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DEPOLIMERIZACIÓN DE RESIDUOS PLÁSTICOS


            Francisco González, Edisson Paguatian, Rosa Inés Rincón, Ovidio Simbaqueva,
                                          Roberto Talero
                         Maestría en Desarrollo Sostenible y Medio Ambiente
                                      Universidad de Manizales
 fjgonzalezc@libertadores.edu.co, ehpaguatiant@libertadores.edu.co, rinconrri@gmail.com, ovidi43@yahoo.com,
                                         rtaleroa@libertadores.edu.co
                                                 Bogotá D.C.

RESUMEN

Los residuos plásticos representan un problema ambiental de gran importancia, como alternativas para su
recuperación y reciclado han surgido diferentes técnicas mecánicas, químicas y térmicas, con el fin de disminuir la
demanda de materias primas vírgenes para su producción y para obtener productos secundarios aprovechables como
los combustibles. En este ensayo se describen y analizan las técnicas de depolimerización que dan lugar a la
producción de combustibles secundarios.



Palabras clave: residuos plásticos, depolimerización, pirólisis, hidrogenación, craqueo catalítico, gasificación.

ABSTRACT

The plastics waste, represents an important environmental problem, as alternatives for recovery and recycling have
emerged various techniques mechanical, chemical and thermal, to reduce the demand for virgin raw materials for
their production and usable byproducts as fuels. In this assay are described and analyzed depolymerization
techniques which result in the production of secondary fuels.

Key words: plastic waste, depolymerization, pyrolysis, hydrogenation, catalytic cracking, gasification.
1. INTRODUCCIÓN                             - Describir y       analizar   en   qué    consiste   la
                                                            hidrogenación.
La industria del plástico ha presentado un incremento
en la última década, Los plásticos, después del acero,      - Describir y analizar en qué consiste el craqueo.
son los materiales con mayor volumen de producción
a nivel mundial, 230 millones de toneladas en el año        - Describir y analizar en qué consiste la gasificación.
2009, el aumento en el número de productos que se
                                                                              2. POLÍMEROS
fabrican a partir del plástico trae consigo el aumento
en la cantidad de residuos que se generan. Estos            Los polímeros son macromoléculas constituidas por
residuos representan un problema ambiental porque           muchos segmentos repetidos de unidades, a estas
su baja densidad hace que los plásticos supongan el         unidades se les llama meros. La polimerización son
20% en volumen del total de los residuos sólidos            reacciones químicas intermoleculares con las cuales
urbanos, porque su degradación es lenta, porque la          los monómeros (molécula constituida por un único
materia prima a partir de la cual se producen es no         mero) son unidos en forma de meros a una estructura
renovable y porque algunos contienen aditivos               intermolecular de cadena; dichos monómeros
tóxicos. Por lo anterior, se han buscado alternativas       reaccionan unos con otros hasta formar una larga
para su recuperación y aprovechamiento, estas               secuencia de unidades respectivas de meros. La
alternativas incluyen técnicas como el reciclaje            polimerización se clasifica en polimerización por
mecánico que convierte el plástico en artículos con         adición y en polimerización por condensación.
propiedades inferiores a las del polímero original,
otra técnica es el reciclaje químico que convierte al       La polimerización por adición, la cual es en cadena,
plástico nuevamente en monómeros o en mezclas de            involucra las etapas de: Iniciación en donde se forma
hidrocarburos, que pueden ser utilizados como               un sitio reactivo a partir de un monómero,
materia prima para producir nuevamente plásticos o          propagación en donde la reacción se extiende a partir
ser utilizados en la industria petroquímica o               de dos centros reactivos, y terminación. En la
producción de combustibles, en esta técnica el              polimerización por condensación, las reacciones
plástico sufre un cambio químico conocido como              químicas intermoleculares ocurren por etapas,
despolimerización. Según el tipo de polímero los            involucrando varios tipos de monómeros.
métodos empleados pueden ser químicos o térmicos.
                                                            En conclusión los polímeros se producen cuando
Otra técnica de reciclaje, calienta el plástico para usar
                                                            existe unión de cientos de miles de moléculas
la energía térmica liberada de este proceso para llevar
                                                            llamadas monómeros que forman grandes cadenas de
a cabo otros procesos, es decir, el plástico es usado
                                                            formas diferentes, los nombres que poseen se derivan
como un combustible, aprovechando su contenido
                                                            de su monómera base; por ejemplo:
energético.

A continuación se exponen las técnicas de                   Monómero Inicial: Metíl Metacrilato
depolimerización que dan lugar a la producción de           Polímero: Polimetíl Metacrilato
combustibles secundarios.

                   2. OBJETIVOS

2.1 Objetivo general.

Describir y analizar las técnicas de depolimerización
que dan lugar a la producción de combustibles
secundarios.

2.2 Objetivos específicos.

- Describir y analizar en qué consiste la pirólisis.
y el de glicólisis utiliza etilenglicol, estos eliminan
                                                           las impurezas de los plásticos y los compuestos
                                                           obtenidos son usados para la fabricación de artículos
                                                           aunque con ciertas restricciones en cuanto al
                                                           envasado de alimentos.

