19-23 Ambiente
Transcript
19-23 Ambiente
L’AMBIENTE RICICLARE IL PVC: LIMITI ED OPPORTUNITÀ di Anna Crestana ome molte altre materie plastiche, il polivinilcloruro fa prepotentemente parte della nostra vita quotidiana. Infatti, ne possiamo riscontrare l’utilizzo nei più svariati settori: la maggior parte delle sue applicazioni riguarda l’edilizia, dalle tubature rigide o flessibili, ai profilati, ai serramenti, alle pavimentazioni; è usato nei cavi per circuiti elettrici o telecomunicazioni, nei nastri adesivi isolanti, in nastri trasportatori, in oggetti per uso medico, dai blister per pastiglie ai tubicini flessibili per flebo; è inoltre utilizzato per produrre films per packaging, carte di credito, scarpe, giocattoli, carta da parati, contenitori per liquidi, componenti per auto, articoli in similpelle ed innumerevoli altri prodotti. Non stupisce quindi come il riciclo del PVC sia da tempo oggetto di studio, controverso e quindi dettagliato, da parte di Istituzioni come la Comunità Europea, associazioni di consumatori ed ambientaliste come Greenpeace, enti che si occupano del controllo della salute pubblica, l’Environmental Protection Agency americana, consorzi di industrie dei settori produttivi e di trasformatori. L’interesse ad uno studio completo di questo materiale ad uso ubiquitario riguarda naturalmente tutto il ciclo di vita del PVC ed è giustificato dalla sua natura di polimero clorurato, dalla tipologia e dalla quantità degli additivi di cui normalmente necessita per acquisire proprietà utili dal punto di vista tecnico e commerciale e, non ultimi, dai rischi per la salute e l’ambiente connessi al suo riciclo. Quest’ultimo si può rivelare difficoltoso, in particolare a causa degli elevati costi di raccolta e separazione da altri materiali: costi in genere non giustificati dal competitivo prezzo del PVC vergine e dalla minor qualità di quello riciclato. Nel 2000 la Comunità Europea ha emesso un documento su tale questione, il cosiddetto “LIBRO VERDE sulle Problematiche Ambientali del PVC”: si tratta di una serie di misure sia volontarie sia mandatorie, aventi lo scopo di adottare una comune strategia per il PVC in merito al suo utilizzo, sviluppo e riciclo all’interno della Comunità Europea. Il documento è stato stilato sulla base dei risultati degli studi tecnici proposti dall’UE, che hanno approfondito i diversi aspetti del ciclo di vita del PVC dalla sintesi alle sue trasformazioni. Particolare rilievo è stato dedicato alle conseguenze della sua presenza insieme ai rifiuti urbani ed industriali conferiti ad inceneritori, impianti per il riciclaggio di materie plastiche, discariche. Pur essendo tecnicamente fattibile recuperare il PVC insieme con altri rifiuti o ad altre materie plastiche, esso è in realtà deleterio per la qualità del riciclato finale: nel caso di HDPE o PET, la contaminazione da composti clorurati ed additivi derivanti dal PVC ne fa sostanzialmente peggiorare le proprietà fisico-meccaniche e quindi diminuire il valore commerciale. Ciò considerato, è rilevante menzionare che sono stati fissati dei limiti per la concentrazione in peso di cloro nei materiali conferiti al recupero energetico: infatti, se da un processo di questo tipo si vogliono ottenere idrocarburi da utilizzare poi come combustibili, questi dovranno avere un contenuto massimo in Cl stabilito dalla legislazione locale, il che significa una quantità massima di PVC in alimentazione. Tutto ciò non avviene solo in ambito Europeo: in Giappone, misure restrittive sui materiali da imballaggio hanno indotto i produttori di beni di largo consumo e di cosmetici, come ad esempio Shiseido Co., Kao Corp., Lion Corp., a