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TRABAJO FINAL DE MÁSTER Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: Estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias Titulación: Máster en Construcción Avanzada en la Edificación Autor: Claudio Ernesto Nones Faria Tutora: Laia Haurie Ibarra Barcelona, septiembre de 2019 Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias “Si fuéramos a bautizar a nuestra edad por los materiales que la caracterizan, como ocurrió con las edades de piedra y de bronce, podría llamársele la edad de los plásticos” Dr. Giulio Natta (1963) Químico y profesor universitario italiano galardonado con el Premio Nobel de Química del año 1963. Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CATALUÑA ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR DE EDIFICACIÓN DE BARCELONA MÁSTER EN CONSTRUCCIÓN AVANZADA EN LA EDIFICACIÓN Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias Autor: Claudio Ernesto Nones Faria Tutora: Laia Haurie Ibarra RESUMEN El presente Trabajo Final de Máster documenta la investigación realizada durante la participación en el Recircula Challenge 2019, reto promovido por la Escuela de Ingeniería de Barcelona Este (EEBE), de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC), que consistió en un concurso que buscaba propuestas a retos reales y urgentes de la economía circular. El reto de esta 1ª Edición, desvelado en la 3ª Jornada UPC Recircula de 2018, estuvo patrocinado por el Área Metropolitana de Barcelona (AMB) y giró, específicamente, alrededor del film y bolsas de plástico. Por medio de investigaciones documentales y de campo, se estudia el escenario local actual de gestión y reciclaje de este tipo de residuos para concluir con una propuesta que potencialmente impulse la economía circular y disminuya el impacto ambiental. El sistema integrado de gestión de residuos y su método de recogida selectiva actual tiene años estancado en torno al 35% de participación cívica, y, donde cabe destacar, nunca ha superado el 37.2%. Por tanto, el AMB, ha formalizado un acuerdo donde se contempla una estrategia cuyo objetivo primordial es dar cumplimiento a los mandatos de la Unión Europea: una tasa de reciclaje del 55% en 2025 y del 60% en 2030. Este programa determina que en el 2025 toda la población deberá participar en el sistema de individualización de recogida de residuos que permitirá identificar los usuarios, y vincular el tipo y cantidad de residuos producidos, así como también, la calidad de separación con el fin de establecer tarifas, tal y como se paga cualquier otro servicio: por uso. Por otro lado, el Real Decreto obliga a los fabricantes incluir cada vez más material reciclado en sus mezclas poliméricas destinadas a bolsas, además, todo envase tendrá que ser reciclable para el 2030. Los fabricantes demandan cantidades de material reciclado con especificaciones que terminan no encontrando en su totalidad localmente e importando. Por ello, los recicladores de materia prima esperan que el nuevo sistema de residuos les permita optimizar sus procesos y aumentar producción. A lo largo de esta investigación se observó que, los involucrados dentro del sistema dependen y carecen de la cooperación y comunicación necesaria para alcanzar las metas previamente mencionadas. Con esto en mente, se plantea una herramienta que integre las diferentes partes del sector facilitando las especificaciones demandadas y genere intercambios comerciales que potencien la economía circular. Palabras clave: economía circular, reciclaje, plástico, AMB, Recircula Challenge. Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias Índice 1 CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN ________________________________ 1 1.1 Introducción _____________________________________________________________ 1 1.1.1 Descripción del reto: “Recircula Challenge 2019” ______________________________ 1 1.1.2 Evolución de la propuesta _________________________________________________ 2 1.2 Justificación _____________________________________________________________ 3 1.3 Alcance _________________________________________________________________ 3 1.4 Objetivos _______________________________________________________________ 3 1.4.1 Objetivo general ________________________________________________________ 3 1.4.2 Objetivos específicos _____________________________________________________ 3 2 CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO _______________________________ 1 2.1 Problemática de los residuos plásticos ________________________________________ 1 2.1.1 Origen y evolución del plástico _____________________________________________ 2 2.1.2 Población, producción de plástico y generación de residuos _____________________ 3 2.1.2.1 Generación de residuos: panorama mundial ________________________________ 5 2.1.2.2 Generación de residuos: Área Metropolitana de Barcelona _____________________ 9 2.2 Vías de reciclaje de este tipo de residuo _____________________________________ 11 2.2.1 Técnicas de reciclado ___________________________________________________ 11 2.2.1.1 Primario – Re-extrusión ________________________________________________ 11 2.2.1.2 Secundario - Mecánico _________________________________________________ 12 2.2.1.3 Terciario - Químico ____________________________________________________ 12 2.2.1.4 Cuaternario – Recuperación de energía ___________________________________ 14 2.3 Identificación y separación de polímeros _____________________________________ 14 2.3.1 Escalas de separación ___________________________________________________ 15 2.3.1.1 Macroselección de componentes ________________________________________ 15 2.3.1.2 Microselección de componentes _________________________________________ 15 2.3.1.2.1 Triturado __________________________________________________________ 15 2.3.1.3 Selección molecular ___________________________________________________ 17 2.3.2 Tipos de separación _____________________________________________________ 17 2.3.2.1 Sensores de separación empleados en la tecnología líder _____________________ 19 2.4 Usos del plástico reciclado ________________________________________________ 20 2.5 Transformación de plástico reciclado: principales métodos empleados en España ___ 21 2.5.1 Moldeado por Extrusión _________________________________________________ 22 2.5.2 Moldeado por Inyección _________________________________________________ 24 2.5.3 Moldeado por Soplado __________________________________________________ 25 2.6 Gestión de los residuos plásticos ___________________________________________ 26 2.6.1 Disposición de residuos __________________________________________________ 26 2.6.2 Reciclaje en el Àrea Metropolitana de Barcelona _____________________________ 29 2.6.3 Sistemas de gestión de residuos ___________________________________________ 30 2.6.3.1 Sistemas Integrados de Gestión (SIG) _____________________________________ 30 2.6.3.2 Sistema de Deposito, Devolución y Retorno (SDDR) __________________________ 33 2.6.3.3 Transición de sistemas de gestión ________________________________________ 36 3 CAPÍTULO IV: PROPUESTA _________________________________ 37 3.1 Hilo de ideas: camino hacia la plataforma ____________________________________ 37 Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 4 CAPÍTULO V: CONCLUSIONES _______________________________ 40 BIBLIOGRAFÍA ______________________________________________ 41 Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias Índice de figuras Figura 1 Logotipo del reto “Recircula Challenge 2019” _________________________________1 Figura 2 Cronología del concurso Recircula Challenge 2019. [2] _________________________ 1 Figura 3 Evolución de la producción global de plástico. [7] _____________________________ 2 Figura 4 Evolución de la acumulación de la producción de plásticos global. [7]______________ 3 Figura 5 Evolución de Población vs. Producción de plástico mundial _____________________ 4 Figura 6 Evolución de Población vs. Producción de plástico per cápita (kg/persona.día) ______ 4 Figura 7 Evolución de Población vs. Producción de plástico acumulada ___________________ 5 Figura 8 Generación de residuos per cápita. [11] _____________________________________ 5 Figura 9 Definición de niveles económicos. [11] _____________________________________ 6 Figura 10 Registros y proyecciones en la generación de residuos: 2018, 2030, 2050. [11] ____ 6 Figura 11 Composición de residuos según niveles económicos. [11] _____________________ 7 Figura 12 Porcentajes de generación de residuos por región. [11] _______________________ 8 Figura 13 Generación de residuos por región. [11] ___________________________________ 8 Figura 14 Evolución de la generación de residuo. [12] _________________________________ 9 Figura 15 Evolución Toneladas de residuos vs. Población [11] __________________________ 9 Figura 16 Composición de residuos. [3] ___________________________________________ 10 Figura 17 Cantidad de plásticos en el AMB. [3] _____________________________________ 10 Figura 18 Técnicas de reciclado [15] ______________________________________________ 11 Figura 19 Valores caloríficos de varios polímeros disponibles. [17] ______________________ 14 Figura 20 Codificación de plásticos. ______________________________________________ 15 Figura 21 Trituradora de gran tamaño ____________________________________________ 16 Figura 22 Trituradora pequeña __________________________________________________ 16 Figura 23 Productos reciclados artesanales ________________________________________ 17 Figura 24 Esquema de separación óptica [21] ______________________________________ 19 Figura 25 Separación a chorros, Planta de reciclaje Circularis, Les Franqueses del Vallès. [22] 19 Figura 26 Cintas transportadoras, Planta de reciclaje Circularis, Les Franqueses del Vallès. [22] ___________________________________________________________________________ 20 Figura 27 Granza, Escamas y Balas de plástico ______________________________________ 20 Figura 28 Aplicaciones de plástico reciclado en España. [23]___________________________ 21 Figura 29 Esquema de extrusor. [17] _____________________________________________ 22 Figura 30 Máquina de inyección de plásticos. [17] ___________________________________ 24 Figura 31 Esquema moldeo por soplado. [17] ______________________________________ 25 Figura 32 Métodos de disposición de residuos. [11] _________________________________ 27 Figura 33 Evolución de las exportaciones de plástico. [25] ____________________________ 28 Figura 34 Evolución exportaciones de plástico a China. [24] ___________________________ 28 Figura 35 Recuperación de plásticos en el AMB. [3] __________________________________ 31 Figura 36 Esquema Sistema Depósito Devolución y Retorno [31] _______________________ 34 Figura 37 Países y regiones SDDR. [32] ____________________________________________ 35 Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias Antes de empezar… y de manera muy básica… Según su estructura, existen dos grandes tipos de plásticos: termoplásticos y termoestables. Los termoplásticos son maleables sometidos a calor y al enfriarse, vuelven a endurecer manteniendo sus propiedades iniciales. La naturaleza de las fuerzas que mantienen unidas sus cadenas poliméricas puede desarmarse fácilmente con calor, y así, deslizar unas sobre otras, es decir, pueden fundirse y moldearse muchas veces, teniendo entonces, buena capacidad para el reciclado. Los termoestables también pueden moldearse sometidos a calor, pero, sólo la una vez. El calor comienza una reacción química donde las moléculas se enlazan permanentemente a partir de cierta temperatura creando enlaces cruzados, puentes de átomos que unen entre si las cadenas poliméricas e impiden que el material se ablande de nuevo; una vez moldeado, si se calienta no se ablanda, se descompone. Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 1 1 CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN 1.1 Introducción Este Trabajo Final de Máster (TFM) está netamente vinculado a la participación en el Recircula Challenge 2019, reto promovido por l´Escola d´Enginyeria de Barcelona Est (EEBE) de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), que consistió en un concurso que buscaba propuestas a retos reales y urgentes de la economía circular. El reto de esta primera edición, desvelado en la 3ª Jornada UPC Recircula de 2018, estuvo patrocinado por el Àrea Metropolitana de Barcelona (AMB) y giró, específicamente, alrededor del film y bolsas de plástico. [1] Figura 1 Logotipo del reto “Recircula Challenge 2019” El TFM nace de la voluntad de proteger el medio ambiente e impulsar el desarrollo sostenible, formalizando y presentando, con carácter académico, una síntesis de la información recolectada de investigaciones y visitas a profesionales y empresas involucradas en la gestión y/o reciclaje de plástico; con la finalidad paralela, de estudiar la aplicación del plástico reciclado en la economía circular del sector construcción. 1.1.1 Descripción del reto: “Recircula Challenge 2019” El concurso inició diciembre 2018 con la fase de inscripción, se desarrolló en 5 fases y culminó en julio 2019. Fases: Trabajo en equipo, Descubierta y definición, Desarrollo, Propuesta de valor y Preparación demo. Figura 2 Cronología del concurso Recircula Challenge 2019. [2] Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 2 El reto planteado fue muy grande en el sentido de opciones, pues el abanico abarcaba desde un producto hasta un sistema de gestión, pasando por métodos, técnicas, maquinaria, o, en general, cualquier propuesta que aportara positivamente a la economía circular; ambigüedad que complicó la focalización de las propuestas, y en general, dilató la formalización de estas. Las primeras cuatro fases consistían en dar a conocer los progresos para luego recibir apoyo de profesionales involucrados en el área (contactos facilitados por la EEBE-UPC y el AMB) para afinar su viabilidad, pero, sin riesgos ni repercusiones de avanzar a las siguientes fases, o sea, todos pasaban. En pocas palabras, todas las propuestas fueron asesoradas a la medida que los interesados pedían asistencia; los contactos y la voluntad de los asesores estaban sobre la mesa; ya quedaba por parte de los interesados pautar las citas y visitas. Cabe resaltar que, de las 21 propuestas inscritas, la presentada a continuación quedó entre las últimas 5 propuestas, es decir, llegó a la final, que consistió en dos días continuos de retos (desvelados en el primero de ellos) donde, desafortunadamente, no logró quedar entre las dos primeras premiadas; quedando desconocido el puntaje final de las otras tres finalistas. Durante todo el proceso se mantuvieron los siguientes criterios: Sostenibilidad de la propuesta o Mercado potencial y viabilidad económica o Diseño, calidad y viabilidad técnica o Circularidad, visión sistemática y eficiencia del uso de recursos o Responsabilidad social e inclusión Innovación colaborativa o Comunicación del proyecto, innovación y creatividad o Colaboración del equipo o Colaboración y soportes del entorno Apoyo de las redes sociales o Publicar avances en las redes y blog del “UPC Recircula Challenge 2019” o Cantidad de: vistas, “compartidas” y “me gusta”. 1.1.2 Evolución de la propuesta El progreso de las propuestas fue lento, reiterativo,y con asertividad limitada; no fue hasta la “Prueba del vídeo” de 3 minutos en junio 2019, cuando las propuestas tenían una estructura con potencial de presentación, o por lo menos, así lo hicieron ver los integrantes y sus estrategias de revelar sus propuestas. El apoyo y asesoría por parte de los promotores y mentores (en mi caso, la misma tutora de este TFM: Laia Haurie) estuvo siempre presente. Además del contacto directo, hubo varias vías de apoyo, entre las más destacadas, el blog del UPC Recircula Challenge 2019, donde publicaron varios “Granulat de Notícies” que contenían información, actualizaciones y novedades de interés, pero, por lo menos en mi opinión, lo que más impulsó el reto fueron las jornadas puntuales donde citaban a todos los integrantes para fortalecerlos. Jornadas: “Jornada Connexions”: contactos de profesionales involucrados en el área. “Jornada d´Innovació”: técnicas de creatividad e innovación. “Jornada de Comunicació”: como comunicar las ideas. Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 3 1.2 Justificación Como mencionado anteriormente, la investigación está vinculada a la participación en el concurso de reciclaje y economía circular “Recircula Challenge 2019” donde se propuso una solución potencial pensada para ser aplicada a nivel local, sin embargo, el resultado (la propuesta) fue más allá y se referenció a nivel mundial, focalizando el escenario general, incluso abarcando el tema del tráfico de residuos plásticos. La gestión de residuos abarca diferentes etapas, todas ellas mejorables; considerando su complejidad y extensión, estas se desarrollan detalladamente en el Capítulo II de este TFM donde se explica la situación de los residuos plásticos; su generación, gestión y técnicas de reciclado, tanto de un enfoque global como local, resaltando que, según la Organización de Naciones Unidas (ONU) a nivel mundial solo el 14% de los desechos plásticos se recolectan para reciclaje, y, de todos los desechos plásticos producidos en nuestra historia, solo el 9% se ha reciclado [3]. Por otro lado, a nivel local, el AMB comparte cifras que reflejan aproximadamente un 40% de plásticos reciclados en el 2018 [4]. Los daños ocasionados por la producción de plásticos y la gestión inadecuada de los mismos se proyectan en aumento, generando un tópico de gran interés y un problema de carácter urgente. 1.3 Alcance Análisis del escenario local actual de gestión y reciclado de plásticos Recopilación de investigaciones y técnicas de gestión y reciclaje de plástico Usos y aplicaciones de plástico reciclado Propuesta para minimizar el impacto del plástico incluyendo usos en el sector construcción. 1.4 Objetivos 1.4.1 Objetivo general Documentar la información estudiada para abordar el reto del “Recircula Challenge 2019”, y así, proporcionar una visión general de la gestión y técnicas de reciclado polimérico a nivel local, para proponer una mejora que impulse la economía circular y su intrínseca disminución al impacto ambiental. 