Aunque el PET se utiliza en varias aplicaciones (principalmente fibras textiles para prendas de vestir y tapicería, botellas y otros envases rígidos, envases flexibles y productos eléctricos y electrónicos), a partir de 2022 solo se recogerán botellas a una escala sustancial. Las principales motivaciones han sido la reducción de costes (cuando los precios del petróleo se disparan) o el contenido reciclado de los productos minoristas (impulsado por las regulaciones o la opinión pública). Una cantidad cada vez mayor se recicla en botellas, el resto se destina a fibras, películas, envases termoformados y flejes. [1] Después de la clasificación, la limpieza y la molienda, se obtienen "escamas de botellas", que luego se procesan mediante:
En cualquier caso, la materia prima resultante se conoce como "r-PET" o "RPET". [2]
Una amplia gama de bebidas, productos alimenticios y otros bienes de consumo se envasan en PET. La mayoría de las botellas contienen agua o refrescos , tanto con o sin gas. Otros productos envasados en PET incluyen aceite comestible, vinagre, leche y champú. Las botellas de PET se cierran con un tapón de rosca de poliolefina con anillo antimanipulación y tienen una etiqueta que puede estar impresa en papel o plástico y puede estar pegada. La resina puede ser incolora o teñida de azul, verde o marrón, o pigmentada de blanco. [3] [4]
El envase de PET vacío es desechado por el consumidor después de su uso y se convierte en un residuo de PET . En la industria del reciclaje, esto se denomina "PET postconsumo". Todos los tipos de envases de PET, incluidas las botellas, suelen estar marcados con el símbolo de reciclaje 1.
Básicamente existen tres sistemas de recaudación diferentes:
Distintos países han optado por sistemas diferentes.
Las botellas o escamas de PET pueden exportarse de un país a otro [9]
Las botellas de PET postconsumo recogidas se llevan a instalaciones de recuperación de materiales (MRF), donde se clasifican y separan de otros objetos y botellas fabricadas con otros materiales.
En Suiza, por ejemplo, los pasos que siguen las botellas son los siguientes: [2]
Las botellas de PET postconsumo clasificadas se aplanan, se prensan en fardos y se ofrecen para la venta a empresas de reciclaje. El PET postconsumo incoloro/azul claro atrae precios de venta más altos que las fracciones azul oscuro y verde. La fracción de color mixto es la menos valiosa simplemente debido al hecho de que, a diferencia del aluminio, existen pocos estándares cuando se trata de la coloración del PET. A diferencia de las variedades transparentes, el PET con características de color únicas solo es útil para el fabricante particular que usa ese color. [10] Por lo tanto, para las instalaciones de recuperación de materiales , las botellas de PET coloreadas son motivo de preocupación, ya que pueden afectar la viabilidad financiera del reciclaje de dichos materiales. Plastics Recyclers Europe (PRE, Bruselas, Bélgica), que un aumento en una variedad de colores de PET sería un problema porque no existe mercado para ellos en el clima de reciclaje actual. [11]
Los fardos, compuestos principalmente de PET de un solo color, se entregan a plantas donde las botellas pueden ser tratadas mediante una variedad de procesos para convertirlas en materias primas utilizables. [12]
El método preferido para reciclar esta corriente es el reciclaje mecánico, un proceso en el que la resina se vuelve a fundir, se filtra y se extruye o moldea en nuevos artículos de PET, como botellas, [2] películas , [13] flejes o fibras. [14]
Si la materia prima de PET no es lo suficientemente pura para el reciclado mecánico, se utiliza el reciclado químico para convertirla en monómeros u oligómeros. El ácido tereftálico (PTA) o el tereftalato de dimetilo (DMT) y el etilenglicol (EG) o el tereftalato de bis(2-hidroxietilo) (BHET) son productos de reacción populares. Sin embargo, también se realiza el reciclado químico para convertirlos en otros productos. [15] [16]
Para el reciclaje físico, especialmente para aplicaciones de reciclaje en contacto con alimentos, se requiere una clasificación y limpieza rigurosas.