dover definire in quanto tempo sarebbero stati in grado di sostituire il packaging in PVC con quello in PP o HDPE. Rimanendo invece in ambito Comunitario, il consorzio Europeo dei produttori di PVC (ECVM) ha sottoscritto un impegno volontario per promuove- C 19 re lo sviluppo sostenibile della produzione di questo materiale e dei suoi compositi. Tra gli scopi vi è anche lo studio di tecnologie per il riciclo, in particolare di prodotti cosiddetti “post-consumo”. Si distinguono, infatti, tre classi di rifiuti in PVC: • • • tità rilevanti, cioè oltre al 50% del composito originale com’è il caso dei plasticizzanti in films, tubi flessibili o negli articoli in pelle sintetica. Gli additivi servono a modulare le proprietà fisicomeccaniche del prodotto finito, ma anche ad ottimizzare il processo produttivo; essi si possono suddividere in: Residui di produzione, vale a dire scarti provenienti dagli impianti o dalle fabbriche che producono prodotti in PVC, ad esempio durante operazioni di taglio o calandratura. In questo caso il recupero è efficace grazie all’omogeneità di composizione rispetto al prodotto vergine e grazie all’efficienza del riciclo, poiché si può selezionare e suddividere le qualità degli scarti a monte, prima del conferimento al recupero. Residui da installazione, che si ritrovano in seguito alla posa di cavi, pavimentazioni, tubi, ogniqualvolta questi siano ridotti dalla dimensione originale a quella che effettivamente serve all’acquirente. In questo caso, si può attuare un efficiente recupero organizzato direttamente dai fornitori di beni in PVC. Recupero post-consumo, cioè a fine vita del manufatto, quando esso viene eliminato insieme a rifiuti domestici o industriali. Per avere un termine di paragone, si stima che in Europa le prime due modalità di recupero per il PVC contino per un 80%, mentre la terza solo per il 3% e riguarda quasi esclusivamente cavi. IL RUOLO DEGLI ADDITIVI Le prime due tipologie di scarti sono più facilmente gestibili della terza: come accennato poc’anzi, il PVC ha in genere un effetto deleterio sul recupero di altri materiali a causa del suo contenuto in Cl e di additivi. Questi in particolare, oltre ad essere di svariate tipologie, possono esser presenti in quan- Figura 1. A sinistra, il simbolo per il riciclaggio del PVC. Al centro: il recupero di scarti da installazione è un efficiente metodo per riciclare compositi in PVC. A destra: le limitazioni del recupero post-consumo. Flaconi di PVC raccolti insieme con altri materiali diminuiscono la qualità dei riciclati in PET, PP ed HDPE 20 • stabilizzanti contro la degradazione termica e lo sviluppo di HCl durante la lavorazione; sono composti a base di solfati, ossidi ed idrossidi di metalli come Pb, Cd, Ba, Zn, Ca; • stabilizzanti contro la degradazione ossidativa o da UV, come ZnO, CaO, derivati fenolici, polioli, alchil ed aril fosfiti; • plasticizzanti, a base di esteri dell’acido citrico, dietilenglicole dibenzoato, oltre ai meglio noti composti della famiglia degli ftalati, di cui i più utilizzati sono bis-(2-etilesil) ftalato (DEHP), diisodecil ftalato (DIDP) e diisononil ftalato (DINP); • riempitivi, come calcio carbonato; • lubrificanti; • coloranti; • modificatori d’impatto, come l’MBS. L’impegno preso nel 2000 dai produttori Europei di composti vinilici, all’interno dell’iniziativa volontaria “Vinyl 2010”, ha promosso l’eliminazione degli stabilizzanti a base di metalli pesanti, in particolare Cd (obiettivo raggiunto nel 2001) e Pb (entro il 2015); altri composti, come stearati di Ca e Zn, hanno tossicità inferiore a quelli di Pb, Ba/Zn, Sn, ma sono in genere più costosi e meno efficienti. Nel