                                                           Para la rotura de las cadenas de polímeros de adición,
                                                           es     utilizado     el    método      termolítico    de
                                                           descomposición; estos polímeros pueden ser
                                                           vinílicos, acrílicos fluoroplásticos y poliolefinas. Este
                                                           método es más flexible y tiene mayor diversidad que
                                                           la solvólisis; sus tratamientos son a altas temperaturas
                                                           y en ellos se encuentran la pirólisis, la gasificación y
                                                           otros procesos que son muy comunes en la refinería,
                                                           donde se utilizan generalmente catalizadores sólidos,
                                                           estos procesos son: craqueo térmico, hidrogenación
Figura: estructura química del polimetilmetacrilato
                                                           catalítica y craqueo catalítico. Posteriormente los
            3. DEPOLIMERIZACIÓN                            polímeros son convertidos a combustibles gaseosos,
                                                           líquidos y a compuestos utilizados en la industria
El término depolimerizar se refiere a los procesos de      petroquímica.
descomponer los polímeros, en este caso particular el
de los plásticos, obteniéndose los monómeros               GENERACIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DE
originales. La depolimerización es la reacción contraria   RESIDUOS PLÁSTICOS
de la polimerización, es un mecanismo alterno para         El aumento desmedido del consumo de plásticos que
                                                           desplazaron a otros materiales a través del tiempo
revertir el proceso, en este se disminuye el peso
                                                           como se muestra en la siguiente gráfica hace que se
molecular de los polímeros. El proceso está                tomen medidas para su manejo como residuo
acompañado por la ruptura de los enlaces covalentes        aprovechable:
de la cadena o de los grupos laterales, Dependiendo        Figura 1: Crecimiento del consumo de plásticos con
de la reactividad de cada radical se producirán unas       respecto a otros
reacciones u otras.
La depolimerización de los plásticos contribuye a
reducir los problemas ambientales, además de
constituir una fuente de compuestos orgánicos que
son alternativa de energía frente al petróleo y al gas
natural. Como ejemplo con la depolimerización del
PET se han alcanzado rendimientos del 80%, y con la
depolimerización del policarbonato se ha podido
producir bisfenol-A. La depolimerización química
pretende aprovechar integralmente los elementos
                                                           Hay que resaltar la heterogeneidad de este material y
constitutivos del plástico para transformarlos en
                                                           que la separación de los plásticos procedentes de uso
hidrocarburos, los cuales pueden de nuevo ser              doméstico ofrece un 57% de poliolefinas, 14% de
materias primas para obtener plástico o en materias        policloruro de vinilo (PVC), 19% de poliestireno, 5%
primas de la industria petroquímica.                       de otros plásticos o papel, junto con un 5% de
                                                           materiales inorgánicos tales como la arena y sales .
En esta depolimerización química se utiliza el             A diferencia de las plantas de           incineración
proceso de descomposición química, la cual utiliza         convencionales, las tecnologías de incineración por
                                                           etapas o ATT (Tratamientos Térmicos Avanzados,
los métodos de metanólisis, glicólisis, hidrólisis y       por sus siglas en inglés) como la pirólisis, la
aminólisis. El método de metanólisis utiliza metanol       gasificación y el arco de plasma, calientan los
residuos a altas temperaturas en ambientes con baja       temperatura y oxígeno y es más eficiente desde el
presencia de oxígeno, creando residuos gaseosos,          punto de vista energético.
sólidos y líquidos que luego se someten a
combustión.
                                                          De entre todos los procesos de gasificación existentes
Es importante señalar que estas tecnologías utilizan
diversos tipos de insumos (petróleo, carbón, gas,         a escala industrial en los que intervienen plásticos
biomasa, etc.). Las principales diferencias entre estas   residuales, el Texaco Gasification Process (TGP) es
tecnologías son los distintos niveles de temperatura      uno de los de mayor difusión. El TGP es un proceso
que se utilizan en los procesos y la cantidad de aire u   en dos etapas, una etapa inicial de licuefacción, en la
oxígeno presente en el proceso.                           que el plástico es parcialmente depolimerizado
                                                          obteniéndose un aceite pesado y una mezcla de gases
                4. GASIFICACIÓN                           compuesta por una fracción condensable y otra no
                                                          condensable. Los gases no condensables se añaden a
La gasificación consiste en el tratamiento térmico de     una corriente de gas natural para utilizarse como
los materiales a gasificar en presencia de una            combustible en esta etapa de licuefacción. El aceite y
cantidad controlada de oxígeno y/o vapor de agua,         el gas condensable se inyectan a la segunda etapa de
inferior a la estequiométrica, de manera que se           gasificación que se lleva a cabo con oxígeno y vapor
produzca una oxidación parcial de los mismos. Es          de agua a temperaturas entre 1200-1500 ºC. Los
una tecnología madura y ampliamente implementada          productos obtenidos se someten a sucesivas etapas de
industrialmente en el caso del carbón y algunas           limpieza, recogiéndose al final de los mismos un gas
fracciones petrolíferas. El producto de estos             de síntesis limpio y seco formado principalmente por
tratamientos es gas de síntesis (CO + H2), lo que         CO y H2 y, en menor medida, por CH4, CO2 y H2O,
requiere necesariamente acoplar estas tecnologías         así como por algunos gases inertes. La limpieza o
dentro de un complejo químico que permita el              depuración del gas de síntesis es uno de los
aprovechamiento de dicho producto. Generalmente,          principales obstáculos para lograr un mayor
los procesos de gasificación de hidrocarburos o           desarrollo de esta tecnología. Los motores a gas y las
biomasa constan de tres etapas: pirólisis del sólido y    turbinas suelen tener baja tolerancia a las impurezas
formación de hidrocarburos volátiles; craqueo             en el gas de síntesis y por lo tanto, el depurado del
secundario de los compuestos no volátiles formados;       gas es un desafío cuando se procesa un insumo
y gasificación de los productos obtenidos. La             heterogéneo, que puede reflejarse en el aumento en
gasificación propiamente dicha de la fracción sólida      costos de operación1.
carbonosa ocurre, a su vez, a través de diferentes
reacciones:                                               Otro proceso interesante es el Multi-purpose
                                                          Gasification Process (MPG) de la compañía alemana
           C + O2 ======= CO2 (total)                     SVZ que opera con diferentes materiales residuales,
           C + ½ O2 ====== CO (parcial)                   incluidos plásticos, para obtener gas de síntesis y a
              C + 2 CO2 ====== 2 CO                       partir de él metanol y electricidad. Los residuos
            C + H2O ======= CO + H2                       sólidos se alimentan a dos hornos consecutivos de
           C + 2 H2O ====== CO2 + 2 H2                    gasificación de lecho fijo, junto con lignito y aceites
            CO + H2O ====== CO2 + H2                      pesados residuales. Se inyectan también en
              C + 2 H2 ======= CH4                        contracorriente oxígeno y vapor de agua. Los gases
           CH4 + H2O ===== CO + 3 H2                      obtenidos en ambas etapas se purifican, obteniéndose
                                                          un gas de síntesis limpio que se destina
Dentro de las ventajas de este proceso está que no        principalmente a la producción de metanol (alrededor
necesita segregación previa de los componentes de         del 70%) y electricidad (sobre un 20%).
los residuos, pudiéndose aplicar a diferentes tipos de
materias primas como carbón, biomasa, residuos
plásticos o aceites minerales. Otra ventaja es que        1
                                                           Juniper Consultancy. (2008) Briefing document on the
reduce las emisiones de sustancias tóxicas al
                                                          pyrolysis and gasification of MSW.
ambiente a través del manejo controlado de
Otra tecnología disponibles para gasificación de         reciclaje; uno de los más grandes inconvenientes es la
residuos plásticos es el proceso Waste Gas               gran variedad de tipos de plásticos con
Technology UK Limited (WGT) 2 en el cual,                composiciones químicas y propiedades diferentes.
diferentes corrientes de residuos municipales e
                                                         En los residuos plásticos encontramos polímeros
industriales se peletizan y alimentan a un reactor       como el polietileno de alta densidad (PEAD),
cilíndrico donde se gasifican a 700-900 ºC para dar      polietileno de baja densidad (PEBD), polipropileno
lugar a un gas de elevado valor calorífico. Los          (PP), cloruro de polivinilo (PVC), poliestireno(PS) y
productos gaseosos se separan de los residuos sólidos    polietilentereftalato (PET); en donde una gran
carbonosos, que se incineran para producir vapor en      cantidad del total lo conforman el PE,PP y el PS. En
una caldera. Otro proceso es el Akzo Nobel3, que         el reciclaje químico de residuos plásticos estos se
                                                         depolimerizan separando las moléculas que los
consta de dos reactores de lecho fluidizado que
                                                         componen adicionando hidrógeno y calor; las
trabajan a presión atmosférica. El primero de ellos es   cadenas poliméricas se rompen para ser convertidas
un reactor de gasificación que transforma los residuos   en petróleo sintético el cual será utilizado en plantas
(incluyendo policloruro de vinilo, PVC) a 700-900 ºC     químicas o en refinerías.
en productos gaseosos (combustibles y HCl) y
alquitrán. La segunda unidad es un reactor donde se      En el hidrocraqueo la rotura de las cadenas de
produce la combustión de los alquitranes para            polímero se llevan a cabo con la ayuda de un
                                                         catalizador, este generalmente es un sólido que tiene
proporcionar calor al primer reactor. Mediante la
                                                         propiedades ácidas con la función de acelerar las
circulación de arena entre ambos reactores se            reacciones del craqueo del polímero, permitiendo así
consigue la transmisión de calor. Actualmente se         un trabajo a menores temperaturas respecto a los
realizan investigaciones sobre la gasificación           procesos térmicos, otra función del catalizador es la
separada de cada tipo de polímero, para buscar las       de orientar la reacción hacia la formación de
condiciones de temperatura y oxígeno optimas que         determinados compuestos, controlando de esta
                                                         manera el valor comercial de los productos derivados
mejoren la calidad del gas de síntesis obtenido.
                                                         de la degradación del plástico. La hidrogenación o
                                                         hidrocraqueo es aplicado a residuos plásticos de
                5. HIDROCRAQUEO                          naturaleza poliolefínica ya que de estos se obtienen
                                                         mezclas de hidrocarburos.
La hidrogenación como tal es una reacción química
que tiene como resultado final la adición de             Actualmente se estudia la posibilidad de convertir el
hidrógeno a otro compuesto, el proceso se realiza        polietileno, utilizando el método del hidrocraqueo,
generalmente a compuestos orgánicos insaturados          donde catalizadores como los sulfuros de Níquel y
como alquenos, alquinos, cetonas, nitrilos y aminas.     NIMO son depositados en una matriz mixta de
La hidrogenación se realiza adicionando directamente     zeolita ZSM-5 y sílice – alúmina amorfa 6; estas
hidrógeno diatómico (H2) a una presión dada y en         reacciones se llevan a cabo a 375 ºC, adicionando
presencia de un catalizador, por ejemplo la adición de   hidrogeno (H2) a una presión de 70 atmosferas, donde
hidrógeno en los alquenos para producir alcanos. El      su resultado es una fracción líquida con propiedades
proceso de hidrogenación es utilizado en la industria    muy similares a las de la gasolina Premium
petroquímica, alimentaria y farmacéutica.                comercial.
                                                         Podemos definir entonces que el hidrocraqueo es la
En los residuos sólidos urbanos se encuentra la          degradación de los polímeros mediante calentamiento
mayor proporción de residuos plásticos los cuales        en atmosfera de hidrógeno a elevadas presiones en
están mezclados con materiales de naturaleza             presencia de catalizadores bifuncionales que
diferente; del total aproximadamente estos residuos      promueven la hidrogenación de los productos. Este
plásticos son el 7% en peso y el 20% en volumen. La      proceso es un tratamiento que permite obtener
baja densidad y la mezcla con otros materiales           elevados rendimientos a hidrocarburos líquidos
dificulta su separación y clasificación para el          operando a temperaturas entre 300- 500ºC, con el
                                                         inconveniente que la operación del hidrogeno a
2
 S. M. Al-Salem, P. Lettieri, J. Baeyens, Prog. Energy   presiones entre 20 y 100 bares es costoso para el
Comb. Sci. (2010), 36, 103–129                           proceso.

