Nuevas oportunidades del polietileno reciclado para la transición hacia una economía circular
- Autores: R. Juan
- Directores de la Tesis: Carlos Dominguez Vizcaya (dir. tes.), Rafael Ángel García Muñoz (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Rey Juan Carlos ( España ) en 2022
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Rafael van Grieken Salvador (presid.), Patricia Pizarro de Oro (secret.), José Manuel Torralba Castelló (voc.), Miguel Angel Gilarranz Redondo (voc.), Juan Francisco Vega Borrego (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Tecnologías Industriales: Química, Ambiental, Energética, Electrónica, Mecánica y de los Materiales por la Universidad Rey Juan Carlos
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
Actualmente, la contaminación provocada por materiales plásticos supone uno de los mayores desafíos a los que se enfrenta la sociedad, principalmente por la acumulación de residuos derivados de productos plásticos en vertederos y océanos, con las consecuencias negativas que esto provoca sobre los ecosistemas terrestres y marinos. Además, los volúmenes de residuos poliméricos generados anualmente no dejan de aumentar, ya que la mayoría provienen de productos plásticos de un solo uso, los cuales tienen una vida útil muy corta.
Frente a esta problemática social y económica, se han desarrollado planes de acción para tratar de combatir y reducir los residuos plásticos, incidiendo en el desarrollo de una Economía Circular en el sector de los plásticos. Dentro de la estrategia europea para plásticos en el marco de la Economía Circular, aprobada en el año 2018, se destacan algunos aspectos clave para alcanzar este fin en el futuro, como son la reducción de desechos plásticos, principalmente en entornos marinos, además de la mejora de la calidad del material reciclado y la búsqueda de nuevos sectores donde poder utilizar estos materiales, unido a un diseño de productos que facilite tanto la incorporación de material reciclado como su reciclabilidad una vez finalizada su vida útil.
Así, esta tesis doctoral, desarrollada en el Laboratorio de Tecnología de Polímeros (LATEP) del Grupo de Ingeniería Química y Ambiental (GIQA), y en colaboración con REPSOL dentro del marco del proyecto RECICLEX, se ha focalizado en el estudio de polímeros reciclados, principalmente polietilenos de alta densidad (PEAD), provenientes de orígenes y aplicaciones muy diversas. Aunque actualmente ya se incorporan polietilenos reciclados de diferentes naturalezas en multitud de aplicaciones industriales, en muchas otras no se plantea su utilización, ya sea a causa de la degradación sufrida por el material plástico reciclado debido a la presencia de impurezas y contaminantes, o por la legislación y normativa actual que limita el uso del material reciclado.
De este modo, el trabajo se ha dividido en cuatro capítulos, los cuales abordan desde métodos para determinar mejor la calidad de muestras de PEAD reciclado, como posibles usos para reciclados de PEAD en aplicaciones donde hasta ahora no se había contemplado su utilización o que por su estado carecen de interés industrial. Además, también se evaluarán los impactos medioambientales derivados de la incorporación de material reciclado mediante la realización de un análisis de ciclo de vida (ACV).
1. Determinación de impurezas de polipropileno (PP) en PEAD reciclado: En este capítulo se compara el uso de técnicas convencionales como la calorimetría diferencial de barrido (DSC) con técnicas alternativas como el fraccionamiento por elución mediante aumento de temperatura (TREF) para la identificación de contaminación cruzada de otras poliolefinas en muestras de polietileno de alta densidad recuperado. Los resultados obtenidos muestran que, aunque el DSC es una técnica eficaz para identificar cualitativamente la presencia de impurezas de PP en muestras de PEAD reciclado, la determinación cuantitativa resulta ineficaz, ya que la técnica pierde resolución en porcentajes de contaminación por debajo del 10 % de polipropileno. Sin embargo, mediante el TREF, se logra una cuantificación mucho más precisa del contenido en impurezas de PP, incluso en porcentajes bajos comprendidos entre un 2 y un 10 % de PP, siendo este rango la contaminación habitual presente en este tipo de materiales de PEAD recuperados y que afecta a la calidad de los mismos. De este modo, esta técnica se revela como una alternativa mucho más precisa para el control de calidad de muestras de PEAD reciclado, lo que puede ayudar en la búsqueda de potenciales aplicaciones para estas resinas.