En Suiza, por ejemplo, los pasos que siguen las botellas son los siguientes [2] (en otros lugares se utilizan procesos similares): [17]
Este copo es adecuado para la extrusión de fibra. Para el reciclaje de botella a botella, se requieren los siguientes pasos adicionales para corregir el peso molecular y cumplir con las normas de contacto con alimentos :
La filtración por fusión se utiliza normalmente para eliminar contaminantes de las masas fundidas de polímeros durante el proceso de extrusión. [18] Existe una separación mecánica de los contaminantes dentro de una máquina llamada "cambiador de malla". Un sistema típico constará de una carcasa de acero con el medio de filtración contenido en pistones móviles o placas deslizantes que permiten al procesador eliminar las mallas del flujo de la extrusora sin detener la producción. Los contaminantes se recogen normalmente en mallas de alambre tejido que se apoyan sobre una placa de acero inoxidable llamada "placa rompedora", una pieza circular resistente de acero perforada con grandes agujeros para permitir el flujo de la masa fundida de polímero. Para el reciclaje de poliéster es habitual integrar un cambiador de malla en la línea de extrusión. Esto puede ser en una línea de peletización, extrusión de láminas o extrusión de cinta de fleje.
El éxito de cualquier concepto de reciclaje se esconde en la eficiencia de la purificación y descontaminación en el lugar adecuado durante el procesamiento y en la medida necesaria o deseada.
En general, se aplica lo siguiente: cuanto antes se eliminen las sustancias extrañas en el proceso y cuanto más a fondo se haga, más eficiente será el proceso.
La alta temperatura de plastificación del PET en el rango de 280 °C (536 °F) es la razón por la que casi todas las impurezas orgánicas comunes como PVC , [19] PLA , poliolefina , pulpa química de madera y fibras de papel, acetato de polivinilo , adhesivo fundido, agentes colorantes, azúcar y residuos de proteínas se transforman en productos de degradación coloreados que, a su vez, pueden liberar además productos de degradación reactivos. [ aclaración necesaria ] [ cita necesaria ] Entonces, el número de defectos en la cadena de polímero aumenta considerablemente. La distribución del tamaño de partícula de las impurezas es muy amplia, las partículas grandes de 60-1000 μm, que son visibles a simple vista y fáciles de filtrar, representan el mal menor, ya que su superficie total es relativamente pequeña y, por lo tanto, la velocidad de degradación es menor. La influencia de las partículas microscópicas, que, debido a que son muchas, aumentan la frecuencia de defectos en el polímero, es relativamente mayor.
Además de una clasificación eficiente, en este caso juega un papel especial la eliminación de partículas de impurezas visibles mediante procesos de filtración por fusión.
En general, se puede decir que los procesos para fabricar escamas de botellas PET a partir de botellas recolectadas son tan versátiles como los diferentes flujos de desechos que son diferentes en su composición y calidad. En vista de la tecnología, no hay una sola manera de hacerlo. Mientras tanto, hay muchas empresas de ingeniería que ofrecen plantas y componentes de producción de escamas, y es difícil decidirse por uno u otro diseño de planta. Sin embargo, hay procesos que comparten la mayoría de estos principios. Dependiendo de la composición y el nivel de impurezas del material de entrada, se aplican los siguientes pasos generales del proceso. [17]
El número de posibles impurezas y defectos de material que se acumulan en el material polimérico aumenta constantemente, tanto durante el procesamiento como durante el uso de polímeros, teniendo en cuenta la creciente vida útil, el aumento de las aplicaciones finales y el reciclado repetido. En lo que respecta a las botellas de PET recicladas, los defectos mencionados se pueden clasificar en los siguientes grupos:
Teniendo en cuenta los defectos químicos e impurezas mencionados anteriormente, existe una modificación continua de las siguientes características del polímero durante cada ciclo de reciclaje, las cuales son detectables mediante análisis químicos y físicos de laboratorio.
En particular:
El reciclaje de botellas PET es, por otra parte, un proceso industrial estándar que ofrecen una amplia variedad de empresas de ingeniería. [20]
Los procesos de reciclado del poliéster son casi tan variados como los procesos de fabricación basados en granulados primarios o en masa fundida. Dependiendo de la pureza de los materiales reciclados, el poliéster se puede utilizar hoy en día en la mayoría de los procesos de fabricación de poliéster como mezcla con polímero virgen o, cada vez más, como polímero 100 % reciclado. Algunas excepciones, como las películas BOPET de bajo espesor, las aplicaciones especiales como las películas ópticas o los hilos mediante hilado FDY a > 6000 m/min, los microfilamentos y las microfibras se producen únicamente a partir de poliéster virgen.