3
    Ibid.                                                Los catalizadores que se utilizan en el hidrocraqueo
                                                         son bifuncionales por que cuentan con una fase
metálica con función hidrogenante y un material
ácido con función de craqueo e isomerización.
Cuando       se    combinan       ambas     funciones
apropiadamente se da lugar a una variedad de
reacciones de reformado como la isomerización de
parafinas lineales a ramificadas, la deshidrociclación
de parafinas lineales a naftenos, la deshidrogenación
de naftenos hacia aromáticos, entre otros. También
con la combinación de ambas funciones se busca la
saturación de los dobles enlaces y el craqueo de las
moléculas. Los catalizadores más utilizados son:
sílice-alúminas, zeolitas impregnadas con metales
nobles como el platino y el paladión o metales en
transición como el Níquel, Molibdeno, wolframio y
cobalto.

El proceso de hidrocraqueo de residuos plásticos más
utilizado es el “Veba Combi Cracking Process” el         Valorización de plásticos por hidrocraqueo
cual fue muy utilizado por la compañía Veba Oel AG
entre 1993 y 1999; esta compañía alemana procesaba                          6. PIRÓLISIS
exclusivamente plástico residual de envases y
embalajes con una capacidad de 80000 toneladas por       La pirólisis se puede definir como la descomposición
año; su proceso consistía en las siguientes etapas:      térmica de un material en ausencia de oxígeno o
                                                         cualquier otro reactante. Esta descomposición se
Etapa 1: Despolimerización y deshalogenación del         produce a través de una serie compleja de reacciones
plástico entre 350ºC y 400ºC                             químicas y de procesos de transferencia de materia y
                                                         calor. La pirólisis también aparece como paso previo
Etapa 2: La fracción gaseosa se somete a un lavado       a la gasificación y la combustión. La pirólisis
para absorber y recuperar el cloro en forma de HCl       extrema, que sólo deja carbono como residuo, se
comercializable.                                         llama carbonización. La pirólisis es un caso especial
                                                         de termólisis. Un ejemplo de pirólisis es la
Etapa 3: Los líquidos y gases limpios se llevan a la     destrucción de neumáticos usados. En este contexto,
etapa de hidrogenación a temperaturas entre 400ºC y      la pirólisis es la degradación del caucho de la rueda
500ºC, bajo una presión de 100 bares de hidrógeno en     mediante el calor en ausencia de oxígeno. Se puede
un reactor de fase líquida.                              considerar que la pirólisis comienza en torno a los
                                                         250 °C, llegando a ser prácticamente completa en
Etapa 4: Los productos se separan en dos fracciones;     torno a los 500°C, aunque esto está en función del
la más pesada (2%aprox) contaminada con metales,         tiempo de residencia del residuo en el reactor. A
cenizas y sales orgánicas, se utiliza para la            partir de la pirólisis pueden obtenerse diferentes
producción de coque. La fracción ligera se somete de     productos secundarios útiles en función de la
nuevo a un reformado con hidrógeno en un reactor de      tecnología de tratamiento que se utilice.
lecho fijo para la obtención de crudo sintético.
                                                         Existen dos clases de pirólisis:
                                                         •        Pirólisis al vacío: el material orgánico se
                                                         calienta en el vacío para reducir el punto de
                                                         ebullición y evitar reacciones químicas adversas.
                                                         •        Pirólisis acuosa: denominar también la
                                                         termólisis con presencia de agua, tal como el craqueo
                                                         por vapor de agua del petróleo o la depolimerización
                                                         térmica de los residuos orgánicos en crudo pesado.