1.4.2 Objetivos específicos Estudiar el escenario actual de los residuos plásticos a nivel local Investigar los niveles y tipos de reciclado, con el estado del arte involucrado Investigar la gestión de residuos aplicados actualmente a nivel local Usos de plástico reciclado a nivel local Proponer una mejora que potencialmente impulse la economía circular y el aprovechamiento de recursos Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 1 2 CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO 2.1 Problemática de los residuos plásticos La problemática de los residuos plásticos, ha sido y es, una cuestión creciente puesto que está directamente ligada a la producción y las costumbres de consumo que, aun cuando se han dedicado numerosos esfuerzos y estrategias, si lo miramos desde una perspectiva global, ninguna de las tendencias ha disminuido; por un lado, cada día se produce más plástico, y por el otro lado, cada día se descarta más y en menos tiempo, depreciando el valor del material y sus repercusiones medioambientales. A lo largo de la historia la gestión de residuos (de todo tipo, no solo plástico) ha sido unos de los temas más importantes de las poblaciones debido a las implicaciones con la salud y todas las repercusiones negativas que puede tener la mala gestión de residuos y su potencial de contaminar fuentes de agua, zonas agrícolas, hábitats naturales y demás. Muchas ciudades han cambiado en función de la gestión de residuos, y lo han hecho, de acuerdo a sus necesidades, empezando por aquellas que han cambiado sus vías de transporte para facilitar la recolección, transporte a tratamientos, y demás; pero más allá de los cambios urbanos sutiles, hay ciudades como Tokio, Londres, Paris, y muchas otras, que han cambiado morfológicamente ganando territorio sobre sus masas de agua contiguas; pero claro, las ciudades con más historia que han crecido sobre rellenos, lo han hecho con una composición de residuos muy diferente a la que se genera hoy en día, entonces, considerar soluciones antiguas para problemas actuales están (o deberían estar) descartadas, es decir, considerar resolver el tema del plástico utilizándolo como relleno tiene que ver muy poco con los rellenos de residuos antiguos. Los plásticos se han permeado formando una parte crucial en el estilo de vida global cambiando radicalmente la economía y sociedad. Gracias a los avances industriales que han hecho de la fabricación algo relativamente sencillo, se puede aprovechar fácilmente su: procesado, bajo coste, versatilidad, baja conductividad eléctrica y térmica, resistencia, y alta estabilidad química; dando lugar a que, cada vez más, las “soluciones” sean consideradas en plástico, incluso imponiéndose sobre soluciones que originalmente no eran de plástico, tales como: la mayoría de los productos que se han consumido toda la vida y no fueron empacados en plástico hasta hace pocas décadas. El sistema actual de plástico aporta retos económicos significativos con un estimado anual de entre 70-105 billones de euros en pérdida de valor del material y daños medioambientales, incluyendo la fuga de entre 75.000 - 300.000 toneladas de micro plásticos hacia los habitantes europeos. [5] El plástico es muy resistente y no se degrada fácilmente en condiciones ambientales normales. Los plásticos permanecerán en el paisaje durante cientos de años y una vasta mayoría contiene aditivos altamente tóxicos como: pigmentos, estabilizadores UV, etc. Como resultado, los residuos plásticos sintéticos han sido identificados como una gran molestia a nivel mundial. Para enmarcar la magnitud del reto es necesario comprender: cuando surge el problema, lo rápido que ha evolucionado y su amenazante proyección. Por tanto, este segundo capítulo pretende sintetizar el despliegue que ha tenido la producción de plástico, contextualizando y revelando, la situación a nivel global, para luego llegar a la escena local del Área Metropolitana de Barcelona y sus 36 municipios. Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 2 2.1.1 Origen y evolución del plástico El primer plástico fue la parkesina, inventada por el químico inglés Alexander Parkes en 1862. En esencia, es nitrocelulosa ablandada con aceites vegetales y alcanfor. La parkesina no se comercializó hasta 1868, cuando el estadounidense John Wesley Hyatt, adquirió la patente británica, descubrió el papel fundamental del alcanfor en la plastificación y llamó a la sustancia celuloide. Su producto se utilizó para fabricar diferentes objetos como: placas dentales, mangos de cuchillos, armazones de lentes, cuellos de camisa, y, su aplicación más famosa que dio inicio a una gigante industria: film de cinematografía. [6] Pocas décadas después, en 1.907, apareció el primer plásticototalmente sintético compuesto de fenol-formaldehído fue nombrado Baquelita (o Baekelita) en honor a su creador estadounidense, de origen belga, Leo Baekeland, quien lo empieza a comercializar en 1909. [6] Se dice que la baquelita marcó el inicio de la industria del plástico, pero en realidad, no fue hasta los años 50 cuando los avances de la petroquímica junto a la popularización del material intensificaron notablemente su ritmo adoptando la tendencia mundial que desafortunadamente no hemos podido contener, ni mucho menos revertir. Acotando… En 1.950, se produjeron 2 millones de toneladas de plástico y la tendencia ha ido incrementando hasta alcanzar unas 381 millones de toneladas en el 2.015; esto representa casi dos tercios de la masa de la población mundial. En dicho intervalo, 1.950-2.015, se ha acumulado una producción que alcanza las 7.800 millones de toneladas de plástico; más de una tonelada de plástico por cada persona viva hoy. [7] Considerando que el promedio de vida humana es de casi 80 años [8] y el promedio de años en los que tarda el plástico en descomponerse está entre 100 y 1.000, es decir, en promedio 500 años, podemos deducir que la tonelada de plástico que hay por cada uno de nosotros durará mucho más allá de nuestros nietos, y si la tendencia de producción creciente nunca absorbe los materiales reciclados que admiten sus mezclas, se seguirán explotando los recurso naturales para extraer el virgen, y, en pocas palabras, entre la comodidad y el interés colapsará el planeta. Que de por sí, ya está colapsando hábitats naturales y extinguiendo especies. Figura 3 Evolución de la producción global de plástico. [7] Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 3 El declive de producción en 2009 y 2010 se debió, predominantemente, a la crisis financiera del 2008; esta tendencia puede apreciarse en otros cómputos de producción tales como la energía. [7] Figura 4 Evolución de la acumulación de la producción de plásticos global. [7] Es importante resaltar que la comparación entre la producción de plástico anual y la generación de residuos de plástico anual, es un tema muy complejo ya que la durabilidad de estos materiales distorsiona el balance producido-(utilizado)-descartado; por un lado, hay productos que se emplean en la construcción, transporte, mobiliario y otros sectores donde, por su naturaleza, perduran útiles sin ingresar al flujo de residuos por años, pero, por otro lado, la gran mayoría de productos plásticos tienen vidas útiles demasiado cortas, incluso de un solo uso que, al unirse con aquellos de mayor vida útil que, tarde o temprano terminan siendo descartados, pueden sorprender las estadísticas. Un buen ejemplo de esto último se presentó en el 2.010 cuando se registraron más toneladas en la generación de residuos plásticos (275 millones de tons.) que no en las toneladas producidas (270 millones de tons.) sugiriendo que productos de larga vida útil fabricados en años anteriores fueron descartados, coincidencialmente, ese mismo año, ilustrando claramente como se pueden cruzar los ritmos de producción de plásticos y generación de residuos plásticos. [7, 9] 2.1.2 Población, producción de plástico y generación de residuos El 55% de la población mundial actual reside en áreas urbanas y se prevé que para el 2050 llegará al 68%, según datos de un informe difundido por la Organización de Naciones Unidas. La proyección muestra que la persistente preferencia de la gente por mudarse de áreas rurales a otras urbanas, en combinación con el crecimiento de la población, añadirán 2.500 millones de personas a la población urbana para el 2050. [10] Al hablar del crecimiento de población mundial es lógico pensar paralelamente en el aumento de producción de plástico, puesto que esto sugiere un aumento de producción para un aumento de población, pero la realidad no es proporcional; el uso de plásticos se ha intensificado, y lo que es aún peor, el descarte per cápita también, significando que cada vez se produce más, por Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 4 consiguiente el material es más popular, y esto lamentablemente, termina como más descartes con más desinterés. El desarrollo económico y la migración a zonas urbanas están intrínsecamente vinculadas a la producción de plástico y su eterna búsqueda de productos y empaques más atractivos, y por ende, al incremento de generación de residuos per cápita. Adicionalmente, la rápida urbanización y crecimiento de poblaciones generan núcleos más grandes que complican cada vez más la recolección y procura de espacio para tratamiento y disposición de residuos. El mundo genera anualmente alrededor de 2.010 millones toneladas de residuos municipales, con 33% gestionado inadecuadamente, siendo extremadamente conservadores, esta cifra es aún mayor. Se proyecta que incremente a 3.400 millones de toneladas para el 2.050. [11] Esta sección del trabajo ilustra y compara el ritmo de: crecimiento poblacional, aumento de producción de plástico y generación de residuos; para seguir silueteando la escena actual y seguir avanzando hacia una idea general más detallada, para luego pasar, de la generación de residuos, al reciclaje. Figura 5 Evolución de Población vs. Producción de plástico mundial Figura 6 Evolución de Población vs. Producción de plástico per cápita (kg/persona.día) 2 52 102 152 202 252 302 352 2.536 3.036 3.536 4.036 4.536 5.036 5.536 6.036 6.536 7.036 1. 95 0 1. 95 5 1. 96 0 1. 96 5 1. 97 0 1. 97 5 1. 98 0 1. 98 5 1. 99 0 1. 99 5 2. 00 0 2. 00 5 2. 