El reciclaje de botellas de PET es el proceso de convertir las botellas de PET en un nuevo material, evitando la liberación de tereftalato de polietileno al medio ambiente y reduciendo la cantidad de residuos que se envían a los vertederos . El objetivo principal del reciclaje es conservar los recursos como materia prima. Las botellas de PET se pueden reciclar por completo, mientras que tardan unos 150 años en descomponerse en los vertederos [1] . El método más utilizado para las botellas de PET es la reutilización y el reciclaje en nuevos tipos de materiales y productos. Las botellas de PET muy contaminadas y no aptas para el reciclaje se queman para generar energía [2] .
El PET o tereftalato de polietileno (PET) es un polímero creado por la combinación de dos monómeros : etilenglicol modificado y ácido tereftálico purificado [3] . El material fue sintetizado por primera vez en 1939 y patentado en 1941 por los impresores británicos Calico John Winfield y James T. Dixon [4] 1] . En la URSS, el material se desarrolló independientemente de los expertos británicos en 1949 y se denominó "lavsan", en honor al laboratorio de compuestos macromoleculares de la Academia de Ciencias , donde se obtuvo por primera vez [5] [6] . En las décadas de 1950 y 1960, el polímero se utilizó principalmente para la fabricación de fibras sintéticas [7] .
La invención de la botella de PET está asociada al nombre del inventor estadounidense Nathaniel Wyeth , quien en 1967 pensó en la posibilidad de almacenar refrescos en una botella de plástico. En 1973, patentó el proceso de fabricación de botellas [8] . Las primeras pruebas comerciales de botellas de PET se realizaron en 1975-1976, pero la revolución en la producción de envases de plástico comenzó en 1977, cuando la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA) prohibió a la empresa Coca-Cola producir botellas a partir de resinas Lopac. - la alternativa entonces a los envases de vidrio. La empresa tuvo que buscar nuevos materiales para la producción en masa de botellas duraderas y baratas. Inicialmente, Coca-Cola planeó fabricar ella misma las botellas de PET, pero después de las pruebas en 1976, la tecnología se transfirió a otros fabricantes. A finales de año, los primeros envases de PET fueron producidos por Amoco Containers, y una semana después por Hoover Universal [9] . También en 1977 se recicló la primera botella de PET [8] .
Los bajos costos de producción, alta resistencia, resistencia al agua, transparencia, mayor plasticidad y la capacidad de conservar sus propiedades hacen de las botellas de PET uno de los envases de plástico más comunes [10] [11] [12] . En Rusia, las botellas de PET representan más del 80 % de la producción de todos los materiales de PET [13] [3] . Cada segundo se producen en el mundo 20.000 botellas de PET y cada minuto se venden alrededor de 1.000.000 [14] . El PET constituye una proporción significativa de los más de 50 kilogramos de desechos plásticos que genera una persona promedio cada año [15] [16] .
Alrededor de 9.500.000 toneladas de plástico ingresan a los océanos cada año , lo que resulta en la muerte de grandes peces y mamíferos [17] , sin embargo, en toda la historia de la fabricación y uso activo del material, solo el 9% ha sido reciclado - la mayoría de los desechos se acumulan en vertederos o se descompone en la naturaleza [18 ] [19] [18] . Y al mismo tiempo, el PET es el plástico más reciclado del mundo: el nivel de reciclaje del material en los Estados Unidos alcanza alrededor del 30% y en los países de la Unión Europea , el 50% [3] . Al mismo tiempo, en 2016, menos de la mitad de las botellas de PET se recolectaron para reciclar, y solo el 7% de las recolectadas se utilizaron para fabricar botellas nuevas [20] . Los plásticos PET se identifican con el código de identificación "1"; por regla general, el símbolo se encuentra en la parte inferior de la botella [21] .