                                                         La pirólisis trabaja sin aire u oxígeno y a
                                                         temperaturas que oscilan entre 250 y 700º C, aunque
                                                         es difícil de alcanzar en el caso de los RSU, ya que el
                                                         oxígeno está presente en los residuos. En muchos
                                                         casos, se agrega a estas opciones la tecnología de un
arco de plasma para alcanzar mayores temperaturas y      Fuente: http://spanish.alibaba.com/product-free/tyre-
así lograr no sólo un gas de mejor calidad sino          pyrolysis-plant-115974603.html
también una reducción de las sustancias tóxicas.
Algunos procesos de gasificación operados a              Khodiyar es una empresa con su singular tecnología
temperaturas      elevadas hacen que la ceniza           renovable incluye el uso de neumáticos de desecho
inorgánica sea vitrificada, comúnmente denominada        como materia prima para la producción de
escoria.                                                 combustible verde de aceite, negro los insumos se
El arco de plasma consiste en la generación de una       consiguen en una planta de reciclaje.
antorcha o columna de calor a una temperatura entre
1.600°C y 25.000°C dependiendo de la aplicación.         La compañía química alemana BASF ha construido
Para conseguir esas temperaturas se pasa un gas          una planta de transformación de desechos plásticos
inerte a través de dos electrodos donde circula una      en Ludwigshaffen. En el proceso, los plásticos
corriente eléctrica con el voltaje necesario para        mezclados y aglomerados son fundidos. El cloruro
producir un arco eléctrico. Dicho arco eleva la          de hidrógeno que expulsan se absorbe y se extrae,
temperatura del gas transformándolo en lo que se         para que la materia que resta sea despolimerizada en
llama el cuarto estado de la materia, es decir, el       lecho fluidizado a 400 °C y transformada en un
plasma. Podría definirse al plasma como materia en       producto líquido en un porcentaje del 60% y en gas
estado gaseoso ionizado, formado por cantidades          20%. La unidad es rentable gracias a la subvención
casi iguales de electrones e iones positivos. Se lo      del organismo encargado de la gestión de las
denomina plasma        ya que posee características      actividades de transformación de desechos de los
diferentes a los otros estados de la materia (sólido,    embalajes de la zona del Rhin. DSD ofrece una prima
líquido y gaseoso).                                      de 144 euros por cada tonelada de desechos de
Cuando la gasificación, la pirólisis o el arco de        plásticos tratados en la nueva planta. Esta cifra
plasma utilizan como insumo a los RSU, tanto la          representa la diferencia entre el coste del producto y
normativa de la Unión Europea como de la Agencia         el valor de los compuestos extraídos. Además, no es
de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA,          más que una pequeña parte de las ayudas, ya que hay
por sus siglas en inglés) establecen que son             que contar con una cifra similar para la preparación
asimilables a la incineración y están obligadas a        de desechos y cerca de 25 euros por tonelada para su
cumplir las regulaciones establecidas en la normativa.   transporte.
Si bien existen diferentes diseños de plantas que        Si se analiza el caso expuesto anteriormente, el
pueden englobarse bajo los nombres de gasificación,      desarrollo sostenible de las plantas están
pirólisis y plasma (en muchos casos funcionan en         acompañadas de una cadena de responsabilidades que
combinados entre sí), la mayoría de estos procesos       parten desde los usuarios domiciliarios, los
comprende varios pasos:                                  recuperadores ambientales, los centros de acopio, los
•         Preparación del insumo                         centros de reciclaje y el aprovechamiento adecuado
•         Generación de Syngas (El gas de síntesis o     de las emisiones.
Sintegas)                                                Otra iniciativa es la generación de diesel a partir de
•         Depuración de Syngas                           residuos plásticos: todos los residuos plásticos que
El syngas creado en estos procesos está compuesto        llegan a la planta de reciclaje son mezclados sin
principalmente por monóxido de carbono (CO),             importar en principio el tipo de polímero o mezcla
dióxido de carbono (CO2), hidrógeno (H2), metano         del mismo, dado que el proceso es el mismo para
(CH4), y pequeñas cantidades de otros hidrocarburos      todos, y son introducidos para su tratamiento en una
más pesados (etano y etileno).                           cámara cilíndrica. En la cámara cilíndrica dicha
                                                         mezcla de plásticos son sometidos a unas altas
Gráfica 1: Planta de pirolisis de neumáticos             temperaturas, entorno los 370ºC y 420ºC, y los gases
                                                         generados, los gases pirolíticos, se condensan en un
                                                         proceso de dos etapas con el fin de alcanzar un
                                                         destilado de hidrocarburos, es decir, petróleo de bajo
                                                         contenido en azufre. Mediante este tratamiento por
                                                         pirólisis de los residuos plásticos, por cada tonelada
                                                         de residuo plástico introducido en la cámara
                                                         cilíndrica se obtiene aproximadamente unos 750
                                                         litros de diesel y 250 litros de queroseno.
                                                         Dependiendo esta proporción de la calidad de la
                                                         mezcla de plásticos introducida, dado que
                                                         dependiendo de la mezcla la producción del
combustible podrá ser mayor o menor. La instalación      -   La utilización del método de pirólisis, presenta
trata 10.000 toneladas de residuos plásticos que             en las diferentes plantas un sinfín de problemas
permitirán producir más de 4 millones de litros de           debido a que los componentes de RSU son
combustible.                                                 demasiado heterogéneos y eso hace que las
Desafortunadamente las plantas diseñadas hasta el            variaciones de emisiones no sean aprovechables
momento no presentan una solución efectiva al                en su totalidad obligando a la planta
100%, la reducción de emisiones es mínima:                   inevitablemente a emitir al ambiente parte de
                                                             dichos gases.
                                                         -   La pirólisis garantiza la generación de energía en
Cuadro 1: Comparación de emisiones tóxicas -                 diversas formas: gas, vapor, combustibles,
Incineración en masa vs. Pirólisis:                          aceites, entre otros.
                                                         -   Las plantas de tratamiento que trabajan en la
                                                             transformación de RSU están en constante
                                                             evolución se han combinado sistemas de:
                                                             pirolisis y gasificación, fundición previa de los
                                                             plásticos, la combinación de la pirólisis y arco de
                                                             plasma para llegar a un mayor grado de
                                                             temperatura aminorando las emisiones, lecho de
                                                             fluidización y pirólisis, entre los más aplicados
                                                             en las plantas.
                                                                            REFERENCIAS

                CONCLUSIONES                             Aguado, J. Serrano, P., Escola J y Briones L. (2011).
                                                         El papel de la química en la valorización de los
-   Para el tratamiento de residuos plásticos no solo    residuos plásticos. Real Sociedad Española de
    los procesos de incineración con recuperación        Química.107, 76-83.
    energética y reciclado mecánico son utilizados;
    también los tratamientos químicos se han             Aguado, J., Serrano, D. (1999). Feedstock recycling
    convertido en alternativas modernas con un gran      of Plastic Wastes. The Royal Society of Chemistry,
    potencial en desarrollo para dicha valorización.     Cambridge
-   Los tratamientos químicos presentan una gran
    ventaja para obtener productos de valor añadido      Aguado, J., Sotelo, J.L., Serrano, D.P., Calles, J.A.,
    y utilizable como materias primas para la            Escola, J.M., Energy & Fuels, 11, 1225. (1997).
    industria química y como combustibles.
-   La aplicación de los tratamientos químicos           Billmeyer, F. (2004). Ciencia de los polímeros.
    depende del tipo de polímero.                        Editorial Reverté.
-   Los residuos plásticos pueden degradarse
    mediante tratamientos térmicos para obtener          Castro ,V., Rodríguez, A y Díaz V. (2008) Esquemas
    mezclas de hidrocarburos líquidos y gaseosos.        de reacción para licuefacción y gasificación
-   Las técnicas de depolimerización térmica como        hidrotérmica de macromoléculas orgánicas. Una
    la pirólisis, la hidrogenación, el craqueo y la      revisión. Rev. Acad. Colomb. Cienc. 32(125): 559-
    gasificación degradan los polímeros y generan        570.
    productos gaseosos, sólidos y líquidos que
    pueden ser utilizados como combustibles, la          Cedex. Gestión del residuo. Reciclaje químico. [en
    diferencia entre estos procesos radica en la         línea] consultado el 05 de Diciembre de 2012 en
    temperatura a la cual calientan los residuos         http://www.cedexmateriales.vsf.es/view/ficha.aspx?i
    plásticos y la cantidad de oxígeno o aire presente   dresiduo=398&idmenu=409
    en el proceso.
-   En el proceso de hidrocraqueo, la presencia de       Comments in Opposition to Sun Energy Group’s
    un catalizador y su selección adecuada, permite      Permit Application for a Plasma Arc Facility in New
    utilizar condiciones de operación más suaves         Orleans, Greenaction for Health and Environmental
    para controlar la distribución de tamaños            Justice, Junio de 2009.
    moleculares de los productos.
-   Los residuos plásticos pueden utilizarse como        Greenpeace (2011). Gasificación, pirólisis y plasma:
    agentes reductores en altos hornos, sustituyendo     Nuevas tecnologías para el tratamiento de residuos
    parcialmente al coque.                               urbanos: viejos riesgos y ninguna solución.
Nakamatsu Kuniyoshi , J. Estudio de la
despolimerización de desechos plásticos – Parte I.