01 0 2. 01 5 M IL LO N ES M IL LO N ES Población (personas) prod.plast.mundial (Tons) 0,79 10,79 20,79 30,79 40,79 50,79 2.536 3.036 3.536 4.036 4.536 5.036 5.536 6.036 6.536 7.036 1. 95 0 1. 95 5 1. 96 0 1. 96 5 1. 97 0 1. 97 5 1. 98 0 1. 98 5 1. 99 0 1. 99 5 2. 00 0 2. 00 5 2. 01 0 2. 01 5 M IL LO N ES Población (personas) prod.plast/pers. (Kgs/Persona) Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 5 Figura 7 Evolución de Población vs. Producción de plástico acumulada 2.1.2.1 Generación de residuos: panorama mundial La generación mundial de residuos (de todo tipo) por persona se promedia en 0,74 kg/día, pero este se bandea drásticamente entre 0,11 kg/día y 4,54 kg/día, dependiendo del nivel económico del lugar. Esta generación de residuos no solo varía en proporción, sino además en composición, resaltando que mientras más elevado sea el nivel económico, más plástico consume. [11] Los países que menos plástico consumen son aquellos con bajo nivel económico señalando como su cotidianidad está menos envuelta en empaques y productos plásticos, pero, desde el 2.012 la composición ha cambiado sus patrones resaltando como la porción orgánica disminuyó de 64% en 2.012, a 56% en 2.019; sugiriendo que cada vez ingresan más materiales de empaques y demás flujos con los que antes no se contaba, es decir, el plástico está llegando hasta donde, hasta ahora, no se utilizaba tanto en consumo básico. [11] Figura 8 Generación de residuos per cápita. [11] 2 1.002 2.002 3.002 4.002 5.002 6.002 7.002 1. 95 0 1. 95 5 1. 96 0 1. 96 5 1. 97 0 1. 97 5 1. 98 0 1. 98 5 1. 99 0 1. 99 5 2. 00 0 2. 00 5 2. 01 0 2. 01 5 M ill on es Población (personas) prod.plast.acum (Tons) Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 6 Figura 9 Definición de niveles económicos. [11] Figura 10 Registros y proyecciones en la generación de residuos: 2018, 2030, 2050. [11] Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 7 Figura 11 Composición de residuossegún niveles económicos. [11] Todos los países, independientemente de su nivel económico, proyectan aumento en la generación de residuos. Los países con alto nivel económico representan el 16% de la población mundial y aun así producen el 34% (683 millones de toneladas) de los residuos a nivel global. Aunque, por otro lado, estos mismos son quienes proyectan el menor incremento en la generación de residuos marcando una tendencia del 19% para el 2.050, lo cual igual suena elevado, pero contrastado con los países de medio y bajo nivel proyectando un 40%, y considerando lo muy superiores que son en población, y las dificultades a las que esto conlleva, esto cambia el panorama de quienes son los que más perjudican y perjudicarán. Cabe destacar que la generación de residuos total en los países de bajo ingreso económico está proyectada a triplicarse para el 2050, y su vez, son los que poseen la gestión de residuos más deficiente llegando incluso a dejar zonas sin recolección alguna, obligando a los habitantes a deshacerse de sus desechos de manera descontrolada. [11] En líneas generales, el ritmo de generación de residuos marca patrones más acelerados en los países que avanzan económicamente, de bajos y medios niveles hacia niveles superiores, a diferencia de aquellos con altos ingresos donde se estima una desaceleración por concienciación educativa o impuesta a través de tasas o cualquier otro mecanismo. Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 8 Si analizamos la generación de residuos por regiones, y no por niveles económicos, denotamos como la región de Asia del Este y Pacífico son la que actualmente producen la mayor cantidad posicionándose con 23% del total. Figura 12 Porcentajes de generación de residuos por región. [11] Figura 13 Generación de residuos por región. [11] Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 9 2.1.2.2 Generación de residuos: Área Metropolitana de Barcelona El Àrea Metropolitana de Barcelona encaja perfectamente en el perfil sugerido por el World Bank Group en su informe What a Waste 2.0 [11]. Como localidad de alto nivel económico, su generación de residuos se estima entre 1 y 1,49 kg/hab.día, efectivamente, según data del AMB, en 2018 la localidad registró 1,26 kg/hab.día; cifra corroborada por operario durante visita a la planta de revalorización de Sant Adrià de Besòs. Figura 14 Evolución de la generación de residuo. [12] Hay una estadística que contradice al informe del Banco Mundial [11], esta estadística reta la teoría que sugiere más generación de residuos por más población. Hay que tomar en cuenta el desarrollo económico como parte fundamental de las variables, ya que, estas indican que durante la depresión económica que, según el Instituto Nacional de Estadística, inició 2008 y concluyó en 2014 [13], se observa una disminución en la generación de residuos, sugiriendo que puede haber población creciente, pero si esta se encuentra estancada económicamente la teoría no se cumple. Figura 15 Evolución Toneladas de residuos vs. Población [11] 3.100.000 3.150.000 3.200.000 3.250.000 3.300.000 3.350.000 3.400.000 1.350.000 1.400.000 1.450.000 1.500.000 1.550.000 1.600.000 1.650.000 Tones Población Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 10 En cuanto a la composición de residuos, el perfil sugerido por World Bank Group, también está bastante afinado, resaltando como la porción de materia orgánica se diferencia sutilmente de 32% a 34% y como la porción de plástico coincide perfectamente en 13%. [4, 11] Figura 16 Composición de residuos. [3] Aun cuando esta sección del TFM está dedicada a la generación de residuos y no a la gestión de estos; se adelanta un detalle de los tipos de plásticos recolectados con la intención de dar continuación ininterrumpida de la porción plástica detallada, por tanto, esta gráfica se repetirá una vez más en la sección correspondiente a gestión de residuos. Figura 17 Cantidad de plásticos en el AMB. [3] Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 11 2.2 Vías de reciclaje de este tipo de residuo El reciclaje de polímeros está creando nuevos retos; aumenta en cantidad y complejidad, que, en el escenario actual, representa un gran compromiso en el área de investigación. Negativamente, se han observado incrementos en la producción de materiales plásticos diferentes, más complejos y/o más difíciles de reciclar, y, positivamente, las industrias se interesan e involucran cada vez más en la mejora de la fabricación de productos plásticos más reciclables. Indiferentemente, sea más fácil o difícil de reciclar por composición o por facilidad de tratado; el reciclado de plásticos tiene una cantidad máxima de veces que puede ser reingresado al ciclo ya que pierde propiedades, entre ellas la resistencia. Esto se debe principalmente a la degradación térmica a las que son sometidos durante los procesos, en especial, cuando hay solventes con capacidad de donar hidrogeno se ven mayormente afectados en su distribución de hidrocarburos. [14] 2.2.1 Técnicas de reciclado Figura 18 Técnicas de reciclado [15] 2.2.1.1 Primario – Re-extrusión Reciclaje primario, mejor conocido como re-extrusión o proceso de ciclo cerrado, es un reciclado de material de un solo tipo de polímero que; se podría decir que son puros, manteniendo propiedades muy cercanas al material virgen. Este tipo de reciclaje se aplica en procesos donde las especificaciones de calidad son tan elevadas como las de los productos para los que fueron pensados originalmente. [15] La manera más fácil de lograr el reciclado primario consiste en recolectar las mermas y descartes de procesos industriales, también conocidos como subproductos; que nunca llegaron a Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 12 concretarse como productos, dándoles una segunda oportunidad casi inmediata de formar un producto. 2.2.1.2 Secundario - Mecánico Este tipo de reciclaje es el más utilizado convirtiendo el plástico recolectado en artículos con propiedades inferiores a las del polímero original, puesto que provienen de plásticos recuperados, en su mayoría del posconsumo, lo que implica una pureza de material difícil de alcanzar. Este proceso disminuye, o incluso elimina, la calidad de separación y limpieza de los plásticos, en ocasiones mezclándolos con otros polímeros, aluminio, papel, etc. Las etapas usualmente empleadas son: corte o triturado, separación de contaminantes y separación de escamas. Adicionalmente, hay quienes remueven todo tipo de partículas de pegamento a través de lavado exhaustivo, incluso añadiendo químicos como soda caustica. Este proceso se puede realizar en diferentes órdenes de sucesión, dependiendo del grado de contaminación de los plásticos y de la calidad del producto reciclado. La preparación final del producto empieza con el lavado y la separación de sustancias contaminantes, proceso que se puede repetir si es necesario. Después, el material pasa por una centrifuga y secadora, y se almacena en un silo intermedio. En el caso ideal, este silo sirve también para homogeneizar más el material, al fin de obtener una calidad constante. Luego, el producto triturado, limpio, seco y homogenizado, es fundido en una extrusora, normalmente con pigmentos y aditivos, y, tras el proceso de granceado, se obtiene la granza lista para ser procesada por diferentes técnicas de transformación. Generalmente, se emplea la mezcla de granza reciclada con polímero virgen para alcanzar las prestaciones requeridas. 