Hay varias formas principales de separar la recolección de plástico en uso en todo el mundo. El esquema de entrega (“take to”) implica la entrega de los residuos por parte de la población en lugares especialmente designados. Este método es iniciado principalmente por las autoridades regionales o implementado por grandes cadenas de supermercados u organizaciones públicas. Por lo general, los contenedores de basura son contenedores que se abren en forma de cono con dos ruedas y un marco de malla. Si dicho sistema está bien depurado, entonces el nivel de regeneración de empaques en la región puede llegar al 40-50% [22] .
El esquema de la acera ("en la acera") implica la recolección de basura a través de contenedores instalados directamente al lado de las casas. El método es el más efectivo: el esquema en la acera le permite recolectar hasta el 60% del paquete [22] .
En los países desarrollados, las máquinas expendedoras , también conocidas como máquinas expendedoras, son comunes. Se utilizan principalmente para recoger los envases de plástico de las bebidas. Las máquinas expendedoras se instalan en aquellas regiones y países donde se ha implantado un sistema de envasado en depósito - parte del coste del envasado está incluido en el coste de la bebida y se devuelve al comprador a la entrega del material. Por lo general, estas máquinas identifican el material del contenedor mediante un código de barras , un sensor de material o una imagen de video, y luego la botella se traslada a la sección de almacenamiento, donde a menudo se almacena en forma prensada. A cambio, el consumidor recibe tokens o cheques para canjearlos por ciertos bienes o devolver el depósito de seguridad [22] [23] .
En la mayoría de los casos, la clasificación del material se lleva a cabo en la planta de procesamiento. La clasificación y separación manual de las botellas se lleva a cabo según la forma, el grado de contaminación, el tipo de material [24] [25] , a veces, según los colores del material [26] . Por ejemplo, en Rusia, el PET se clasifica en cuatro grupos de colores principales: colores oscuros (negro, marrón), azul verdoso, transparente y otros. Con el muestreo manual del transportador, un trabajador no puede seleccionar más de 140 kilogramos de botellas de PET por hora [23] .
Las empresas pueden utilizar sistemas automáticos de reconocimiento y clasificación, pero a pesar del aumento de la productividad y la eficiencia, estos sistemas son caros [24] . Dichos sistemas funcionan con sensores táctiles y escáneres que leen un tipo específico de polímero. En los países de la Unión Europea, estas máquinas se utilizan para clasificar el plástico de los contenedores de recogida selectiva [23] .
El reciclaje mecánico es la forma más eficiente de reciclar los residuos de PET. El PET reciclado resultante se usa tal cual o se mezcla con material virgen y se recicla para producir los productos deseados [27] [28] . El reciclaje mecánico no requiere equipo costoso especial y es relativamente fácil de implementar [25] .
Después de la clasificación, se realiza una separación preliminar de los componentes no plásticos, como trapos, restos de envases de papel o madera, metálicos y otros [2] . Para facilitar el proceso de clasificación y descontaminación de materiales de desecho, las botellas de PET se pueden prelavar con vapor y productos químicos para separar el cloruro de polivinilo (PVC) del PET; al pasar por un tambor de agua caliente o aire, las botellas que contienen PVC cambiarán de color y se volverán ligeramente marrón, lo que facilita mucho la identificación del material [3] . Luego, el plástico se tritura a un tamaño suficiente para permitir su procesamiento posterior [2] . La limpieza de las escamas es fundamental para mantener el valor del plástico recuperado [3] [26] .
Además, el plástico se lava completamente de la contaminación orgánica e inorgánica mediante el uso de detergentes y agua, que puede alcanzar los 80 grados [2] . El aclarado con agua garantiza la eliminación de la suciedad residual y de los productos de limpieza [3] [2] . Luego, el plástico seco se procesa en instalaciones térmicas para obtener una masa fundida de consistencia homogénea - reciclar [28] [25] . Posteriormente, el material ya fundido es enviado a la extrusora para la formación de gránulos intermedios o directamente productos secundarios [25] . Para implementar el proceso se utilizan trituradoras, plantas de granulación, dispositivos de aglomeración de masas secundarias, sistemas de remojo y limpieza, automatización, equipos de manipulación [25] [2] . En la etapa final, el material se procesa en un producto terminado [2] [26] .