Plastics convert iron ore to steel, APME ( 2009).
Disponible en www.plasticseurope.org

Reciclado de residuos plásticos – Revista
Iberoamericana de Polimeros Volumen 5, José
Arandes, Javier Bilbao, Danilo Lopez.

Despolimerización Controlada – Fibertel División
Química.

Pyrolysis, gasification and plasma. Briefing. Friends
of the Earth, Septiembre de 2009.

Revista Iberoamericana de Polímeros Arandes et al.,
Volumen 5(1), Marzo de 2004, Reciclado de residuos
plásticos.

Webgrafía:

http://energia12.com/2012/03/28/obtencion-diesel-
a-partir-de-residuos-plasticos/

http://es.wikipedia.org/wiki/Gas_de_s%C3%ADntesi
s

http://es.wikipedia.org/wiki/Pir%C3%B3lisis

http://es.wikipedia.org/wiki/Pir%C3%B3lisis

http://www.ecured.cu/index.php/Pir%C3%B3lisis

http://www.youtube.com/watch?feature=player_e
mbedded&v=cqrAWYtd6RI

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Ensayo wiki depolimerización residuos plásticos

  • 1. DEPOLIMERIZACIÓN DE RESIDUOS PLÁSTICOS Francisco González, Edisson Paguatian, Rosa Inés Rincón, Ovidio Simbaqueva, Roberto Talero Maestría en Desarrollo Sostenible y Medio Ambiente Universidad de Manizales fjgonzalezc@libertadores.edu.co, ehpaguatiant@libertadores.edu.co, rinconrri@gmail.com, ovidi43@yahoo.com, rtaleroa@libertadores.edu.co Bogotá D.C. RESUMEN Los residuos plásticos representan un problema ambiental de gran importancia, como alternativas para su recuperación y reciclado han surgido diferentes técnicas mecánicas, químicas y térmicas, con el fin de disminuir la demanda de materias primas vírgenes para su producción y para obtener productos secundarios aprovechables como los combustibles. En este ensayo se describen y analizan las técnicas de depolimerización que dan lugar a la producción de combustibles secundarios. Palabras clave: residuos plásticos, depolimerización, pirólisis, hidrogenación, craqueo catalítico, gasificación. ABSTRACT The plastics waste, represents an important environmental problem, as alternatives for recovery and recycling have emerged various techniques mechanical, chemical and thermal, to reduce the demand for virgin raw materials for their production and usable byproducts as fuels. In this assay are described and analyzed depolymerization techniques which result in the production of secondary fuels. Key words: plastic waste, depolymerization, pyrolysis, hydrogenation, catalytic cracking, gasification.
  • 2. 1. INTRODUCCIÓN - Describir y analizar en qué consiste la hidrogenación. La industria del plástico ha presentado un incremento en la última década, Los plásticos, después del acero, - Describir y analizar en qué consiste el craqueo. son los materiales con mayor volumen de producción a nivel mundial, 230 millones de toneladas en el año - Describir y analizar en qué consiste la gasificación. 2009, el aumento en el número de productos que se 2. POLÍMEROS fabrican a partir del plástico trae consigo el aumento en la cantidad de residuos que se generan. Estos Los polímeros son macromoléculas constituidas por residuos representan un problema ambiental porque muchos segmentos repetidos de unidades, a estas su baja densidad hace que los plásticos supongan el unidades se les llama meros. La polimerización son 20% en volumen del total de los residuos sólidos reacciones químicas intermoleculares con las cuales urbanos, porque su degradación es lenta, porque la los monómeros (molécula constituida por un único materia prima a partir de la cual se producen es no mero) son unidos en forma de meros a una estructura renovable y porque algunos contienen aditivos intermolecular de cadena; dichos monómeros tóxicos. Por lo anterior, se han buscado alternativas reaccionan unos con otros hasta formar una larga para su recuperación y aprovechamiento, estas secuencia de unidades respectivas de meros. La alternativas incluyen técnicas como el reciclaje polimerización se clasifica en polimerización por mecánico que convierte el plástico en artículos con adición y en polimerización por condensación. propiedades inferiores a las del polímero original, otra técnica es el reciclaje químico que convierte al La polimerización por adición, la cual es en cadena, plástico nuevamente en monómeros o en mezclas de involucra las etapas de: Iniciación en donde se forma hidrocarburos, que pueden ser utilizados como un sitio reactivo a partir de un monómero, materia prima para producir nuevamente plásticos o propagación en donde la reacción se extiende a partir ser utilizados en la industria petroquímica o de dos centros reactivos, y terminación. En la producción de combustibles, en esta técnica el polimerización por condensación, las reacciones plástico sufre un cambio químico conocido como químicas intermoleculares ocurren por etapas, despolimerización. Según el tipo de polímero los involucrando varios tipos de monómeros. métodos empleados pueden ser químicos o térmicos. En conclusión los polímeros se producen cuando Otra técnica de reciclaje, calienta el plástico para usar existe unión de cientos de miles de moléculas la energía térmica liberada de este proceso para llevar llamadas monómeros que forman grandes cadenas de a cabo otros procesos, es decir, el plástico es usado formas diferentes, los nombres que poseen se derivan como un combustible, aprovechando su contenido de su monómera base; por ejemplo: energético. A continuación se exponen las técnicas de Monómero Inicial: Metíl Metacrilato depolimerización que dan lugar a la producción de Polímero: Polimetíl Metacrilato combustibles secundarios. 2. OBJETIVOS 2.1 Objetivo general. Describir y analizar las técnicas de depolimerización que dan lugar a la producción de combustibles secundarios. 2.2 Objetivos específicos. - Describir y analizar en qué consiste la pirólisis.
  • 3. y el de glicólisis utiliza etilenglicol, estos eliminan las impurezas de los plásticos y los compuestos obtenidos son usados para la fabricación de artículos aunque con ciertas restricciones en cuanto al envasado de alimentos. Para la rotura de las cadenas de polímeros de adición, es utilizado el método termolítico de descomposición; estos polímeros pueden ser vinílicos, acrílicos fluoroplásticos y poliolefinas. Este método es más flexible y tiene mayor diversidad que la solvólisis; sus tratamientos son a altas temperaturas y en ellos se encuentran la pirólisis, la gasificación y otros procesos que son muy comunes en la refinería, donde se utilizan generalmente catalizadores sólidos, estos procesos son: craqueo térmico, hidrogenación Figura: estructura química del polimetilmetacrilato catalítica y craqueo catalítico. Posteriormente los 3. DEPOLIMERIZACIÓN polímeros son convertidos a combustibles gaseosos, líquidos y a compuestos utilizados en la industria El término depolimerizar se refiere a los procesos de petroquímica. descomponer los polímeros, en este caso particular el de los plásticos, obteniéndose los monómeros GENERACIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DE originales. La depolimerización es la reacción contraria RESIDUOS PLÁSTICOS de la polimerización, es un mecanismo alterno para El aumento desmedido del consumo de plásticos que desplazaron a otros materiales a través del tiempo revertir el proceso, en este se disminuye el peso como se muestra en la siguiente gráfica hace que se molecular de los polímeros. El proceso está tomen medidas para su manejo como residuo acompañado por la ruptura de los enlaces covalentes aprovechable: de la cadena o de los grupos laterales, Dependiendo Figura 1: Crecimiento del consumo de plásticos con de la reactividad de cada radical se producirán unas respecto a otros