2.2.1.3 Terciario - Químico El reciclado primario y secundario son comúnmente vistos como procesos difícilesya que contemplan la identificación, separación y adaptación de materiales por diversidad de métodos. En el reciclado primario la descontaminación de los polímeros, cuando provienen de residuos posconsumo, es una etapa muy difícil, ya que son recolectados en mezclas heterogéneas. Es importante destacar que tanto el reciclado primario como secundario no contribuyen hacia el principio de sostenibilidad energética, mientras que el reciclaje terciario ha probado su contribución hacia el principio de sostenibilidad energética, ya que se dirige hacia la generación de material crudo del cual originalmente están hechos los plásticos, levantando mucho interés por parte de los recicladores. [15] El reciclaje terciario degrada los polímeros a compuestos químicos básicos y combustibles, implicando varios métodos como: termólisis, pirólisis, craqueo, gasificación y quimiólisis. Se diferencia sustancialmente de los dos primeros porque involucra, además de un cambio físico, un cambio químico. Básicamente, toda recuperación de monómeros de los residuos plásticos a través de la despolimerización se denomina reciclaje terciario. Según investigaciones las técnicas principales de este tipo de reciclaje difieren sutilmente; algunas investigaciones encabezan su lista de métodos con quimiólisis y termólisis, mientras otras investigaciones, sugieren pirólisis y gasificación. Indiferentemente, hay investigaciones que las reúnen a todas, y además, clasifican la pirólisis y gasificación como termólisis si se llevan a cabo en ausencia de aire y ambientes controlados. Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 13 Gasificación Los plásticos son calentados con aire u oxígeno. Así se obtienen gases de síntesis como monóxido de carbono e hidrógeno, que pueden ser utilizados para la producción de metanol o amoníaco, o incluso como agentes para la producción de acero en hornos de venteo. Hidrogenación En este caso los plásticos son tratados con hidrógeno y calor. Las cadenas poliméricas son rotas y convertidas en un petróleo sintético que puede ser utilizado en refinerías y plantas químicas. Pirólisis La pirolisis se lleva a cabo bajo condiciones de reacción severs (T>450⁰C y elevados tiempos de residencia) ya que es necesario aportar grandes cantidades de calor para romper el enlace carbono-carbono. La ruptura de las cadenas tiene lugar a través de una reacción primaria con una velocidad suficiente. Ademas, se forman radicales a partir de reacciones secundarias menos selectivas que dificultan el control de esta reacción primaria. [16] En el craqueo de las moléculas por calentamiento se recuperan las materias primas de los plásticos, de manera que se puedan rehacer polímeros puros con mejores propiedades y menor contaminación. Este proceso genera hidrocarburos líquidos o sólidos que pueden ser luego procesados en refinerías. En el caso del PET, su pirólisis genera carbón activado. [17] Este proceso permite obtener los monómeros (etileno o propileno) pero en presencia de numerosos subproductos y con bajos rendimientos, por lo que se están dedicando grandes esfuerzos para poder emplear catalizadores en estas reacciones. Si no se aplican estas condiciones los polímeros se transforman en materias químicas de tipo petroquímico como el gas de síntesis o parafinas. [17] Solvolisis Consiste en la aplicación de procesos solvolíticos como glicólisispara, hidrólisis o metanólisis, reciclarlos y transformarlos nuevamente en sus monómeros básicos para la repolimerización en nuevos plásticos. Este proceso se aplica a poliésteres, poliuretanos, poliacetales y poliamidas. Requiere altas cantidades separadas por tipo de resinas. Glicolisis Se realiza con etilenglicol y en condiciones menos severas que la hidrólisis y metanólisis, lo que reduce los costes, aunque es menos eficaz para el tratamiento de desechos coloreados y mezclados. Los productos de la reacción pueden utilizarse para recuperar PET o como precursores de espumas de poliuretano y poliésteres insaturados. Hidrólisis Normalmente se realiza en medio básico (saponificación), lo que facilita el proceso, pero nescesita una etapa de post-tratamiento para transformar el producto en monómeros utilizables. Este proceso permite tratar los desechos coloreados y mezclados. [16] Metanólisis Es un avanzado proceso de reciclado que consiste en la aplicación de metanol en el PET. Este poliéster (PET), es descompuesto en sus moléculas básicas, incluido el dimetiltereftalato y el etilenglicol, los cuales pueden ser luego repolimerizados para producir resina virgen. Varios productores de polietileno tereftalato están intentando desarrollar este proceso para utilizarlo en las botellas de bebidas carbonatadas. Las experiencias llevadas a cabo por empresas como Hoechst-Celanese, DuPont e Eastman han demostrado que los monómeros resultantes del Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 14 reciclado químico son lo suficientemente puros para ser reutilizados en la fabricación de nuevas botellas de PET. [16, 17] 2.2.1.4 Cuaternario – Recuperación de energía Después de un número de ciclos de reciclaje el material pierde propiedades y las opciones se limitan al descarte a vertederos o incineración. Verter los desechos a los rellenos sanitarios termina contaminando la superficie, entonces, la forma más eficiente de disponer del material pasa a ser la recuperación de energía por incineración, también denominada reciclaje cuaternario. Algunos recicladores excluyen el reciclaje cuaternario como técnica dentro de la misma clasificación que las tres anteriores puesto que discriminan argumentando que se recupera energía y no material. De igual forma, con más o menos apoyo por parte de los recuperadores de material, esta técnica está siendo implementada cada vez más gracias a la eficiencia de las nuevas incineradoras y sus avances tecnológicos. Consiste en aprovechar el alto poder calorífico de los derivados del petróleo con el objetivo de usar la energía térmica liberada para llevar a cabo otros procesos, es decir, el plástico es usado como combustible para reciclar energía. Figura 19 Valores caloríficos de varios polímeros disponibles. [17] Entre las ventajas resaltan la disminución de espacio ocupado en los vertederos, la recuperación de metales y el manejo de diferentes cantidades de desechos. Sin embargo, las desventajas en la generación de contaminantes gaseosos como CO2, NOx y SOx, despiertan mucha preocupación. Adicionalmente, la combustión de plástico genera compuestos orgánicos volátiles, humo, partículas de metales pesados, hidrocarburo aromático policíclico, dibenzofuranos policlorados y dioxinas. Esto puede ser controlado por diferentes métodos como: adición de carbono activado, enfriamiento de gases de combustión, neutralización de ácidos, adición de amoníaco a la cámara de combustión y/o filtración. 2.3 Identificación y separación de polímeros El reciclaje de plástico depende mayoritariamente del tipo de plástico. La recolección de plásticos no garantiza el tipo de plástico; antes de empezar a reutilizar los materiales, primero hay que resolver su compatibilidad. La separación de plásticos tiene que llevarse a cabo segregando varios materiales, y esto depende de la experiencia del personal. [18] Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 15 La mezcla de diferentes tipos de polímeros puede conducir a la desmejora de propiedades esperadas del material reciclado, debido, más específicamente, a la diferencia de temperaturas de fusión. Por ejemplo: mezclar polipropileno (PP) con polietileno de alta densidad (PEAD) incrementa la fragilidad. [19] 2.3.1 Escalas de separación 2.3.1.1 Macroselección de componentes Es aquella labor primaria que permite seleccionar y agrupar manualo automáticamente los artículos desechados de acuerdo con su naturaleza y destino. Un ejemplo es la separación de las botellas PET (utilizadas para refrescos) de las PEAD (empleadas en el envasado de leche). La selección de polímeros, con el fin ser reutilizados, se realiza, en parte, empleando la codificación y recomendaciones dadas por la Sociedad de la Industria del Plástico (SPI), que clasifica a los polímeros en siete categorías. Figura 20 Codificación de plásticos. 2.3.1.2 Microselección de componentes La microselección implica separar los polímeros en función de sus tipos, después de haber sido cortados y triturados en pequeños trozos. Actualmente la microseparación comercial se aplica, más comúnmente, a las botellas PET de refrescos y bebidas, ya que tiene un gran flujo de ingreso a la corriente de residuos, y resulta viable triturar botellas y separar los trozos de PET, PEAD y PP para obtener un producto de alta calidad. 2.3.1.2.1 Triturado El triturado de plástico es un proceso básico en el reciclaje ya que permite reducir el volumen de los productos al material que los conforman en formato de escamas u hojuelas, facilitando: el transporte, almacenamiento y, en microescala, la separación. Puede ser realizado a nivel industrial con trituradoras de gran tamaño, o a pequeña escala con trituradoras muy pequeñas, llegando incluso a trituradoras fabricadas por aficionados del reciclaje, posibilitando la acumulación de material para la venta o fabricación artesanal de productos. Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 16 Figura 21 Trituradora de gran tamaño Figura 22 Trituradora pequeña Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 17 Figura 23 Productos reciclados artesanales 2.3.1.3 Selección molecular Este método de reciclaje consiste en separar los polímeros, por ejemplo, algunos embalajes modernos que tienen uno o más de ellos, mediante sus disoluciones. El procedimiento se basa en la temperatura de disolución que tiene cada polímero que al final permite recuperarlos en capas. Otro tipo de separación molecular consiste en despolimerizar el polímero en su monómero original. Algunos ésteres de polímeros, como por ejemplo el tereftalato de polietileno (PET) y los metil – metacrilatos, se prestan a esta aproximación. 2.3.2 Tipos de separación Existen varias vertientes de identificación de polímeros según su aproximación, donde cabe destacar, que la identificación óptica lidera con ventaja debido a su capacidad de clasificación continua y eficiente. Todas las aproximaciones tienden a avanzar tecnológicamente, sin embargo, el alto coste, incapacidad de separación a grande escala, discontinuidad, ineficiencia y demás; hacen que algunas tecnologías queden rezagadas y sus progresos no sean tan acelerados. Cada una de las técnicas de identificación tiene una serie de limitaciones, algunas de ellas no son capaces de identificar plásticos oscuros, otras son lentas y no pueden ser aplicadas a un sector concreto, otras son suficientemente rápidas y pueden trabajar en un ambiente industrial pero no son capaces de identificar aditivos o determinados polímeros; por ende, suelen combinarse para tratar de superar todas estas limitaciones. Las técnicas de identificación han contado con un gran desarrollo en los últimos años puesto que el proceso de reciclado requiere que la etapa de identificación no sólo sea precisa sino rápida [18]. Las más destacadas se presentan en la siguiente tabla: Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 18 Aproximación Técnica Electrostática y Magnetismo Acelerador de velocidad Densidad magnética Eddy current Mesas densimétricas Separadores magnéticos Triboeléctrica Física Cribado Flotación Imagen Espectroscopía infrarrojo cercano (NIR) Espectroscopía infrarrojo medio (MIR) Espectroscopía infrarroja transformado de Fourier (FTIR) Espectroscopia plasmas inducidos por láser (LIBS) Espectroscopía Raman (RMS) Imágenes hiperespectrales Termografía infrarroja Fluorescencia con Rayos-X Química Calorimetría diferencial de barrido Trituración criogénica Tabla 1 Técnicas de separación de polímeros Con la intención de hacer un proceso ininterrumpido, y si la técnica lo permite, los sistemas de identificación deben ir acoplados a sistemas de separación automáticos, como pueden ser los sistemas de separación basados en chorros de aire (soplado) o en expulsores accionados neumáticamente. No todas las técnicas tienen aplicación viable a nivel industrial, por tanto, en este TFM, solo se mencionan las más involucradas en el sector. Como referencia, se consideran las técnicas empleadas por la marca de maquinaria más utilizada en España, dedicada específicamente a la clasificación automática con tecnología de punta, combinando varias de las técnicas. Se trata de TOMRA (antiguamente TITECH), pioneros mundiales en la clasificación basada en sensores, continuamente impulsando el desarrollo de nuevos sensores; despliegan más de 141 plantas de tratamiento y 357 equipos instalados en la península ibérica. [20] Los sensores de alta resolución que se emplean en la tecnología de TOMRA funcionan a una velocidad de hasta 320.000 puntos de escaneado por segundo. Esto significa, que incluso el más pequeño de los objetos queda siempre dentro del patrón de detección, mientras que los objetos de mayor tamaño pueden explorarse con más precisión que antes. Todas las máquinas funcionan en base al mismo principio básico. El material de entrada se desliza por una rampa o se conduce mediante una cinta transportadora a través de la zona de sensores. La información obtenida se procesa electrónicamente de modo que, dependiendo del ajuste de criterios de clasificación, los materiales detectados se expulsan selectivamente del Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 19 flujo de materiales mediante chorros de aire a presión con alta precisión, hacia una cámara de separación. Figura 24 Esquema de separación óptica [21] Figura 25 Separación a chorros, Planta de reciclaje Circularis, Les Franqueses del Vallès. [22] 2.3.2.1 Sensores de separación empleados en la tecnología líder Infrarrojo cercano (NIR): Reconoce los materiales sobre la base de las propiedades espectrales específicas y únicas de la luz reflejada. Rayos X de transmisión (XRT): Reconoce los materiales en base a su densidad atómica específica. Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 20 Sensor electromagnético (EM): Reconoce los metales por su conductividad y permeabilidad. Espectrometría visible (VIS): Reconoce todos los colores del espectro visible, tanto de objetos transparentes como opacos. Puede emplearse para el reconocimiento de la prensa impresa realizando un análisis espectral de las tintas CMYK. Tecnología de rayos X de fluorescencia (XRF): Reconoce los materiales por sus características atómicas. Detección de color (COLOR): Reconoce los materiales basándose en su color. Su capacidad llega mucho más allá que el espectro visible e incluye infrarrojos, ultravioletas y otros espectros. [22] Figura 26 Cintas transportadoras, Planta de reciclaje Circularis, Les Franqueses del Vallès. [22] 2.4 Usos del plástico reciclado Después de la etapa de identificación y separación de tipos plásticos, donde cabe destacar, puede ser un proceso reiterativo con la intención de purificar lo más posible las mezclas de residuos, y, donde puede tener varias fases de lavado previas y posteriores a la separación; este es almacenado en diferentes formatos: gránulos/granza, molidos/escamas/hojuelas o aglomerados/balas. Figura27 Granza, Escamas y Balas de plástico Para que el material adquiera estos formatos (a excepción de las balas que no son más que la compactación de productos en cualquier formato), es necesario someterlos a procesos de adaptación y transformación, los cuales serán desarrollados más adelante con la intención de Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 21 agrupar, tanto los procesos de adaptación para la venta de materia prima reciclada, como la transformación a productos. 2.5 Transformación de plástico reciclado: principales métodos empleados en España La industria de transformación de plástico ha avanzado, y sigue avanzando, creando cada vez más técnicas y métodos de transformación. Para tener una idea general de la cantidad de procesos se presentan los más destacados: Extrusión: simple, soplada, película soplada, lámina y película colada, tratamiento de corona, etiquetado en el molde (IML), ram o de pistón, etc. Inyección: soplado, etiquetado (IML), asistida por gas, asistida por agua, compounder (IMC), Co- inyección, Co-inyección twinshot, microproyección, etc. Otros: termoformados de laminados, botellas termoformadas, calandrado, rotomoldeo, sintetizado rotacional, compresión, moldeo por transferencia, laminación manual (hand lay up), aspersión (spray lay up), SMC (Sheet Molding Compound), BMC (Bulk Molding Compound), moldeo por inyección reactiva (RMC), inyección de caucho de silicona líquida (LRS), infusión de resina (SCRIMP), bobinado de filamento (filament winding), recubrimiento por lecho fluidizado, mecanizados de plástico, cromado de plástico, deshumidificación de materiales plásticos higroscópicos, vulcanización, impresión 3D, inmersión, etc. [17] Considerando la extensa cantidad de procesos de transformación de plástico se focalizarán aquellos más empleados en la industria del reciclaje en España. Según lo expuesto por la Asociación Nacional de Recicladores de Plástico (ANARPLA), en el Seminario “Reciclado de plásticos: datos estratégicos y barreras a su aplicación” realizado el 5 de abril de 2019 en el Centro Español de Plásticos (CEP) de Barcelona, de la cual se extrajeron los datos directamente; los usos más comunes se exhiben en la siguiente figura: Figura 28 Aplicaciones de plástico reciclado en España. [23] Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 22 2.5.1 Moldeado por Extrusión La palabra extrusión proviene del latín "extrudere" que significa forzar un material a través de un orificio. La extrusión consiste en hacer pasar bajo la acción de la presión un material termoplástico a través de un orificio con forma más o menos compleja y continua, de manera tal, que el material adquiera una sección transversal igual a la del orificio. En la extrusión de termoplásticos el proceso no es tan simple, ya que, durante el mismo, el polímero se funde dentro de un cilindro y posteriormente, es enfriado. Este proceso de extrusión tiene por objetivo, usarse para la producción de perfiles, tubos, películas plásticas, hojas plásticas, etc. [17] Figura 29 Esquema de extrusor. [17] Ventaja Presenta alta productividad y es el proceso más importante de obtención de formas plásticas en volumen de producción. Su operación es de las más sencillas, ya que, una vez establecidas las condiciones de operación, la producción continúa sin problemas siempre y cuando no exista un disturbio mayor. El costo de la maquinaria de extrusión es moderado, en comparación con otros procesos como inyección, soplado o calandrado, y con una buena flexibilidad para cambios de productos sin necesidad de hacer inversiones mayores. Restricción La restricción principal es que los productos obtenidos por extrusión deben tener una sección transversal constante en cualquier punto de su longitud (tubo, lámina) o periódica (tubería corrugada); quedan excluidos todos aquellos con formas irregulares o