2. Incorporación de PEAD reciclado para aplicación de tubería: En este capítulo se aborda el estudio de la incorporación de PEAD reciclado de diferentes orígenes, mezclándolos con resina virgen, para la fabricación de distintos grados de tubería de polietileno destinados a tubería de presión (PE80 y PE100). A la vista de los resultados se puede concluir que, para alcanzar los requerimientos mínimos exigidos para los diferentes grados de PE de tuberías, es esencial obtener un reciclado de calidad. En este sentido, los mejores resultados se han obtenido al utilizar materiales reciclados provenientes de flujos más controlados y por tanto con menos impurezas y degradación, permitiendo llegar a incorporar hasta un 30 % de material reciclado para fabricar grados de tubería PE100. Por otro lado, al utilizar los flujos más heterogéneos procedentes de residuos sólidos urbanos, las mezclas resultantes presentan limitaciones para su uso en aplicaciones de tubería, pudiendo incorporar únicamente hasta un 10 % sin que esto afecte a las propiedades finales del material resultante.
3. Análisis de ciclo de vida de la incorporación de PEAD reciclado a grados de polietileno para tubería: Dentro de este capítulo, estrechamente relacionado con el anterior, se comentan los resultados obtenidos tras realizar el análisis del ciclo de vida (ACV) sobre la incorporación de PEAD reciclado a grados de polietileno destinados a tubería. De este trabajo se concluye que la producción de resinas equivalentes a un grado para tubería PE80 a partir de reciclados de mayor calidad, como polietileno recuperado a partir de tanques de combustible o contenedores industriales, dan como resultado un menor impacto ambiental en comparación con el resto de los escenarios evaluados. Asimismo, los grados PE80 permiten un mayor contenido reciclado en comparación con los grados PE100, lo que a su vez contribuye a reducir la mayor demanda de PEAD virgen y por tanto los impactos ambientales asociados. De esta manera, los menores impactos ambientales obtenidos para los grados PE80 que contienen PEAD reciclado justificarían su uso sobre los grados PE100 en aplicaciones donde los requerimientos sean menores, como tuberías para drenaje y saneamiento.
4. Posibles usos de PEAD recuperado a partir de redes de pesca: En este capítulo se evalúan posibles aplicaciones para PEAD reciclado obtenidos a partir de redes de pesca, usualmente descartadas y abandonadas, mezclando este material con diferentes grados virgen comerciales para compensar la pérdida de propiedades. Los análisis de las propiedades mecánicas de estos materiales mostraron una alta variabilidad en los resultados, especialmente debido a los contaminantes inorgánicos detectados en el material reciclado, lo que afecta de manera crítica al proceso de obtención de fibras con una calidad adecuada para satisfacer los requisitos de las redes de pesca de PEAD. Como consecuencia de estos resultados se estudiaron aplicaciones alternativas, como la fabricación de botellas destinadas al contacto no alimentario. Para alcanzar los requisitos mínimos exigidos en esta aplicación, se estudió la mezcla del polietileno reciclado con diferentes grados vírgenes de alto peso molecular, logrando de esta manera incorporar hasta un 50 % de material reciclado sin que se observara una pérdida notable de las propiedades críticas para la fabricación de este tipo de envases. Así, aunque el material no se pueda utilizar para la aplicación de origen, mediante esta metodología se logra introducir un elevado porcentaje de material reciclado en nuevas aplicaciones, ampliando las posibilidades de este tipo de resinas recicladas y contribuyendo al desarrollo de la Economía Circular.
