¿Es posible recuperar reciclados de plástico a partir de corrientes de desechos previamente no utilizadas para producir fibras y películas de alta calidad? ¿Cómo se pueden fabricar fibras de polímero biobasadas de manera que permitan una biodegradabilidad ajustable? Estas son las preguntas que están abordando los investigadores del Fraunhofer Cluster of Excellence Circular Plastics Economy (CCPE) en el proyecto Zirk-Tex. Como alternativa a los procesos mecánicos, están desarrollando conjuntamente métodos de reciclaje innovadores para la producción de membranas de cubierta y geosintéticos sostenibles, lo que implica el análisis de toda la cadena de valor a escala piloto.

El mercado de plásticos reciclados, especialmente los reciclados de polipropileno (PP) y polietileno tereftalato (PET), todavía tiene un potencial significativo. La demanda de soluciones sostenibles está creciendo, pero la calidad de los reciclados disponibles necesita mejorar. Muchos procesos de reciclaje fallan debido a contaminantes que complican el procesamiento, por lo que los reciclados a menudo aún no pueden competir con los materiales vírgenes.

Junto con el Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology (IME) y el Fraunhofer Institute of Optronics, System Technologies and Image Exploitation (IOSB), los seis institutos del Fraunhofer CCPE Cluster buscan superar esta limitación y generar un cambio. En el proyecto Zirk-Tex (del alemán “circular textile sheet structures”), investigan si es posible producir plásticos reciclados a partir de flujos de residuos plásticos previamente no utilizados para fabricar películas, no tejidos y fibras de alta calidad, que luego puedan procesarse en membranas de cubierta. Cada año se instalan varios cientos de millones de metros cuadrados de membranas de cubierta en Europa.

Al mismo tiempo, los biopolímeros aún suelen considerarse carentes de las propiedades necesarias para aplicaciones técnicas exigentes. En el segundo caso de uso del proyecto, los socios lograron producir fibras libres de contaminantes a partir de biopolímeros, concretamente poliácido láctico (PLA) y succinato de polibutileno (PBS), para la fabricación de geotextiles biodegradables cuya degradación en el entorno puede controlarse. Este tipo de textiles biodegradables se utiliza, por ejemplo, para la estabilización temporal de taludes y riberas de ríos, o para la construcción de vías de acceso temporales en obras.

Producción rentable de láminas bajo cubierta a partir de PP y PET

“Fabricar componentes moldeados por inyección a partir de plásticos reciclados es relativamente sencillo. Sin embargo, resulta mucho más complejo utilizarlos para producir productos textiles como no tejidos para láminas bajo cubierta, ya que los procesos de formación de filamentos imponen exigencias extremadamente altas a los reciclados. El material de alimentación debe ser homogéneo y estar completamente libre de contaminantes para poder extruirse de forma uniforme a través de capilares extremadamente finos y, tras la extrusión, soportar fuerzas de tracción que en algunos casos son muy elevadas”, explica Evgueni Tarkhanov, investigador del Fraunhofer IAP. “La estabilidad del procesamiento es absolutamente crucial para la producción”.

Incluso pequeñas cantidades de impurezas o de polímeros extraños representan defectos en el filamento extruido, lo que incrementa la probabilidad de roturas durante el proceso productivo. La sustitución de haces de filamentos en las guías del hilo requiere mucho tiempo y, en algunos casos, puede provocar la detención de las líneas de producción, con los consiguientes costos elevados.

Repensar toda la cadena de valor

“Para poder fabricar láminas bajo cubierta a partir de residuos posconsumo, cubrimos toda la cadena de proceso del PP y el PET a escala piloto, desde el análisis de los procesos de clasificación (Fraunhofer IOSB) y los métodos innovadores de reciclaje (Fraunhofer ICT y Fraunhofer IVV) hasta la fase de aplicación. Mediante el reciclaje de residuos plásticos adecuados se obtiene un granulado o compuesto, que posteriormente se aditiva (Fraunhofer LBF) y se procesa mediante hilado en fusión para producir no tejidos, películas o membranas”, explica Christian Schütz, investigador del Fraunhofer LBF y director del proyecto.

El trabajo del equipo de investigación incluyó la evaluación del potencial de dos procesos de reciclaje. La fracción de PET se sometió a glicólisis, un proceso de reciclaje químico seguido de repolimerización, mientras que las fracciones de PP y PET se recuperaron mediante un proceso de reciclaje basado en disolventes que incluye etapas de purificación. Los residuos de ambos procesos de reciclaje se valorizaron posteriormente mediante pirólisis (Fraunhofer UMSICHT). El trabajo práctico fue respaldado por un análisis de ciclo de vida (Fraunhofer UMSICHT) y un análisis de flujos de materiales de las corrientes disponibles (Fraunhofer IML).