reacciones u otras. La depolimerización de los plásticos contribuye a reducir los problemas ambientales, además de constituir una fuente de compuestos orgánicos que son alternativa de energía frente al petróleo y al gas natural. Como ejemplo con la depolimerización del PET se han alcanzado rendimientos del 80%, y con la depolimerización del policarbonato se ha podido producir bisfenol-A. La depolimerización química pretende aprovechar integralmente los elementos Hay que resaltar la heterogeneidad de este material y constitutivos del plástico para transformarlos en que la separación de los plásticos procedentes de uso hidrocarburos, los cuales pueden de nuevo ser doméstico ofrece un 57% de poliolefinas, 14% de materias primas para obtener plástico o en materias policloruro de vinilo (PVC), 19% de poliestireno, 5% primas de la industria petroquímica. de otros plásticos o papel, junto con un 5% de materiales inorgánicos tales como la arena y sales . En esta depolimerización química se utiliza el A diferencia de las plantas de incineración proceso de descomposición química, la cual utiliza convencionales, las tecnologías de incineración por etapas o ATT (Tratamientos Térmicos Avanzados, los métodos de metanólisis, glicólisis, hidrólisis y por sus siglas en inglés) como la pirólisis, la aminólisis. El método de metanólisis utiliza metanol gasificación y el arco de plasma, calientan los
  • 4. residuos a altas temperaturas en ambientes con baja temperatura y oxígeno y es más eficiente desde el presencia de oxígeno, creando residuos gaseosos, punto de vista energético. sólidos y líquidos que luego se someten a combustión. De entre todos los procesos de gasificación existentes Es importante señalar que estas tecnologías utilizan diversos tipos de insumos (petróleo, carbón, gas, a escala industrial en los que intervienen plásticos biomasa, etc.). Las principales diferencias entre estas residuales, el Texaco Gasification Process (TGP) es tecnologías son los distintos niveles de temperatura uno de los de mayor difusión. El TGP es un proceso que se utilizan en los procesos y la cantidad de aire u en dos etapas, una etapa inicial de licuefacción, en la oxígeno presente en el proceso. que el plástico es parcialmente depolimerizado obteniéndose un aceite pesado y una mezcla de gases 4. GASIFICACIÓN compuesta por una fracción condensable y otra no condensable. Los gases no condensables se añaden a La gasificación consiste en el tratamiento térmico de una corriente de gas natural para utilizarse como los materiales a gasificar en presencia de una combustible en esta etapa de licuefacción. El aceite y cantidad controlada de oxígeno y/o vapor de agua, el gas condensable se inyectan a la segunda etapa de inferior a la estequiométrica, de manera que se gasificación que se lleva a cabo con oxígeno y vapor produzca una oxidación parcial de los mismos. Es de agua a temperaturas entre 1200-1500 ºC. Los una tecnología madura y ampliamente implementada productos obtenidos se someten a sucesivas etapas de industrialmente en el caso del carbón y algunas limpieza, recogiéndose al final de los mismos un gas fracciones petrolíferas. El producto de estos de síntesis limpio y seco formado principalmente por tratamientos es gas de síntesis (CO + H2), lo que CO y H2 y, en menor medida, por CH4, CO2 y H2O, requiere necesariamente acoplar estas tecnologías así como por algunos gases inertes. La limpieza o dentro de un complejo químico que permita el depuración del gas de síntesis es uno de los aprovechamiento de dicho producto. Generalmente, principales obstáculos para lograr un mayor los procesos de gasificación de hidrocarburos o desarrollo de esta tecnología. Los motores a gas y las biomasa constan de tres etapas: pirólisis del sólido y turbinas suelen tener baja tolerancia a las impurezas formación de hidrocarburos volátiles; craqueo en el gas de síntesis y por lo tanto, el depurado del secundario de los compuestos no volátiles formados; gas es un desafío cuando se procesa un insumo y gasificación de los productos obtenidos. La heterogéneo, que puede reflejarse en el aumento en gasificación propiamente dicha de la fracción sólida costos de operación1. carbonosa ocurre, a su vez, a través de diferentes reacciones: Otro proceso interesante es el Multi-purpose Gasification Process (MPG) de la compañía alemana C + O2 ======= CO2 (total) SVZ que opera con diferentes materiales residuales, C + ½ O2 ====== CO (parcial) incluidos plásticos, para obtener gas de síntesis y a C + 2 CO2 ====== 2 CO partir de él metanol y electricidad. Los residuos C + H2O ======= CO + H2 sólidos se alimentan a dos hornos consecutivos de C + 2 H2O ====== CO2 + 2 H2 gasificación de lecho fijo, junto con lignito y aceites CO + H2O ====== CO2 + H2 pesados residuales. Se inyectan también en C + 2 H2 ======= CH4 contracorriente oxígeno y vapor de agua. Los gases CH4 + H2O ===== CO + 3 H2 obtenidos en ambas etapas se purifican, obteniéndose un gas de síntesis limpio que se destina Dentro de las ventajas de este proceso está que no principalmente a la producción de metanol (alrededor necesita segregación previa de los componentes de del 70%) y electricidad (sobre un 20%). los residuos, pudiéndose aplicar a diferentes tipos de materias primas como carbón, biomasa, residuos plásticos o aceites minerales. Otra ventaja es que 1 Juniper Consultancy. (2008) Briefing document on the reduce las emisiones de sustancias tóxicas al pyrolysis and gasification of MSW. ambiente a través del manejo controlado de
  • 5. Otra tecnología disponibles para gasificación de reciclaje; uno de los más grandes inconvenientes es la residuos plásticos es el proceso Waste Gas gran variedad de tipos de plásticos con Technology UK Limited (WGT) 2 en el cual, composiciones químicas y propiedades diferentes. diferentes corrientes de residuos municipales e En los residuos plásticos encontramos polímeros industriales se peletizan y alimentan a un reactor como el polietileno de alta densidad (PEAD), cilíndrico donde se gasifican a 700-900 ºC para dar polietileno de baja densidad (PEBD), polipropileno lugar a un gas de elevado valor calorífico. Los (PP), cloruro de polivinilo (PVC), poliestireno(PS) y productos gaseosos se separan de los residuos sólidos polietilentereftalato (PET); en donde una gran carbonosos, que se incineran para producir vapor en cantidad del total lo conforman el PE,PP y el PS. En una caldera. Otro proceso es el Akzo Nobel3, que el reciclaje químico de residuos plásticos estos se depolimerizan separando las moléculas que los consta de dos reactores de lecho fluidizado que componen adicionando hidrógeno y calor; las trabajan a presión atmosférica. El primero de ellos es cadenas poliméricas se rompen para ser convertidas un reactor de gasificación que transforma los residuos en petróleo sintético el cual será utilizado en plantas (incluyendo policloruro de vinilo, PVC) a 700-900 ºC químicas o en refinerías. en productos gaseosos (combustibles y HCl) y alquitrán. La segunda unidad es un reactor donde se En el hidrocraqueo la rotura de las cadenas de produce la combustión de los alquitranes para polímero se llevan a cabo con la ayuda de un catalizador, este generalmente es un sólido que tiene proporcionar calor al primer reactor. Mediante la propiedades ácidas con la función de acelerar las circulación de arena entre ambos reactores se reacciones del craqueo del polímero, permitiendo así consigue la transmisión de calor. Actualmente se un trabajo a menores temperaturas respecto a los realizan investigaciones sobre la gasificación procesos térmicos, otra