Questo nuovo processo potrebbe finalmente trasformare i sacchetti di polietilene e la plastica in qualcosa di utile?

La plastica in polietilene – in particolare l’onnipresente sacchetto di plastica che rovina il paesaggio – è notoriamente difficile da riciclare. Sono robusti e difficili da scomporre e, se vengono riciclati, vengono fusi in uno stufato polimerico utile principalmente per il decking e altri prodotti di basso valore.

Ma un nuovo processo sviluppato presso l’Università della California, Berkeley e il Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) potrebbe cambiare tutto ciò. Il processo utilizza catalizzatori per rompere i lunghi polimeri di polietilene (PE) in pezzi uniformi – la molecola di propilene a tre atomi di carbonio – che sono le materie prime per produrre altri tipi di plastica di alto valore, come il polipropilene.

Il processo, certamente nelle prime fasi di sviluppo, trasformerebbe un prodotto di scarto – non solo sacchetti e imballaggi di plastica, ma tutti i tipi di bottiglie di plastica PE – in un prodotto importante e molto richiesto. I metodi precedenti per rompere le catene del polietilene richiedevano temperature elevate e fornivano miscele di componenti con una domanda molto inferiore. Il nuovo processo potrebbe non solo ridurre la necessità di produzione di propilene da combustibile fossile, spesso chiamato propene, ma anche contribuire a soddisfare il bisogno attualmente insoddisfatto di più propilene da parte dell’industria della plastica.

“Nella misura in cui vengono riciclati, molti materiali plastici in polietilene vengono trasformati in materiali di bassa qualità. Non è possibile prendere un sacchetto di plastica e poi ricavarne un altro con le stesse proprietà", ha affermato John Hartwig, titolare della cattedra Henry Rapoport di Chimica organica dell'UC Berkeley. “Ma se riesci a riportare quel sacchetto di polimero ai suoi monomeri, a scomporlo in piccoli pezzi e a ripolimerizzarlo, allora invece di estrarre più carbonio dal terreno, lo userai come fonte di carbonio per fare altre cose – ad esempio, polipropilene. Utilizzeremmo meno gas di scisto per quello scopo, o per altri usi del propene, e per colmare il cosiddetto gap del propilene”.

La plastica in polietilene costituisce circa un terzo dell’intero mercato mondiale della plastica, con oltre 100 milioni di tonnellate prodotte ogni anno da combustibili fossili, compreso il gas naturale ottenuto dalla fratturazione idraulica, spesso chiamato gas di scisto.

Nonostante i programmi di riciclaggio (i prodotti in PE riciclabili sono contrassegnati con i numeri di plastica 2 e 4), solo il 14% circa di tutti i prodotti in plastica di polietilene viene riciclato. A causa della loro stabilità, i polimeri di polietilene sono difficili da scomporre nelle loro parti componenti o da depolimerizzare, quindi la maggior parte del riciclaggio prevede la fusione e la modellatura in altri prodotti, come mobili da giardino, o la combustione come combustibile.

Depolimerizzare il polietilene e trasformarlo in propilene è un modo di upcycling, ovvero produrre prodotti di valore più elevato da rifiuti essenzialmente a valore zero, riducendo al contempo l’uso di combustibili fossili.

Hartwig e i suoi colleghi pubblicheranno i dettagli del loro nuovo processo catalitico questa settimana sulla rivista Science.

Hartwig è specializzato nell'utilizzo di catalizzatori metallici per inserire legami insoliti e reattivi nelle catene di idrocarburi, la maggior parte delle quali sono a base di petrolio. Nuovi gruppi chimici possono quindi essere aggiunti a questi legami reattivi per formare nuovi materiali. Il polietilene idrocarburico, che tipicamente si presenta come una catena polimerica di circa 1.000 molecole di etilene (ogni etilene è composto da due atomi di carbonio e quattro di idrogeno), ha rappresentato una sfida per il suo team a causa della sua generale non reattività.

Con una sovvenzione del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti per studiare nuove reazioni catalitiche, Hartwig e gli studenti laureati Steven Hanna e Richard J. "RJ" Conk hanno avuto l'idea di rompere due legami carbonio-idrogeno sul polietilene con un catalizzatore - inizialmente, un catalizzatore di iridio e, successivamente, con catalizzatori platino-stagno e platino-zinco - per creare un doppio legame reattivo carbonio-carbonio, che fungerebbe da tallone d'Achille. Con questa fessura nell'armatura dei legami carbonio-idrogeno del polimero, potrebbero quindi svelare la catena del polimero mediante reazione con l'etilene e due catalizzatori aggiuntivi che reagiscono in modo cooperativo.