivo por el cual acaban en el suelo del vertedero por largos periodos de tiempo. Por ello, en este proyecto se acometerán las siguientes tareas:

• Aislamiento y caracterización de al menos tres enzimas con potencial para el proceso de reciclado enzimático de PS y PA.
• Aumentar la eficiencia de despolimerización.
• Obtención de al menos dos productos de despolimerización (monómeros y/o oligómeros), procesables para aplicaciones de alto valor añadido.

2. Procesos de deslaminado de estructuras multicapas vía disolución selectiva y solvólisis (despolimerización): En la actualizad existen procesos de deslaminado, pero no son aplicables a la amplia heterogeneidad de residuos de envase multicapa. Con la ejecución del proyecto RECICOM-PLASVALOR, se espera desarrollar un proceso menos agresivo, que permita el deslaminado de las estructuras multicapa y la recuperación de los sustratos para que estos puedan ser empleados en aplicaciones de alto valor añadido. Por ello, se abordarán:

• Disolución selectiva y precipitación: sustratos minoritarios (polietileno y polipropileno) con una pureza mayor del 95% y sin trazas de disolventes.
• Despolimerización vía solvólisis: Recuperación de monómeros y/o oligómeros de poliésteres y poliamidas (PET, poliuretano y PA) con pureza mayor del 90%, para poder ser empleados en aplicaciones de alto valor añadido.
• Desarrollo de procesos para la recuperación y purificación de los productos obtenidos en cada ruta.

3. Optimización del procesado de plásticos posconsumo para la eliminación de contaminantes: En la actualidad no existen procesos implantados que permitan la descontaminación para aplicaciones de alto valor añadido (ej. alimentación o cosmética), de fracciones postconsumo como poliolefinas. Adicionalmente, la eliminación de olores en el plástico reciclado sigue siendo un reto para la industria, especialmente para aquellos residuos procedentes de residuos sólidos urbanos. Por este motivo, se acometerán:

• Desarrollo de procesos de extracción para la eliminación de compuestos causantes de olor (reducción de compuestos volátiles y semivolátiles  (mayor del 85%).
• Optimización de las variables de procesado para la eliminación de contaminantes (volátiles, semivolátiles y no volátiles) en plásticos de origen posconsumo (eliminación de contaminantes mayor del 95%).

4.  Modelaje y aceleración del proceso de validación para Homecompost: Los procesos de home composting sobre materiales poliméricos están cada vez más demandados por parte de las empresas. El modelo actual tiene como principal inconveniente su larga duración (1 año), por lo que se diseñará un modelo acelerado, que permitirá disminuir los tiempos de espera en aquellos materiales que no se ajusten y disminuir los costes del proceso. Se realizarán las siguientes tareas:

• Identificación y aislamiento de microorganismos candidatos y representativos del proceso de home-composting.
• Desarrollo de proceso de home-composting acelerado en medio líquido, reduciendo los tiempos un 60%.
• Metodología para la preevaluación del compostaje basada en la aceleración de las condiciones de validación Home compost.

Resultados

Línea 1- Degradación enzimática de materiales de envase de poliamida (PA) y poliestireno (PS):

El proceso ha consistido en el uso de microorganismos que utilizan el PS o la PA como fuente de carbono, logrando degradar estos materiales y permitiendo la obtención de los monómeros que los componen (estireno, en el caso del poliestireno, y ácido adípico y hexametilendiamina, en el caso de las poliamidas).

Se han identificado las enzimas capaces de degradar las PA (una proteasa) y los PS (una lipasa/esterasa) y, en la actualidad, se están realizando ensayos para cuantificar los monómeros obtenidos de la despolimerización mediante técnicas cromatográficas.

Línea 2- Desarrollo de procesos de deslaminado de estructuras multicapa de envases de PET/PE  (polietilenotereftalato /polietileno):  Se han seguido dos aproximaciones diferentes.

• Procesos de disolución selectiva con el fin de degradar las capas intermedias presentes en la estructura de los envases (ej. adhesivo, capa barrera o tinta). Gracias al proceso desarrollado por ITENE se consigue la recuperación de los sustratos que componen las estructuras multicapa (PE y PET) con una alta calidad.
• Procesos de despolimerización por solvólisis de la capa de PET, con la que se ha conseguido mediante el desarrollo de dos vías de despolimerización diferentes la obtención de los monómeros que componen este polímero, ácido tereftálico (TPA) en el caso de la hidrólisis, y tereftalato de bis(2-hidroxietileno) (BHET) en el de la glicólisis. Monómeros que, una vez purificados, pueden utilizarse posteriormente en la polimerización de nuevo PET.

Línea 3-Valorización de residuos posconsumo para su utilización en aplicaciones de alto valor añadido:

Se han utilizado procesos de disolución selectiva que eliminan los contaminantes presentes en estos residuos mediante la extracción de compuestos causantes de mal olor. Para ello, se han desarrollado procesos de extracción de estas sustancias contaminantes, empleando para este fin fluidos y disolventes tanto en fase vapor como en condiciones supercríticas. Tras la experimentación con este tipo de procesos, se han realizado análisis de contaminantes y se han evaluado las propiedades finales (físico-mecánicas, térmicas y fluidez entre otras) de los materiales tratados provenientes de residuo posconsumo para identificar las condiciones óptimas en la eliminación de contaminantes. Estos desarrollos tecnológicos se han evaluada no solo a nivel cuantificado mediante análisis de laboratorio, sino también mediante catas de olores para valorar la percepción del usuario ante posibles productos con material poliolefínico reciclado.

Línea 4- Identificación y aislamiento de microrganismos representativos del proceso de home composting en materiales plásticos:

Se ha desarrollado una metodología preliminar que permite acelerar los tiempos actuales del proceso de home compost (1 año) y reduce los costes asociados a la espera.

Sesiones de transferencia tecnológica

Start Tech Session

Además, se aportaron soluciones que contribuyen a la reducción de costes y los tiempos de ensayo a la hora de preevaluar el Home Compost en envases fabricados con bio-polímeros a través de nuevos procesos acelerados. Por último, se transfirió el conocimiento adquirido por ITENE en el marco del proyecto Recicom-Plasvalor, informando de los resultados obtenidos en las diferentes líneas para maximizar la valorización de plásticos complejos y compostables.