Este proceso consiste en transformar los residuos de botellas en escamas, mediante el secado y cristalización de las escamas, mediante plastificación y filtrado, así como mediante peletización. El producto es un regranulado amorfo con una viscosidad intrínseca en el rango de 0,55-0,7, dependiendo de lo completo que se haya realizado el presecado de las escamas de PET.
Las características especiales son: el acetaldehído y los oligómeros están contenidos en los pellets en un nivel menor, la viscosidad se reduce de alguna manera, los pellets son amorfos y deben cristalizarse y secarse antes de su posterior procesamiento.
Procesando a:
Elegir el método de repeletización implica tener que realizar un proceso de conversión adicional que, por un lado, consume mucha energía y dinero, y causa destrucción térmica. Por otro lado, la etapa de peletización ofrece las siguientes ventajas:
Este proceso es, en principio, similar al descrito anteriormente, pero los pellets obtenidos se cristalizan directamente (de forma continua o discontinua) y luego se someten a una policondensación en estado sólido (SSP) en un secador de tambor o en un reactor tubular vertical. Durante este paso de procesamiento, se reconstruye la viscosidad intrínseca correspondiente de 0,80–0,085 dℓ/g y, al mismo tiempo, se reduce el contenido de acetaldehído a < 1 ppm.
El hecho de que algunos fabricantes de máquinas y constructores de líneas en Europa y Estados Unidos se esfuercen por ofrecer procesos de reciclaje independientes, por ejemplo, el llamado proceso de botella a botella (B-2-B), como Next Generation Recycling (NGR), BePET, Starlinger, URRC o BÜHLER, tiene como objetivo proporcionar una prueba general de la "existencia" de los residuos de extracción requeridos y de la eliminación de contaminantes modelo según la FDA aplicando el llamado test de desafío, que es necesario para la aplicación del poliéster tratado en el sector alimentario. Además de esta aprobación del proceso, es necesario que cualquier usuario de tales procesos compruebe constantemente los límites de la FDA para las materias primas fabricadas por ellos mismos para su proceso.
Para ahorrar costes, un número cada vez mayor de productores de productos intermedios de poliéster, como hilanderías, fábricas de flejes o fábricas de películas fundidas, están trabajando en el uso directo de las escamas de PET, provenientes del tratamiento de botellas usadas, con vistas a fabricar un número cada vez mayor de productos intermedios de poliéster. Para ajustar la viscosidad necesaria, además de un secado eficiente de las escamas, posiblemente sea necesario también reconstituir la viscosidad mediante policondensación en la fase de fusión o policondensación en estado sólido de las escamas. Los últimos procesos de conversión de escamas de PET están aplicando extrusoras de doble tornillo, extrusoras de múltiples tornillos o sistemas de rotación múltiple y desgasificación al vacío coincidente para eliminar la humedad y evitar el presecado de las escamas. Estos procesos permiten la conversión de escamas de PET sin secar sin una disminución sustancial de la viscosidad causada por la hidrólisis. [ cita requerida ]
En lo que respecta al consumo de escamas de botellas de PET, la mayor parte, aproximadamente el 70 %, se convierte en fibras y filamentos. Cuando se utilizan directamente materiales secundarios como escamas de botellas en procesos de hilado, existen algunos principios de procesamiento para obtenerlos. [ cita requerida ]
Los procesos de hilado a alta velocidad para la fabricación de hilo parcialmente orientado ("POY") normalmente necesitan una viscosidad de 0,62 a 0,64. A partir de copos de botellas, la viscosidad se puede ajustar mediante el grado de secado. El uso adicional de TiO2 es necesario para el hilado totalmente opaco o semiopaco. Para proteger las hileras, es necesario en todo caso una filtración eficiente de la masa fundida. Por el momento, la cantidad de POY hecha de poliéster 100% reciclado es bastante baja porque este proceso requiere una alta pureza de la masa fundida de hilado. La mayoría de las veces, se utiliza una mezcla de pellets vírgenes y reciclados. [ cita requerida ]
Las fibras cortas se hilan en un rango de viscosidad intrínseca que se encuentra algo por debajo y que debería estar entre 0,58 y 0,62 dl/g. También en este caso, la viscosidad requerida se puede ajustar mediante secado o ajuste al vacío en caso de extrusión al vacío. Sin embargo, para ajustar la viscosidad también se puede utilizar una adición de modificadores de longitud de cadena como etilenglicol o dietilenglicol . [ cita requerida ]