Se considera que las desventajas del reciclaje mecánico son la alta intensidad energética del proceso, la dificultad de controlar el tamaño de molienda y la limitada reutilización de materiales [28] . Además, la necesidad de clasificar, separar y limpiar los productos de plástico ralentiza significativamente el proceso de reciclaje. La limpieza a fondo es técnicamente difícil de realizar, especialmente si los residuos plásticos se han acumulado en los vertederos durante mucho tiempo [25] . Otro problema es la posible presencia de PVC en la composición de las botellas, ya que incluso con una clasificación cuidadosa siempre existe la posibilidad de que entren impurezas adicionales en el material secundario [29] [26] .
Además, el plástico no se puede reciclar indefinidamente. Las fibras de polímero envejecen cada vez, la calidad del producto resultante se deteriora gradualmente. Como resultado, el plástico que se ha reciclado varias veces en este ciclo todavía tiene que desecharse [30] .
Los materiales de PET que no son aptos para el reciclaje (debido a la contaminación o una gran cantidad de ciclos de uso) se pueden eliminar en incineradores , incluidas las empresas diseñadas para la eliminación de residuos energéticos . El PET se considera uno de los combustibles plásticos más seguros, ya que no se liberan dioxinas durante la combustión [23] [30] .
Durante la descomposición térmica , el material polimérico se descompone en compuestos de bajo peso molecular como el tereftalato de dimetilo y el etilenglicol , lo que da como resultado la liberación de energía. Para ello, se suelen utilizar los procesos de pirólisis y termólisis catalítica [23] . Como resultado de la despolimerización térmica se obtiene tanto una mezcla de hidrocarburos adecuada para crear combustibles sintéticos como nuevos materiales plásticos [31] . Durante el proceso de despolimerización, los monoplásticos, como las botellas de PET, se descomponen en monómeros que pueden reciclarse en nuevos materiales de PET [32] .
QuímicoEn este proceso, el material PET se despolimeriza cuando se expone a productos químicos como metanol , etilenglicol , ácidos o álcalis . Este método de procesamiento prometedor está en desarrollo y recién comienza a usarse en varios países. Los métodos químicos a menudo consumen más energía y son más complejos que el reciclaje mecánico [33] , pero permiten el procesamiento de residuos de PET de menor calidad [23] .
Existen métodos experimentales para obtener materiales inusuales a partir de materias primas de PET.
RadiaciónCuando se usa el método de radiación, los enlaces químicos de las macromoléculas se rompen con la ayuda de neutrones , radiación gamma o partículas beta . Como resultado de la degradación oxidativa foto y térmica, se forman productos de bajo peso molecular, que posteriormente pueden ser utilizados en procesos biocíclicos. El método de radiación para procesar PET es en gran parte experimental, no se utiliza en Rusia [23] .
Conversión a formas alternativas de carbonoEn el Instituto de Física de Alta Presión de la Academia Rusa de Ciencias se ha desarrollado un método que permite reciclar el PET, obteniendo a partir de él diamantes o carbono tipo grafito. Consiste en calentar plástico a presión mediante una prensa y una cámara especial capaz de generar presiones de hasta 9 GPa (≈888 atm.) y temperaturas de hasta 1900 K (1627°C). Así, a una presión de 8 GPa y una temperatura de 1300 K , se obtienen diamantes de hasta 10 micras de tamaño , que pueden utilizarse para fabricar microherramientas abrasivas o monocristalinas resistentes al calor. Si los parámetros de síntesis se reducen, por ejemplo, a 2 GPa y una temperatura de 1000 K, entonces, como resultado del experimento, se obtiene grafito ; a 2–3 GPa y una temperatura de 700 K, se obtiene carbono similar al grafito. [30] .