función del catalizador es la separada de cada tipo de polímero, para buscar las de orientar la reacción hacia la formación de condiciones de temperatura y oxígeno optimas que determinados compuestos, controlando de esta manera el valor comercial de los productos derivados mejoren la calidad del gas de síntesis obtenido. de la degradación del plástico. La hidrogenación o hidrocraqueo es aplicado a residuos plásticos de 5. HIDROCRAQUEO naturaleza poliolefínica ya que de estos se obtienen mezclas de hidrocarburos. La hidrogenación como tal es una reacción química que tiene como resultado final la adición de Actualmente se estudia la posibilidad de convertir el hidrógeno a otro compuesto, el proceso se realiza polietileno, utilizando el método del hidrocraqueo, generalmente a compuestos orgánicos insaturados donde catalizadores como los sulfuros de Níquel y como alquenos, alquinos, cetonas, nitrilos y aminas. NIMO son depositados en una matriz mixta de La hidrogenación se realiza adicionando directamente zeolita ZSM-5 y sílice – alúmina amorfa 6; estas hidrógeno diatómico (H2) a una presión dada y en reacciones se llevan a cabo a 375 ºC, adicionando presencia de un catalizador, por ejemplo la adición de hidrogeno (H2) a una presión de 70 atmosferas, donde hidrógeno en los alquenos para producir alcanos. El su resultado es una fracción líquida con propiedades proceso de hidrogenación es utilizado en la industria muy similares a las de la gasolina Premium petroquímica, alimentaria y farmacéutica. comercial. Podemos definir entonces que el hidrocraqueo es la En los residuos sólidos urbanos se encuentra la degradación de los polímeros mediante calentamiento mayor proporción de residuos plásticos los cuales en atmosfera de hidrógeno a elevadas presiones en están mezclados con materiales de naturaleza presencia de catalizadores bifuncionales que diferente; del total aproximadamente estos residuos promueven la hidrogenación de los productos. Este plásticos son el 7% en peso y el 20% en volumen. La proceso es un tratamiento que permite obtener baja densidad y la mezcla con otros materiales elevados rendimientos a hidrocarburos líquidos dificulta su separación y clasificación para el operando a temperaturas entre 300- 500ºC, con el inconveniente que la operación del hidrogeno a 2 S. M. Al-Salem, P. Lettieri, J. Baeyens, Prog. Energy presiones entre 20 y 100 bares es costoso para el Comb. Sci. (2010), 36, 103–129 proceso. 3 Ibid. Los catalizadores que se utilizan en el hidrocraqueo son bifuncionales por que cuentan con una fase
  • 6. metálica con función hidrogenante y un material ácido con función de craqueo e isomerización. Cuando se combinan ambas funciones apropiadamente se da lugar a una variedad de reacciones de reformado como la isomerización de parafinas lineales a ramificadas, la deshidrociclación de parafinas lineales a naftenos, la deshidrogenación de naftenos hacia aromáticos, entre otros. También con la combinación de ambas funciones se busca la saturación de los dobles enlaces y el craqueo de las moléculas. Los catalizadores más utilizados son: sílice-alúminas, zeolitas impregnadas con metales nobles como el platino y el paladión o metales en transición como el Níquel, Molibdeno, wolframio y cobalto. El proceso de hidrocraqueo de residuos plásticos más utilizado es el “Veba Combi Cracking Process” el Valorización de plásticos por hidrocraqueo cual fue muy utilizado por la compañía Veba Oel AG entre 1993 y 1999; esta compañía alemana procesaba 6. PIRÓLISIS exclusivamente plástico residual de envases y embalajes con una capacidad de 80000 toneladas por La pirólisis se puede definir como la descomposición año; su proceso consistía en las siguientes etapas: térmica de un material en ausencia de oxígeno o cualquier otro reactante. Esta descomposición se Etapa 1: Despolimerización y deshalogenación del produce a través de una serie compleja de reacciones plástico entre 350ºC y 400ºC químicas y de procesos de transferencia de materia y calor. La pirólisis también aparece como paso previo Etapa 2: La fracción gaseosa se somete a un lavado a la gasificación y la combustión. La pirólisis para absorber y recuperar el cloro en forma de HCl extrema, que sólo deja carbono como residuo, se comercializable. llama carbonización. La pirólisis es un caso especial de termólisis. Un ejemplo de pirólisis es la Etapa 3: Los líquidos y gases limpios se llevan a la destrucción de neumáticos usados. En este contexto, etapa de hidrogenación a temperaturas entre 400ºC y la pirólisis es la degradación del caucho de la rueda 500ºC, bajo una presión de 100 bares de hidrógeno en mediante el calor en ausencia de oxígeno. Se puede un reactor de fase líquida. considerar que la pirólisis comienza en torno a los 250 °C, llegando a ser prácticamente completa en Etapa 4: Los productos se separan en dos fracciones; torno a los 500°C, aunque esto está en función del la más pesada (2%aprox) contaminada con metales, tiempo de residencia del residuo en el reactor. A cenizas y sales orgánicas, se utiliza para la partir de la pirólisis pueden obtenerse diferentes producción de coque. La fracción ligera se somete de productos secundarios útiles en función de la nuevo a un reformado con hidrógeno en un reactor de tecnología de tratamiento que se utilice. lecho fijo para la obtención de crudo sintético. Existen dos clases de pirólisis: • Pirólisis al vacío: el material orgánico se calienta en el vacío para reducir el punto de ebullición y evitar reacciones químicas adversas. • Pirólisis acuosa: denominar también la termólisis con presencia de agua, tal como el craqueo por vapor de agua del petróleo o la depolimerización térmica de los residuos orgánicos en crudo pesado. La pirólisis trabaja sin aire u oxígeno y a temperaturas que oscilan entre 250 y 700º C, aunque es difícil de alcanzar en el caso de los RSU, ya que el oxígeno está presente en los residuos. En muchos casos, se agrega a estas opciones la tecnología de un
  • 7. arco de plasma para alcanzar mayores temperaturas y Fuente: http://spanish.alibaba.com/product-free/tyre- así lograr no sólo un gas de mejor calidad sino pyrolysis-plant-115974603.html también una reducción de las sustancias tóxicas. Algunos procesos de gasificación operados a Khodiyar es una empresa con su singular tecnología temperaturas elevadas hacen que la ceniza renovable incluye el uso de neumáticos de desecho inorgánica sea vitrificada, comúnmente denominada como materia prima para la producción de escoria. combustible verde de aceite, negro los insumos se El arco de plasma consiste en la generación de una consiguen en una planta de reciclaje. antorcha o columna de calor a una temperatura entre 1.600°C y 25.000°C dependiendo de la aplicación. La compañía química alemana BASF ha construido Para conseguir esas temperaturas se pasa un gas una planta de transformación de desechos plásticos inerte a través de dos electrodos donde circula una en Ludwigshaffen. En el proceso, los plásticos corriente eléctrica con el voltaje necesario para mezclados y aglomerados son fundidos. El cloruro producir un arco eléctrico. Dicho arco eleva la de hidrógeno que expulsan se absorbe y se extrae, temperatura del gas transformándolo en lo que se para que la materia que resta sea despolimerizada en llama el cuarto estado de la materia, es decir, el lecho fluidizado a 400 °C y transformada en un plasma. Podría definirse al plasma como materia en producto líquido en un porcentaje del 60% y en gas estado gaseoso ionizado, formado por cantidades 20%. La unidad es rentable gracias a la subvención casi iguales de