El hilado de telas no tejidas, tanto para aplicaciones textiles de gran calidad como para aplicaciones de base, por ejemplo, para cubiertas de tejados o para la construcción de carreteras, se puede realizar mediante el hilado de escamas de botellas. La viscosidad del hilado se encuentra también en un rango de 0,58–0,65 dl/g. [ cita requerida ]
Un campo de creciente interés en el que se utilizan materiales reciclados es la fabricación de tiras de embalaje de alta tenacidad y monofilamentos. En ambos casos, la materia prima inicial es un material principalmente reciclado de mayor viscosidad intrínseca. Las tiras de embalaje de alta tenacidad, así como los monofilamentos, se fabrican a continuación en el proceso de hilado por fusión. [ cita requerida ]
El polímero PET es muy sensible a la degradación hidrolítica, lo que da como resultado una reducción importante de su peso molecular, lo que afecta negativamente a su posterior procesabilidad en estado fundido. Por lo tanto, es esencial secar las escamas o los gránulos de PET a un nivel de humedad muy bajo antes de la extrusión en estado fundido.
El PET debe secarse a <100 partes por millón (ppm) de humedad y mantenerse en este nivel de humedad para minimizar la hidrólisis durante el procesamiento de la fusión. [21]
Secado deshumidificador: estos tipos de secadores hacen circular aire seco caliente y deshumidificado sobre la resina, aspiran el aire, lo secan y luego lo bombean nuevamente en una operación de circuito cerrado. Este proceso reduce el nivel de humedad en el PET a 50 ppm o menos. La eficiencia de la eliminación de la humedad depende del punto de rocío del aire. Si el punto de rocío del aire no es bueno, queda algo de humedad en los chips y causa pérdida de IV durante el procesamiento.
Secado por infrarrojos de pellets y copos de poliéster: en los últimos años se ha introducido un nuevo tipo de secador que utiliza el secado por infrarrojos (IRD). Debido a la alta tasa de transferencia de energía con el calentamiento por infrarrojos en combinación con la longitud de onda específica utilizada, los costos de energía involucrados con estos sistemas se pueden reducir en gran medida, junto con el tamaño. El poliéster se puede secar y las escamas amorfas se pueden cristalizar y secar en solo unos 15 minutos hasta un nivel de humedad de aproximadamente 300 ppm en un solo paso, y hasta <50 ppm utilizando una tolva de almacenamiento para completar el secado en, por lo general, menos de 1 hora.
También conocido como reciclaje "terciario" o "avanzado". El tereftalato de polietileno se puede despolimerizar parcial o completamente para producir los oligómeros constituyentes o los monómeros, MEG y PTA o DMT. Los procesos principales son la glicólisis, la metanólisis o la hidrólisis. [22] [23] Después de la purificación, los oligómeros o monómeros se pueden utilizar para preparar nuevo tereftalato de polietileno reciclado ("r-PET"). Los enlaces éster en el tereftalato de polietileno se pueden escindir por hidrólisis o por transesterificación. Las reacciones son simplemente las inversas de las utilizadas en la producción. [24]
La glicólisis parcial (transesterificación con etilenglicol) convierte el polímero rígido en oligómeros de cadena corta que pueden filtrarse en estado fundido a baja temperatura. Una vez liberados de las impurezas, los oligómeros pueden reintroducirse en el proceso de producción para su polimerización. [ cita requerida ]
El objetivo consiste en introducir entre un 10 y un 25 % de escamas de botellas manteniendo la calidad de los pellets de botellas que se fabrican en la línea. Este objetivo se consigue degradando las escamas de botellas de PET, ya durante su primera plastificación, que puede realizarse en una extrusora de uno o varios husillos, hasta una viscosidad intrínseca de aproximadamente 0,30 dl/g añadiendo pequeñas cantidades de etilenglicol y sometiendo la corriente de masa fundida de baja viscosidad a una filtración eficiente directamente después de la plastificación. Además, la temperatura se lleva al límite más bajo posible. Además, con este modo de procesamiento, es posible la descomposición química de los hidroperóxidos añadiendo un estabilizador de P correspondiente directamente durante la plastificación. La destrucción de los grupos hidroperóxidos se lleva a cabo, con otros procesos, ya durante el último paso del tratamiento de las escamas, por ejemplo añadiendo H3PO3 . [25] El material reciclado parcialmente glicosilado y finamente filtrado se alimenta continuamente al reactor de esterificación o prepolicondensación, ajustándose en consecuencia las cantidades de dosificación de las materias primas.