no uniformes. La mayor parte de los productos obtenidos de una línea de extrusión requieren de procesos posteriores con el fin de habilitar adecuadamente el artículo, como en el caso del sellado y cortado, para la obtención de bolsas a partir de película tubular o la formación de la unión o socket en el caso de tubería. [17] Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 23 Descripción del Proceso Dentro del proceso de extrusión, deben identificarse varias partes con el fin de aprender sus funciones principales, saber sus características en el caso de elegir un equipo y detectar en donde se puede generar un problema en el momento de la operación. La extrusión, por su versatilidad y amplia aplicación, suele dividirse en varios tipos, dependiendo de la forma del dado y del producto extruido. Así la extrusión puede ser: Tubo y perfil Película tubular Lámina y película plana Recubrimiento de cable Monofilamento Granza y fabricación de compuestos Independientemente del tipo de extrusión que se quiera analizar, todos guardan similitud hasta llegar al dado extrusor. Básicamente, una máquina de extrusión consta de un eje metálico central con alabes helicoidales llamado husillo o tornillo, instalado dentro de un cilindro metálico revestido con una camisa de resistencias eléctricas. En un extremo del cilindro se encuentra un orificio de entrada para la materia prima, donde se instala una tolva de alimentación para la materia prima, generalmente de forma cónica; en ese mismo extremo se encuentra el sistema de accionamiento del husillo, compuesto por un motor y un sistema de reducción de velocidad. En la punta del tornillo, se ubica la salida del material y el dado que forma finalmente al plástico. Aplicaciones A continuación, se enlistan productos que encuentran en el mercado, transformados por el proceso de extrusión: Película tubular Bolsa (comercial, supermercado) Película plástica para uso diverso Película para arropado de productos Bolsa para envase de alimentos y productos de alto consumos Tubería Tubería para condición de agua y drenaje Manguea para jardín Recubrimiento Alambre para uso eléctrico y telefónico Perfil Hojas para persiana Ventanería Canales de flujo de Agua Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 24 Lámina y Película Plana Rafia Manteles para mesa e individuales Cinta Adhesiva Flejes para embalaje Monofilamento Filamentos Alfombra (Filamento de las alfombras) 2.5.2 Moldeado por Inyección La inyección es un proceso en el que se funde la materia prima en una máquina que inyecta dentro de las cavidades huecas de un molde, con una determinada presión, velocidad y temperatura. Transcurrido un cierto tiempo, el plástico fundido en el molde va perdiendo su calor y volviéndose sólido, copiando las formas de las partes huecas del molde donde ha estado alojado. El resultado es un trozo de plástico sólido con las formas y dimensiones de las partes huecas del molde. El diseño actual de la máquina de moldeo por inyección ha sido influido por la demanda de productos con diferentes características geométricas, diferentes polímeros y colores involucrados. Además, su diseño se ha modificado de manera que las piezas moldeadas tengan un menor costo de producción, lo cual exige rapidez de inyección, bajas temperaturas, y un ciclo de moldeo corto y preciso. Generalidades de las máquinas de moldeo por inyección Las máquinas de moldeo por inyección tienen tres módulos principales: La unidad de inyección o plastificación. La unidad de cierre. Soporta el molde, lo abre y lo cierra además de contener el sistema de expulsión de la pieza La unidad de control. Es donde se establecen, monitorean y controlan todos los parámetros del proceso: tiempos, temperaturas,presiones y velocidades. En algunas máquinas se pueden obtener estadísticas de los parámetros de moldeo si así se desea. Básicamente todas las máquinas de inyección están formadas por los mismos elementos. Las diferencias entre una máquina y otra radican en su tamaño, la unidad de cierre y el diseño de la unidad de plastificación. Figura 30 Máquina de inyección de plásticos. [17] Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 25 2.5.3 Moldeado por Soplado El moldeo por soplado es un proceso discontinuo de producción de recipientes y artículos huecos, en donde una resina termoplástica es fundida e inyectada para ser transformada en una preforma hueca y luego llevada a un molde final en donde, por la introducción de aire caliente a presión en su interior, se expande hasta tomar la forma del molde, luego, es enfriada y expulsada como un artículo terminado. Figura 31 Esquema moldeo por soplado. [17] Prácticamente el moldeo de cualquier recipiente se puede lograr por medio del proceso de soplado, siendo el único para la producción de recipientes de cuello angosto de alto consumo en industrias como la alimenticia, cosmética y química, aunque en envases de cuello ancho, puede encontrar cierta competencia en el proceso de inyección y quizás con el termoformado, mientras que, en contenedores de gran tamaño y boca angosta, observa una gran competencia con el moldeo por rotación. El proceso se encuentra en franco crecimiento, bajo la necesidad de abastecer a un mercado de alimentos también en constante auge. Ventaja El proceso tiene la ventaja de ser el único proceso para la producción de recipientes de boca angosta; solamente comparte mercado con el rotomoldeo en contenedores de gran capacidad. Otra ventaja es la obtención de artículos de paredes muy delgadas con gran resistencia mecánica. Operativamente permite cambios en la producción con relativa sencillez, tomando en cuenta que los moldes no son voluminosos ni pesados. Restricciones Como restricciones del proceso se puede mencionar que se producen artículos huecos que requieren de grandes espacios de almacenaje y dificultan la comercialización a regiones que no estén próximas a la planta productora. Por otra parte, en el proceso de cada ciclo se tiene una porción de material residual que debe ser molido y retornado al material virgen para su recuperación, lo que reduce la relación producto obtenido/material alimentado, y que se debe adicionar al precio del producto. Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 26 Sector Cosméticos - Farmacéutico Envases de tratamiento tipo ampolletas Envases pequeños para muestras médicas Recipientes para medicamentos en pastillas Recipientes para jarabes, soluciones y suspensiones Recipientes grandes para suero Recipientes para shampoo y cremas Recipientes para lociones y perfumes Sector de Alimentos Botellas para aceite comestible Botellas para agua potable Botellas para bebidas alcohólicas Envases pequeños para golosinas o promocionales Envases para bebidas refrescantes no carbonatadas Envases para condimentos Envases para bebidas en polvo Botellas para bebida carbonatadas con o sin retorno 2.6 Gestión de los residuos plásticos Para abordar el tema de la gestión local actual se focalizó el tema de manera global con la intención de comparar y contrastar los tipos de gestiones aplicadas a nivel global. 2.6.1 Disposición de residuos Antes de adentrar en el tema de gestión como tal, se analizó que sucede en los recorridos de los residuos y si son o no aprovechados, es decir, si tienen un recorrido lineal o cíclico. Indiferentemente, si es recolectado y transportado con una u otra metodología, es imprescindible comprender: cual es el resultado final, si es lo deseado y que modificaciones se tienen que adaptar para lograr una configuración donde el material siga en el ciclo de vida útil sin salir del sistema por la mayor cantidad de tiempo posible. Como se puede observar en la siguiente figura, aproximadamente el 75% de los residuos a nivel mundial terminan en vertederos; de este total, aproximadamente un 60% de manera descontrolada, y un 40% con sistemas de recolección y tratamientos de lixiviados. También se puede observar cómo apenas un 10% es reciclado y un 8% es incinerado. Considerando que los porcentajes representan todos los tipos de materiales y anualmente se producen alrededor de 400 millones de toneladas de plástico, esto eleva la preocupación a nivel mundial. [11] Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 27 Figura 32 Métodos de disposición de residuos. [11] Adicionalmente, el porcentaje de reciclado de los países con frecuencia es calculado considerando las exportaciones de balas compactadas de plástico a otros países que proponen reciclarlo, como si este material será 100% reciclado, lo cual se aleja bastante de la realidad. Por un lado, las balas de plástico contienen materiales impropios, lo cual de por sí ya empieza a deducir del porcentaje absoluto, y, por otro lado, hay materiales plásticos en tan mal estado que imposibilita su reciclado, deduciendo aún más del porcentaje. [24] La porción de balas plásticas que contienen materiales impropios y plásticos irrecuperables es tan grande que los principales países importadores interesados en recuperar esos materiales ya no las admiten, causando un gran problema para los países exportadores que consideraban la exportación como solución. Entre los países que consideran la exportación de balas plásticas como solución está España. Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 28 Figura 33 Evolución de las exportaciones de plástico. [25] Como se puede observar en la gráfica anterior, China, el mayor importador, refleja una disminución significativa a partir del 2016; esto se debe al incremento progresivo de especificaciones de importación hasta llegar a la prohibición total de importaciones de plástico el 1 de enero de 2018, por la cual España se encuentra bastante afectada. El país asiático ha recibido desde 2010 alrededor del 35% de los residuos plásticos. [26] Figura 34 Evolución exportaciones de plástico a China. [24] Las circunstancias actuales deberían favorecer a los recicladores locales que suponen un aumento de ingreso de material plástico a sus plantas de tratamiento, pero, estos tienen el mismo problema; el material que ingresa a sus instalaciones lo hace en mezclas heterogéneas y difíciles de aprovechar. ANARPLA, expone que es necesario desacelerar, y si es posible frenar, las tecnologías insostenibles por falta de diseños reciclables, a su vez, recomiendan una mejora en el sistema de clasificación de los materiales con una corriente separada para materiales biodegradables. [23] Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 29 2.6.2 Reciclaje en el Àrea Metropolitana de Barcelona El 26 de febrero de 2019, se formalizó el acuerdo metropolitano para el residuo cero. Este gran pacto a escala metropolitana entre la AMB, la Generalidad de Cataluña, a través de la Agencia de Residuos de Cataluña (ARC), y los 36 ayuntamientos metropolitanos ha dado como fruto una estrategia conjunta para la gestión de los residuos municipales con un horizonte hacia el 2025. El acuerdo metropolitano para el residuo cero está incluido dentro del Programa metropolitano de prevención de residuos y gestión de recursos y residuos municipales 2017-2025 (PREMET25), el nuevo plan estratégico de gestión de residuos redactado por la AMB. La redacción de este plan ha sido una de las prioridades de la AMB en el mandato 2015-2019, para salir del estancamiento en torno al35% de la recogida selectiva metropolitana. Este índice alcanzó su máximo histórico en 2010, con un 37,2% y ha ido disminuyendo progresivamente hasta el nivel actual del 35,5% tras un repunte en 2018. El PREMET25 tiene como objetivo último dar cumplimiento a los mandatos de la Unión Europea: una tasa de reciclaje del 55% en 2025 y del 60% en 2030. Durante la presentación, Eloi Badia, vicepresidente de Medio Ambiente de la AMB, destacó que "el modelo actual, basado en contenedores abiertos las 24 horas del día, ha tocado techo. Desde la AMB queremos liderar un verdadero pacto de sociedad, que implique todas las administraciones, la industria, el comercio y la ciudadanía, y hacerlo desde un punto de vista municipalista ". Nuevo paradigma de gestión de residuos El nuevo programa determina que en 2025 toda la población, los comercios y los negocios de la AMB deberán participar en la implementación de un sistema de individualización de la recogida de residuos, que permite identificar a los usuarios, y vincular el tipo y la cantidad de residuos producidos en nivel individual. Los sistemas elegidos para ser implantados en los municipios metropolitanos son la recogida puerta a puerta, los contenedores inteligentes y las recogidas comerciales específicas. En 2025 también se establecerán tarifas en función de los residuos que se generen y que tan bien separados estén, del mismo modo que hoy cada uno paga en función de su consumo en cualquier otro servicio. Este pago por generación incluirá tanto los residuos generados en el ámbito doméstico, que representa un 60% del total de residuos generados, como los del ámbito comercial, que supone el 40%. El futuro de las plantas de tratamiento de la AMB Otro fundamento del PREMET25 es el abandono progresivo del actual modelo basado en los ecoparques, donde sólo es posible recuperar un 10-12% de los materiales reciclables de forma mezclada (y que si se separaran adecuadamente se podría recuperar el 90 %). Estas instalaciones se reconvertirán progresivamente en plantas de tratamiento más especializadas, sobre todo dedicadas a la materia orgánica. También está prevista la reducción de la incineración de residuos. La planta integral de valorización energética, situada en Sant Adrià de Besòs, clausurará uno o dos de sus hornos (entre uno y dos tercios de la planta) de cara al año 2025, y disminuirá así el porcentaje total de residuos destinados a vertedero. En paralelo, disminuirá la cantidad de residuos que terminan en un depósito controlado, con la consiguiente reducción del impacto ambiental que suponen las últimas fases de la gestión de residuos. Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 30 Impactos del PREMET25 El cumplimiento de los objetivos del nuevo programa generará una serie de impactos positivos: Impactos ambientales: se reducirán las emisiones de gases de efecto invernadero entre 160.000 y 250.000 toneladas cada año, disminuirá en un 8% de la toxicidad producida y la demanda de energía será un 32% menor. Impactos en el terreno económico: la Administración ahorrará 20 millones de euros anuales respecto a la situación de estancamiento de la recogida selectiva. También habrá una distribución más justa de lo que paga la ciudadanía y alejará la posibilidad de incurrir en multas y sanciones por parte de la Unión Europea. Impactos en el ámbito laboral: el cambio de modelo generará un aumento del empleo prevista para 2025 en temas de gestión de residuos en el área metropolitana, donde se crearán entre 1.047 y 1.650 puestos de trabajo, que significan entre un 12,8% y un 20,1% con respecto al empleo de 2017. Casos de éxito Algunos municipios metropolitanos ya aplican los nuevos sistemas de individualización y demuestran la efectividad con aumentos importantes de la recogida selectiva municipal. Tiana y Torrelles de Llobregat, con la implantación del sistema puerta a puerta, se han situado como los dos municipios con mayores índices de recogida selectiva, con un 76% y un 63% respectivamente. Estos municipios continúan aplicando mejoras, como en el caso de Torrelles, por ejemplo, con los cubos con chip para optimizar la frecuencia de recogida y el control con cámaras y tarjeta de acceso al punto de emergencia. Asimismo, Sant Boi de Llobregat, Castelldefels y el núcleo antiguo de Sarrià (Barcelona) también han aplicado cambios en el sistema. En Sarrià se ha pasado del 19% de recogida al 60% en un solo año. Otros municipios metropolitanos como L'Hospitalet de Llobregat, Cornellà de Llobregat o Esplugues de Llobregrat también prevén acciones como la implantación de contenedores inteligentes o de recogidas específicas comerciales. [27] 2.6.3 Sistemas de gestión de residuos Los sistemas de gestión de residuos son esenciales para el reciclado ya que de ellos depende la calidad y eficiencia del sector reciclador y por consiguiente la economía circular. Por ejemplo, hay sistemas en donde los residuos se clasifican en más categorías, y así, el trabajo de separación se facilita y optimiza. 2.6.3.1 Sistemas Integrados de Gestión (SIG) Los Sistemas Integrados de Gestión (SIG) tienen como finalidad la recogida periódica en el domicilio o proximidades del consumidor, transporte, almacenamiento y reciclado de los mismos, además de la vigilancia de estas operaciones y de los lugares de descarga. En concreto, está relacionado con los productos que las empresas ponen en el mercado, para que estos, una vez terminada su vida útil, o más comúnmente, cuando el consumidor ya no hace uso de ellos y los desecha, sean gestionados correctamente. Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 31 Principios: Optimización del uso de los recursos Previsión y prevención de impactos ambientales Control de la capacidad de absorción del medio de los impactos, o sea, control de la resistencia del sistema Ordenación territorial Este es el sistema implementado actualmente en el Área Metropolitana de Barcelona, pero no funciona del todo bien; como mencionado anteriormente está estancado en torno al 35% de participación cívica y esto genera un problema en la captación de materiales a recuperar. En el caso del plástico, la gran mayoría ingresa mezclado al contendor “Restos” (contenedor gris) donde la identificación y separación de los mismos es complicada, y por ende, solo se logra recuperar entre el 10-12%, y lo demás, termina en incineradoras o vertederos. En el caso del Recircula Challenge, centrado en el tema específico de bolsas y film, esto era un punto crucial ya que la gran mayoría entra a los contenedores incorrectos de donde es muy complicado recuperarlos puesto se mezcla con demasiados residuos. Es necesario resaltar que los residuos recuperados se venden por peso y en el caso de la bolsa y film no es para nada rentable; extraerlo y adaptarlo supone demasiado esfuerzo para poca acumulación de peso. [28] Figura 35 Recuperación de plásticos en el AMB. [3] El origen y funcionamiento del SIG es frecuentemente criticado por profesionales del sector que han dedicado numerosos artículos levantando preocupación, señalando que este sistema fue implementado a raíz de la aplicación de la Directiva 94/62/CE relativa a los envases y sus residuos, donde se concretaron medidas para que los estados miembros de la Unión Europea alcanzaran unos objetivos mínimos de valorización y reciclaje de los materiales contenidos en los residuos de envases. Persiguiendo esos objetivos, España aprobó una legislación [29] para que los agentes participantes en la cadena de comercialización de productos envasados (envasadores, importadores, mayoristas y minoristas) garantizaran que los envases no acabaran Gestión y técnicas de reciclaje polimérico: estudio del escenario actual, aplicaciones y nuevas tendencias 32 abandonados. Entre las opciones
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