recente passato gli ftalati come il DHBP sono stati oggetto di campagne che ne chiedevano l’eliminazione, in particolare dai giocattoli per bambini. Studi sul loro rilascio durante l’uso e dopo il conferimento in discarica sono stati presentati all’interno della discussione promossa dall’UE prima di stilare il Libro Verde, ma i risultati non sono sempre coerenti tra uno studio e l’altro. I lubrificanti come cere ed acidi grassi sono dosati indicativamente tra l’1% ed il 4% in peso del polimero ed impediscono ad esso di rimanere adeso alle pareti durante lo stampaggio. I riempitivi come il carbonato di calcio od il talco servono a migliorare proprietà come la resistenza elettrica e meccanica e possono costituire anche il 50% del composito. I ritardanti di fiamma, come ad esempio le cloroparaffine, sono utilizzati nei PVC flessibili: questi, infatti, hanno un elevato contenuto in plasticizzanti e quindi un contenuto di Cl inferiore rispetto al PVC vergine, che già di per sé ha proprietà antifiamma. RICICLO rifiuti solidi urbani. Esso ha quindi un effetto rilevante nei gas di scarico: il loro contenuto in Cl determina il tipo di trattamento che i gas devono subire prima dell’immissione in atmosfera, la quantità di neutralizzante necessario e, di conseguenza, la quantità di scarti prodotti. In genere, questi ultimi sono conferiti in discarica. Oltre ad agire a posteriori e neutralizzare i gas di scarto, ci sono almeno due alternative: si interviene a priori selezionando il materiale che entra nell’impianto (in genere, il massimo contenuto accettabile è solamente dell’ordine di qualche punto percentuale) oppure si prevede un passaggio di dealogenazione termica, con eventuale recupero di HCl prima di procedere all’incenerimento. Molti studi, di cui alcuni proposti solo a livello di impianto pilota, sono stati dedicati all’implementazione di due opportunità: CHIMICO E RECUPERO ENERGETICO I sistemi di riciclaggio del PVC si possono raggruppare in 4 tipologie, esempi delle quali sono riportate in Tabella 1: • Riciclo chimico. Si tratta in genere di dealogenazione e cracking della frazione di idrocarburi rimanente; in taluni casi è previsto il recupero del cloro come HCl o CaCl2, mentre la frazione idrocarburica può essere utilizzata come combustibile, ad esempio in alimentazione ad inceneritori; • Riciclo meccanico, in cui avvengono separazione, riduzione dimensionale, fusione del materiale composito iniziale, a recuperare quanto più possibile le frazioni “pregiate” come ad esempio PVC da cavi; • Recupero energetico; • Conferimento in discarica. Ognuno di essi presenta naturalmente pro e contro, ma per tutti il problema del trattamento del PVC consiste principalmente nella presenza, come appena discusso, di svariate tipologie di additivi di natura sia organica che inorganica, presenti anche in percentuali rilevanti, nell’elevato contenuto in Cl del materiale di partenza, nonché nello sviluppo di sottoprodotti di reazione pericolosi per la salute e l’ambiente, come diossine e furani (es. in Figura 2). • Riciclo chimico e/o meccanico del PVC da recupero “pre-consumo”, ricavato da particolari settori come quello dell’edilizia; • Recupero energetico. Molte sono le proposte in quest’ambito, tuttavia questo tipo di processo richiede che siano effettuati degli adattamenti preventivi ai sistemi di riciclaggio o agli impianti per la produzione di energia già esistenti, in modo da renderli adatti ad un’alimentazione ricca in PVC. Infatti, solo alcuni degli attuali processi di recupero energetico possono ricevere un feedstock ricco in composti clorurati: come riportato in Tabella 1, questo limite è in genere del 2% circa