electrones e iones positivos. Se lo del organismo encargado de la gestión de las denomina plasma ya que posee características actividades de transformación de desechos de los diferentes a los otros estados de la materia (sólido, embalajes de la zona del Rhin. DSD ofrece una prima líquido y gaseoso). de 144 euros por cada tonelada de desechos de Cuando la gasificación, la pirólisis o el arco de plásticos tratados en la nueva planta. Esta cifra plasma utilizan como insumo a los RSU, tanto la representa la diferencia entre el coste del producto y normativa de la Unión Europea como de la Agencia el valor de los compuestos extraídos. Además, no es de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA, más que una pequeña parte de las ayudas, ya que hay por sus siglas en inglés) establecen que son que contar con una cifra similar para la preparación asimilables a la incineración y están obligadas a de desechos y cerca de 25 euros por tonelada para su cumplir las regulaciones establecidas en la normativa. transporte. Si bien existen diferentes diseños de plantas que Si se analiza el caso expuesto anteriormente, el pueden englobarse bajo los nombres de gasificación, desarrollo sostenible de las plantas están pirólisis y plasma (en muchos casos funcionan en acompañadas de una cadena de responsabilidades que combinados entre sí), la mayoría de estos procesos parten desde los usuarios domiciliarios, los comprende varios pasos: recuperadores ambientales, los centros de acopio, los • Preparación del insumo centros de reciclaje y el aprovechamiento adecuado • Generación de Syngas (El gas de síntesis o de las emisiones. Sintegas) Otra iniciativa es la generación de diesel a partir de • Depuración de Syngas residuos plásticos: todos los residuos plásticos que El syngas creado en estos procesos está compuesto llegan a la planta de reciclaje son mezclados sin principalmente por monóxido de carbono (CO), importar en principio el tipo de polímero o mezcla dióxido de carbono (CO2), hidrógeno (H2), metano del mismo, dado que el proceso es el mismo para (CH4), y pequeñas cantidades de otros hidrocarburos todos, y son introducidos para su tratamiento en una más pesados (etano y etileno). cámara cilíndrica. En la cámara cilíndrica dicha mezcla de plásticos son sometidos a unas altas Gráfica 1: Planta de pirolisis de neumáticos temperaturas, entorno los 370ºC y 420ºC, y los gases generados, los gases pirolíticos, se condensan en un proceso de dos etapas con el fin de alcanzar un destilado de hidrocarburos, es decir, petróleo de bajo contenido en azufre. Mediante este tratamiento por pirólisis de los residuos plásticos, por cada tonelada de residuo plástico introducido en la cámara cilíndrica se obtiene aproximadamente unos 750 litros de diesel y 250 litros de queroseno. Dependiendo esta proporción de la calidad de la mezcla de plásticos introducida, dado que dependiendo de la mezcla la producción del
  • 8. combustible podrá ser mayor o menor. La instalación - La utilización del método de pirólisis, presenta trata 10.000 toneladas de residuos plásticos que en las diferentes plantas un sinfín de problemas permitirán producir más de 4 millones de litros de debido a que los componentes de RSU son combustible. demasiado heterogéneos y eso hace que las Desafortunadamente las plantas diseñadas hasta el variaciones de emisiones no sean aprovechables momento no presentan una solución efectiva al en su totalidad obligando a la planta 100%, la reducción de emisiones es mínima: inevitablemente a emitir al ambiente parte de dichos gases. - La pirólisis garantiza la generación de energía en Cuadro 1: Comparación de emisiones tóxicas - diversas formas: gas, vapor, combustibles, Incineración en masa vs. Pirólisis: aceites, entre otros. - Las plantas de tratamiento que trabajan en la transformación de RSU están en constante evolución se han combinado sistemas de: pirolisis y gasificación, fundición previa de los plásticos, la combinación de la pirólisis y arco de plasma para llegar a un mayor grado de temperatura aminorando las emisiones, lecho de fluidización y pirólisis, entre los más aplicados en las plantas. REFERENCIAS CONCLUSIONES Aguado, J. Serrano, P., Escola J y Briones L. (2011). El papel de la química en la valorización de los - Para el tratamiento de residuos plásticos no solo residuos plásticos. Real Sociedad Española de los procesos de incineración con recuperación Química.107, 76-83. energética y reciclado mecánico son utilizados; también los tratamientos químicos se han Aguado, J., Serrano, D. (1999). Feedstock recycling convertido en alternativas modernas con un gran of Plastic Wastes. The Royal Society of Chemistry, potencial en desarrollo para dicha valorización. Cambridge - Los tratamientos químicos presentan una gran ventaja para obtener productos de valor añadido Aguado, J., Sotelo, J.L., Serrano, D.P., Calles, J.A., y utilizable como materias primas para la Escola, J.M., Energy & Fuels, 11, 1225. (1997). industria química y como combustibles. - La aplicación de los tratamientos químicos Billmeyer, F. (2004). Ciencia de los polímeros. depende del tipo de polímero. Editorial Reverté. - Los residuos plásticos pueden degradarse mediante tratamientos térmicos para obtener Castro ,V., Rodríguez, A y Díaz V. (2008) Esquemas mezclas de hidrocarburos líquidos y gaseosos. de reacción para licuefacción y gasificación - Las técnicas de depolimerización térmica como hidrotérmica de macromoléculas orgánicas. Una la pirólisis, la hidrogenación, el craqueo y la revisión. Rev. Acad. Colomb. Cienc. 32(125): 559- gasificación degradan los polímeros y generan 570. productos gaseosos, sólidos y líquidos que pueden ser utilizados como combustibles, la Cedex. Gestión del residuo. Reciclaje químico. [en diferencia entre estos procesos radica en la línea] consultado el 05 de Diciembre de 2012 en temperatura a la cual calientan los residuos http://www.cedexmateriales.vsf.es/view/ficha.aspx?i plásticos y la cantidad de oxígeno o aire presente dresiduo=398&idmenu=409 en el proceso. - En el proceso de hidrocraqueo, la presencia de Comments in Opposition to Sun Energy Group’s un catalizador y su selección adecuada, permite Permit Application for a Plasma Arc Facility in New utilizar condiciones de operación más suaves Orleans, Greenaction for Health and Environmental para controlar la distribución de tamaños Justice, Junio de 2009. moleculares de los productos. - Los residuos plásticos pueden utilizarse como Greenpeace (2011). Gasificación, pirólisis y plasma: agentes reductores en altos hornos, sustituyendo Nuevas tecnologías para el tratamiento de residuos parcialmente al coque. urbanos: viejos riesgos y ninguna solución.
  • 9. Nakamatsu Kuniyoshi , J. Estudio de la despolimerización de desechos plásticos – Parte I. Plastics convert iron ore to steel, APME ( 2009). Disponible en www.plasticseurope.org Reciclado de residuos plásticos – Revista Iberoamericana de Polimeros Volumen 5, José Arandes, Javier Bilbao, Danilo Lopez. Despolimerización Controlada – Fibertel División Química. Pyrolysis, gasification and plasma. Briefing. Friends of the Earth, Septiembre de 2009. Revista Iberoamericana de Polímeros Arandes et al., Volumen 5(1), Marzo de 2004, Reciclado de residuos plásticos. Webgrafía: http://energia12.com/2012/03/28/obtencion-diesel- a-partir-de-residuos-plasticos/ http://es.wikipedia.org/wiki/Gas_de_s%C3%ADntesi s http://es.wikipedia.org/wiki/Pir%C3%B3lisis http://es.wikipedia.org/wiki/Pir%C3%B3lisis http://www.ecured.cu/index.php/Pir%C3%B3lisis http://www.youtube.com/watch?feature=player_e mbedded&v=cqrAWYtd6RI