Descomposición por la bacteria Ideonella sakaiensisEn 2016, se supo que científicos japoneses descubrieron la bacteria Ideonella sakaiensis 201-F6, que puede degradar el material PET a ácido tereftálico y etilenglicol. Los organismos no solo destruyen el material, sino que también lo utilizan para obtener energía. Según los experimentos, las bacterias pueden procesar una película delgada (hasta 0,2 mm) en seis semanas a una temperatura de 30°C [34] [35] . Así, las partículas de PET que quedan en el suelo pueden ser descompuestas por bacterias que se alimentan del carbono contenido en el material . En el proceso, las bacterias producen las dos enzimas necesarias para descomponerlo . Estas enzimas pueden aislarse de bacterias y usarse en el reciclaje de plástico. Al mismo tiempo, la reacción de descomposición avanza muy lentamente: para el procesamiento de PET a escala industrial, se requerirá una modificación genética de la bacteria [30] .
El uso generalizado de plástico PET de calidad alimentaria lo ha convertido en un tema constante de investigación sobre seguridad. De 2010 a 2012, la Administración de Drogas y Alimentos de los EE . UU . realizó su propia investigación sobre los envases de plástico y no encontró ninguna liberación de sustancias nocivas, especialmente cuando el envase se usó una vez. El único riesgo es la contaminación bacteriana por el uso repetido del recipiente. Otros estudios no han encontrado efectos mutagénicos ni hormonales [36] . Al mismo tiempo, existe el riesgo de que varios compuestos químicos de bajo peso molecular que permanecen en el polímero después de la síntesis puedan, bajo ciertas condiciones, migrar de él al producto [37] . Entonces, las pruebas encontraron que el antimonio se libera de algunas botellas de plástico en el líquido durante el uso repetido , que permanece en PET a partir del catalizador de trióxido de antimonio (Sb 2 O 3 ) utilizado en la síntesis del material. Sin embargo, el nivel de la sustancia no excede la norma determinada para una persona y no representa una amenaza para la salud [37] [38] [39] . El proceso de liberación de sustancias químicas en botellas de plástico también puede ocurrir con un calentamiento prolongado (por ejemplo, de una botella que ha estado en el automóvil durante semanas bajo el sol) [40] .
El mercado de producción secundaria de PET depende en gran medida de la optimización de la recogida y preparación de residuos y, en consecuencia, de la calidad de las materias primas resultantes [41] . El PET reciclado de buena calidad se puede utilizar en casi cualquier industria, incluida la alimentaria [42] .
Uno de los usos más populares de los residuos plásticos reciclados es la fabricación de poliéster reciclado [43] [41] . En los países europeos, alrededor del 70 % del PET reciclado se recicla en fibras de poliéster , que se utilizan para calentar ropa, rellenar sacos de dormir y peluches. La ventaja del poliéster sobre otros materiales es que el material se seca rápidamente y no cambia de tamaño ni de forma cuando se lava [44] . Los materiales reciclados incluyen nailon , organza y tafetán . Al mismo tiempo, algunos fabricantes crean ropa completamente a partir de material PET reciclado. Entonces, para una camiseta necesitará alrededor de 7 botellas, para un suéter - 40, y el relleno para una chaqueta de esquí requerirá alrededor de 14 botellas [45] [46] [47] . El material PET reciclado se utiliza para la fabricación de envases para detergentes y productos químicos domésticos. El material de mala calidad puede ser útil en la fabricación de materias primas en la producción de adhesivos y esmaltes [41] . Muchas empresas están invirtiendo cada vez más en el reciclaje de envases de PET para fabricar nuevas botellas. Así, la empresa Coca-Cola pretende utilizar un 50% de PET reciclado para 2030 [3] . Otros usos incluyen la producción de cerdas de cepillos para barredoras, cintas de embalaje, películas, tejas, baldosas para pavimento [1] [29] .
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