Procesos innovadores de reciclaje para obtener reciclados libres de contaminantes

Mediante el proceso de reciclaje basado en disolventes desarrollado por Fraunhofer IVV, el equipo logró separar el PP de polímeros y aditivos no deseados, obteniendo un material prácticamente libre de contaminantes. La corriente de residuos contenía inicialmente un 33 % de PP y un 67 % de plásticos ajenos. Tras el procesamiento, el polietileno (PE) fue el único polímero no deseado significativo, con una proporción inferior al 2 %.

El equipo también garantizó la estabilidad del reciclado de PP a altas temperaturas de procesamiento. El rPP recuperado se transformó posteriormente en un hilo multifilamento en Fraunhofer IAP. “Gracias a la estrategia de aditivación adecuada, también logramos mejorar significativamente la estabilidad del procesamiento tanto de los reciclados de PP como de PET”, señala Schütz.

Para la glicólisis del PET realizada en Fraunhofer ICT, los investigadores utilizaron bandejas de PET que contenían un 13 % de impurezas no deseadas. La glicólisis es una forma de solvolisis en la que se emplea etilenglicol para despolimerizar el PET en tereftalato de bis(2-hidroxietilo) (BHET). “La solvolisis implica la descomposición selectiva de los plásticos en sus respectivos monómeros mediante un reactivo de despolimerización”, explica Schütz. El BHET obtenido se repolimerizó posteriormente en rPET en Fraunhofer IAP y se procesó en una línea piloto de hilado en fusión para producir un hilo multifilamento con 48 filamentos.

Además, los investigadores demostraron que la misma fracción de PET también puede reciclarse mediante un proceso basado en disolventes. “Pudimos obtener fibras tanto de PP como de PET para la producción de no tejidos y, en el caso del PP, también para la fabricación de membranas”, afirma Tarkhanov.

La pirólisis de los residuos del proceso de reciclaje basado en disolventes de las fracciones de PP dio como resultado una alta proporción de gas de pirólisis y una baja proporción de coque, mientras que la pirólisis de los residuos de la solvolisis del PET produjo fracciones de aceite de pirólisis con un alto contenido de aceite y bajo contenido de coque. Los productos obtenidos de ambas corrientes de alimentación muestran un buen potencial para su valorización posterior.

Los análisis complementarios también revelaron que existen cantidades adecuadas y suficientes de PP y PET disponibles, aunque todavía es necesario establecer la infraestructura logística y de clasificación requerida para acceder a ellas. Los resultados agregados del análisis de ciclo de vida mostraron que la cadena de valor del proceso desarrollado por Fraunhofer CCPE ofrece una mejor huella climática tanto para los biopolímeros como para los reciclados en comparación con el uso de plásticos vírgenes. “Logramos demostrar con éxito que corrientes de materiales previamente no utilizadas son una opción viable para la producción de materiales de alta calidad basados en reciclados”, afirma Schütz.

Geotextiles biodegradables fabricados a partir de PLA y PBS

¿Pueden fabricarse plásticos para aplicaciones paisajísticas a partir de polímeros de base biológica (PLA y PBS)? ¿Es posible producir materiales que se degraden de manera controlada y no generen problemas ambientales? ¿Cómo se garantiza que el PLA y el PBS se mantengan estables durante su uso y luego se degraden de forma rápida y completa? Estas cuestiones se abordan en el segundo caso de uso del proyecto, centrado en geotextiles diseñados para aplicaciones de corta duración, inferiores a 10 años, y que, por tanto, requieren una degradación rápida. El enfoque se centró en la biodegradabilidad y la ecotoxicidad de los bioplásticos, con ensayos realizados utilizando materiales vírgenes de PLA y PBS.

Para evaluar la biodegradabilidad, los socios del proyecto almacenaron fibras de dos tipos de PBS y tres tipos de PLA durante 25 semanas en Fraunhofer UMSICHT, a 40 °C y 90 % de humedad relativa, en suelo húmedo. Mediante aditivos específicos desarrollados por Fraunhofer LBF, los investigadores lograron controlar el inicio y la progresión de la degradación de las fibras de PLA y PBS y acelerarla significativamente, tal como se demostró en los ensayos de degradación, manteniendo en gran medida las propiedades del material hasta el comienzo del proceso degradativo.

“Para ambos materiales, PLA y PBS, logramos producir fibras con un comportamiento de degradación controlado y ajustable”, afirma Schütz. “Las pruebas de ecotoxicidad realizadas por Fraunhofer IME no mostraron indicios de efectos adversos. Nuestros resultados ofrecen una perspectiva concreta de desarrollo para el uso de geotextiles en aplicaciones reales, y ahora pretendemos seguir avanzando en esta línea en colaboración con socios industriales”.

Información tomada de comunicado de prensa en la sección de “Engineering” en Tech Xplore.