Mejora del reciclado de plástico procedente de residuos de envases
Plástico reciclado utilizado en filamentos para impresión 3D
Cada año, unos 5,6 millones de toneladas métricas de envases de plástico acaban en la basura doméstica alemana tras haber sido utilizados una sola vez. Hasta ahora, menos de un tercio puede reciclarse. El Instituto Fraunhofer de Tecnología de Fabricación y Materiales Avanzados IFAM, en colaboración con la Hochschule Bremen - City University of Applied Sciences, pretende transformar estos residuos en productos de alta calidad impresos en 3D.
El volumen de residuos plásticos va en aumento, habiéndose triplicado aproximadamente en toda Alemania en los últimos 30 años. Los residuos de envases son uno de los principales responsables. Si en 1994 los hogares alemanes producían 2,1 millones de toneladas métricas de residuos plásticos, en 2023 la cifra habrá aumentado a 5,6 millones. Por eso es aún más importante encontrar formas de reciclar estos productos de un solo uso, la mayoría de los cuales se basan en el petróleo crudo.
"Pero es mucho más difícil reciclar los residuos postconsumo que los restos de plástico de la producción industrial", explica la Dra. Silke Eckardt, profesora de sistemas energéticos sostenibles y eficiencia de los recursos en la Hochschule Bremen - City University of Applied Sciences (HSB). Al fin y al cabo, estos materiales no sólo son muy heterogéneos, sino que también suelen ser sucios". No obstante, para cerrar el ciclo de producción, la HSB se ha asociado con investigadores del Fraunhofer IFAM para reciclar incluso estos plásticos difíciles de manipular procedentes de los hogares y utilizarlos después en la fabricación aditiva.
Plástico reciclado utilizado en filamentos para impresión 3D
"Dado que los residuos deben reciclarse para su uso en impresión 3D, tienen que cumplir requisitos muy estrictos en aspectos como la pureza, la forma y el tamaño", explica el Dr. Dirk Godlinski, jefe de proyecto del grupo de trabajo de Tecnología de Composites del Fraunhofer IFAM.
Para ello, en un estudio de viabilidad realizado por HSB y Fraunhofer IFAM se utilizó la producción de polipropileno de una planta de clasificación de residuos de envases.
Para garantizar una pureza suficiente, Eckardt y su equipo siguieron procesando la producción de la planta de clasificación: En los Laboratorios de Economía Circular de la universidad, trituraron el plástico, lo lavaron y separaron el material no deseado de la corriente principal mediante una separación por flotación y hundimiento. El equipo utilizó tecnología de infrarrojos cercanos para identificar
plásticos extraños residuales y los eliminaron posteriormente. Después, los investigadores volvieron a triturar el material hasta que alcanzó el tamaño de grano necesario para la fabricación de compuestos y lo secaron. Con este método se alcanzaron niveles de pureza superiores al 99,8 por ciento.
A continuación, el Fraunhofer IFAM tomó el relevo: "En el proyecto produjimos polipropileno homogéneo a partir de los residuos preparados", explica Godlinski. "Se trata de un plástico versátil, duradero, resistente a la rotura y relativamente flexible".
El científico investigador y su equipo produjeron un hilo de plástico sólido. Primero, procesaron los copos de polipropileno reciclado en una extrusora industrial del Fraunhofer IFAM. Allí se combinó el material, se mezcló utilizando diferentes geometrías de tornillo extrusor y, a continuación, se fundió a temperaturas superiores a 200 grados centígrados y se extruyó.
"La experiencia consiste en ajustar con precisión los distintos tornillos mecánicos, temperaturas, presiones y velocidades a lo largo del proceso de producción para que el producto final sea polipropileno homogéneo", explica Godlinski. Para su posterior procesamiento en impresión 3D, por ejemplo, el filamento debe tener un diámetro redondo y uniforme en toda su longitud, con una superficie lisa.
Los investigadores lo consiguieron: El filamento de plástico gris, de unos dos milímetros de grosor, pudo utilizarse directamente como filamento en una impresora 3D comercial. Por ahora, Godlinski y su equipo han impreso con éxito sus primeros componentes, incluidas las tapas.
Esto marca la conclusión del estudio de viabilidad realizado por HSB y Fraunhofer IFAM. Los investigadores están optimizando el proceso de producción. Ya han surgido ideas para proyectos posteriores. Godlinski señala que los plásticos pueden refinarse aún más, por ejemplo, introduciendo aditivos como fibras de vidrio durante la composición. Esto permite fabricar componentes de muy alta calidad para su uso en sectores como la aviación y la automoción.
Las disposiciones legales también están impulsando una mayor demanda de materiales reciclados: Según el Reglamento de la UE sobre envases y residuos de envases (PPWR), los envases deben estar compuestos por entre un 10% y un 35% de materiales reciclados para 2030, dependiendo del tipo de plástico y del producto, excluidos los productos sanitarios y farmacéuticos. El requisito para 2035 es de entre el 25% y el 65% de materiales reciclados.
"Aumentar la demanda de materiales reciclados es importante", afirma convencido Eckardt. "Especialmente en relación con el cambio climático, tenemos que pensar en la eficiencia de los recursos. La economía circular es cada vez más importante". Godlinski está de acuerdo: "Cuantos más residuos reutilicemos y reciclemos, más energía y recursos podremos conservar".
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