Tratamiento de los residuos de poliéster mediante glicólisis total para convertir completamente el poliéster en bis(2-hidroxietil) tereftalato (C 6 H 4 (CO 2 CH 2 CH 2 OH) 2 ). Este compuesto se purifica mediante destilación al vacío y es uno de los intermediarios utilizados en la fabricación de poliéster (ver producción). La reacción involucrada es la siguiente: [23]
Esta ruta de reciclaje se ha ejecutado a escala industrial en Japón como producción experimental. [ cita requerida ]
convierte el poliéster en tereftalato de dimetilo (DMT), que se puede filtrar y destilar al vacío: [23]
Aunque la producción de poliéster a base de tereftalato de dimetilo (DMT) está limitada a plantas antiguas, [26] se anunciaron inversiones en 2021 y 2022 en plantas de metanólisis. [27] [28]
La hidrólisis se puede realizar en un ambiente neutro, alcalino o ácido. [23]
El tereftalato de polietileno se puede hidrolizar a ácido tereftálico y etilenglicol a alta temperatura (200-300 °C) y presión. El ácido tereftálico crudo resultante se puede purificar por recristalización para producir material adecuado para la repolimerización:
Evitar un paso de neutralización consume menos recursos que la hidrólisis alcalina o ácida, pero no hay oportunidad de filtrar una solución, por lo que las impurezas mecánicas permanecen con el ácido tereftálico. [23] Este método no parece haber sido comercializado a partir de 2022.
La hidrólisis alcalina se realiza en una solución acuosa de hidróxido de potasio o hidróxido de sodio . La reacción produce etilenglicol y la sal tereftalato, en solución acuosa. Después de la separación y filtración, en un segundo paso, la sal se neutraliza con un ácido mineral fuerte para precipitar el ácido tereftálico.
Este método es particularmente tolerante a la contaminación. [23] Se prefiere el uso de NaOH como base y la adición de etanol al medio acelera el proceso. Se han evaluado muchos catalizadores en estudios académicos. [22]
El ácido que se emplea habitualmente en este proceso es el sulfúrico . El ácido sulfúrico es corrosivo, por lo que es necesario utilizar aleaciones resistentes a la corrosión costosas en los recipientes de reacción. Además, la recuperación del etilenglicol y la recuperación y reutilización del propio ácido sulfúrico son costosas. [23] Estas son las posibles razones por las que la hidrólisis ácida no se empleará comercialmente en 2022.
La mayoría de los plásticos derivados del petróleo son resistentes a la degradación microbiana, sin embargo, los grupos éster del PET pueden ser atacados. Se han descrito varias enzimas capaces de hidrolizar el PET ( PETASAS ). El atractivo de la hidrólisis enzimática es que puede funcionar en condiciones mucho más suaves, lo que reduce los costos de energía. Las enzimas también son muy precisas en su acción, lo que reduce la formación de subproductos. En abril de 2020, una universidad francesa en colaboración con Carbios anunció el descubrimiento de una enzima altamente eficiente y optimizada que, según se afirma, supera a todas las hidrolasas de PET descritas hasta el momento. [29] El reciclaje enzimático puede requerir reducción de tamaño y amorfización antes de la reacción de despolimerización. [30]
El reciclaje químico donde se lleva a cabo la transesterificación y se añaden otros glicoles/polioles o glicerol para hacer un poliol que puede usarse de otras maneras, como en la producción de poliuretano o en la producción de espuma de PU [31] [32]
En 2011, se recogieron en todo el mundo aproximadamente 7,5 millones de toneladas de PET, lo que dio como resultado 5,9 millones de toneladas de escamas. En 2009, se utilizaron 3,4 millones de toneladas para producir fibra, 500.000 toneladas para producir botellas, 500.000 toneladas para producir láminas de APET para termoformado, 200.000 toneladas para producir cinta de fleje y 100.000 toneladas para aplicaciones diversas. [33] Por lo tanto, solo aproximadamente el 15% de las botellas de PET recogidas se reciclaron en realidad para fabricar nuevas botellas, y el resto se utilizó en productos generalmente no reciclables.