in peso, che per alcuni processi può tuttavia aumentare fino al 5% per un periodo di tempo limitato. CONCLUSIONI Figura 2. A sinistra, 2,3,7,8-Tetraclorodibenzo-p-diossina. A destra, 2,3,7,8-Tetraclorodibenzofurano. Si valuta che in Europa il PVC rappresenti il 10% circa dei rifiuti di plastica inceneriti e lo 0,7% circa del totale dei rifiuti inceneriti. Secondo lo studio commissionato dalla Comunità Europea alla Bertin Technologies, che ha approfondito i rischi derivanti dall’incenerimento di compositi in PVC, risulta che essi hanno poca influenza sulla quantità finale di metalli pesanti di scarto dal processo. Tuttavia, lo studio ha concluso che al PVC è riconducibile tra il 38% ed il 66% del contenuto in Cl nei 21 Al termine di questa panoramica, si può intuire quanto la questione PVC sia ancora aperta, nonostante le numerose iniziative promosse per il suo smaltimento e recupero. L’introduzione di norme più restrittive ha già incentivato la ricerca di soluzioni alternative al più economico conferimento in discarica, prime fra tutte il riciclo meccanico. Si stima che entro il 2020 i rifiuti a base di PVC aumenteranno dell’80% rispetto alla quantità attuale: la sfida sarà quindi sempre più pressante nei prossimi anni, quando sarà eliminato o sostituito quel 60% del PVC che si trova oggi utilizzato in applicazioni che hanno avuto una vita utile di 40-50 anni. Tabella 1: Lista e principali caratteristiche dei processi per il riciclo chimico e meccanico di compositi in PVC 22 RIFERIMENTI Mechanical Engineering Energy Engineering and Environmental Protection Publications, Espoo 2004. http://www.chemie.de/news/e/pdf/news_chemie.de_8890.pdf www.vinyl2010.org http://www.ecvm.org http://www.ecvm.org/img/db/ACRRReport.pdf http://www.environment.gov.au/settlements/publications/index.html http://www.solvayhse.com/discoverycorner/therecyclingofpvcbyvinyloop/0,,1592-2-0,00.htm http://www.machinedesign.com/ASP/IssueArticleList.asp h t t p : / / w w w. v i n y l o o p . c o m / v i n y l o o p p r o c e s s / description/0,,2117-2-0,00.htm h t t p : / / w w w. v i n y l o o p . c o m / s e r v i c e s / g l o s s a r y / 0,,2048-2-0,00.htm http://www.kobelco.co.jp/english/environment/2005/ index.html http://www.chemicals-technology.com/projects/tavaux/ http://www.chemicals-technology.com/projects/ferrara/ “Message in a Bottle - The Impacts of PVC on Plastics Recycling”, P. Anderson, 2004. Scaricabile dal sito: http://www.grrn.org/assets/pdfs/pvc/PVCBottleRecycli ngReport06162004.pdf http://www.vinylinfo.org/environment/recycling.html BIBLIOGRAFICI http://ec.europa.eu/environment/pvc/index.htm http://ec.europa.eu/environment/waste/pvc/ green_paper_pvc.htm http://ec.europa.eu/research/industrial_technologies/ impacts/article_3026_en.html http://www.corepla.it/ “Chemical Recycling of Plastics Waste (PVC and Other Resins)”, A. Tukker, H. de Groot, L. Simons, S. Wiegersma, TNO Institute of Strategy, Technology and Policy, 1999. “European Commission DGXI.E.3. The Behaviour of PVC in Landfills. Final Report February 2000”. ARGUS in associazione con University Rostock - Prof. Spillmann, Carl Bro a|s, Sigma Plan S.A. “The Influence of PVC on the Quantity and Hazardousness of Flue Gas Residues from Incineration – Final Report”, B. Jacquinot, O. Hjelmar, J. Vehlow, April 2000. “Final Report: Mechanical Recycling of PVC Wastes. Study for DG XI of the European Commission (B43040/98/000821/MAR/E3)”; E. Plinke, N. Wenk, G. Wolff, D. Castiglione, M. Palmark; January 2000. “Experimental Assessment of Two-Stage Combustion of High PVC Solid Waste with HCl Recovery”, L. Seed, Helsinki University of Technology/Department of 23