Petcore , la asociación comercial europea que fomenta la recolección y el reciclaje de PET, informó que en la UE 28+2, [6] de 3,4 Mt de botellas vendidas, 2,1 Mt de botellas de PET se recolectaron en 2018 (es decir, alrededor de 2/3). Se produjeron 1,35 Mt de r-PET para los cuales los usos finales fueron:
NAPCOR informó que para los EE. UU. y Canadá en 2018: [35]
De 3 Mt de botellas vendidas, en 2018 se recogieron 900 kt de botellas de PET (frente a 600 kt en 2008 [36] ), es decir, alrededor de 1/3. Se produjeron 700 kt de r-PET, cuyos usos finales fueron:
En 2019, el 81% de las botellas de PET vendidas en Suiza fueron recicladas, [37] al igual que en 2012. [38]
En 2018, el 90% de las botellas de PET vendidas en Finlandia fueron recicladas. La alta tasa de reciclaje se debe principalmente al sistema de depósito en uso. La ley exige un impuesto de 0,51 €/l para las botellas y latas que no forman parte de un sistema de reembolso. Por lo tanto, la ley fomenta que los productos tengan un depósito de entre 10 y 40 céntimos que se paga al reciclador de la lata o botella. [39]
El aumento de los precios de la energía puede incrementar el volumen de reciclaje de botellas PET. [36] En Europa, la Directiva Marco de Residuos de la UE establece que para 2020 debe haber un 50% de reciclaje o reutilización de plásticos procedentes de flujos domésticos. [36]
Tasa de reciclaje de botellas PET a nivel mundial [40] [41]
En 2019, en Alemania se rellenaron 2.000 millones de botellas PET con agua mineral. Existe un plan para fabricar estas botellas rellenables a partir de rPET. [43]
Las botellas PET también se reutilizan para diversos usos, incluido el uso en proyectos escolares y para la desinfección solar del agua en países en desarrollo , en los que las botellas PET vacías se llenan con agua y se dejan al sol para permitir la desinfección por radiación ultravioleta . El PET es útil para este propósito porque muchos otros materiales (incluido el vidrio de ventana) que son transparentes a la luz visible son opacos a la radiación ultravioleta. [44]
Un uso novedoso es como material de construcción en países del tercer mundo. [45] Según fuentes en línea [ ¿cuáles? ] , las botellas, en un proceso que requiere mucho trabajo, se llenan con arena, luego se apilan y se unen con barro o cemento para formar una pared. Algunas de las botellas se pueden llenar con aire o agua, para permitir que entre luz en la estructura.
La mayor parte del PET reciclado se utiliza como fibra para prendas de vestir. Sin embargo, el rPET también se ha vendido en forma de fibra para alfombras. Mohawk Industries lanzó everSTRAND en 1999, una fibra de PET con contenido 100% reciclado posconsumo. Desde entonces, se han reciclado más de 17 mil millones de botellas en fibra para alfombras. [46] Pharr Yarns, un proveedor de numerosos fabricantes de alfombras, incluidos Looptex, Dobbs Mills y Berkshire Flooring, [47] produce una fibra de PET para alfombras BCF (filamento continuo a granel) que contiene un mínimo de 25% de contenido reciclado posconsumo.
Si por alguna razón no es posible reciclar las botellas de PET, el PET funciona bien como combustible en plantas de conversión de residuos en energía , ya que está compuesto de carbono, hidrógeno y oxígeno, con solo trazas de elementos catalizadores (pero sin azufre). El PET tiene el contenido energético del carbón blando .
Los estudios han demostrado que el reciclaje mecánico tiene un impacto ambiental menor que la incineración, debido a que se evita la producción de nueva materia prima. [48]
Un estudio para el territorio de EE. UU. en 2018 [49] concluyó que el PET reciclado frente al PET virgen generó reducciones en la huella ambiental (se cubren todas las formas, pero las botellas dominan el flujo de PET). Suponiendo que se utilizará PET virgen independientemente de la existencia de reciclaje:
