Introduzione I materiali compositi termoindurenti, noti per le loro eccellenti proprietà meccaniche e resistenza chimica, trovano ampio impiego in settori come l'automobilistico, l'edilizio e le apparecchiature elettriche. A causa della loro matrice termoindurente, questi materiali presentano difficoltà significative in fase di smaltimento. Attualmente le soluzioni principali includono l'incenerimento e l'esportazione verso paesi extra-UE, spesso con conseguenze ambientali significative. Questo studio si propone di analizzare diverse tecnologie di trattamento a fine vita per compositi termoindurenti, confrontando l'impatto ambientale di diverse metodologie di riciclo e recupero tramite un'analisi del ciclo di vita (LCA), comparandolo con l’attuale sistema di smaltimento. Metodologia Per questo studio è stato selezionato come materiale rappresentativo dei compositi termoindurenti il Bulk Molding Compound (BMC), un materiale fibrorinforzato a base poliestere ampiamente utilizzato nell’industria elettrica ed automobilistica. L’unità funzionale selezionata per lo studio è il trattamento di 1 tonnellata di rifiuto di BMC proveniente dalla raccolta RAEE. Lo studio è di tipo gate-to-gate; in particolare, i confini di sistema includono i processi di riciclaggio o recupero del BMC escludendone le fasi di pretrattamento comuni a tutti gli scenari. Per trattare la multifunzionalità degli scenari e valutare i benefici ambientali derivati dai prodotti recuperati, è stato adottato un approccio basato sui crediti per i prodotti evitati, adottando degli opportuni rapporti di sostituzione per considerarne la qualità. È stata inoltre eseguita un’analisi di sensibilità rispetto ai rapporti di sostituzione. La modellazione LCA è stata effettuata utilizzando il software SimaPro, impiegando dati primari derivanti sia da test di laboratorio che da operatori industriali. L’integrazione con dati secondari è stata effettuata tramite utilizzo di letteratura scientifica, di software di simulazione di processo (Aspen Plus) e del database ecoinvent 3.9.1. Gli scenari modellati comprendono metodi di smaltimento attuali e tecniche di riciclo innovative: 1) smaltimento corrente, con incenerimento in UE (25%) o esportazione (75%); 2) incenerimento con recupero energetico (termovalorizzazione); 3) pirolisi termica per recupero di fibre di vetro, olio e gas combustibili; 4) processo a letto fluido per recupero di energia termica e fibre di vetro; 5) solvolisi in condizioni supercritiche per recupero di oligomeri e fibre di vetro; 6) riciclo meccanico a ciclo chiuso per recupero di fibre di vetro e cariche minerali; 7) riciclo meccanico a ciclo aperto per produzione di geopolimeri; 8) coprocessamento in forni per cemento. Per l’analisi di impatto ambientale è stato utilizzato il metodo Environmental Footprint 3.1. Risultati Dai risultati a punteggio singolo emergono come soluzioni a minor impatto ambientale il riciclo meccanico a ciclo chiuso e la pirolisi. Il riciclo meccanico permette il recupero di fibre di vetro e cariche inorganiche, riducendo il consume di risorse minerali. La pirolisi genera sottoprodotti in grado di sostituire combustibili fossili, abbassando l’impronta di carbonio del processo. A differenza del riciclo meccanico, la pirolisi permette la valorizzazione della matrice organica del composito. Tuttavia, le fibre di vetro riciclate per pirolisi presentano una perdita di resistenza alla trazione del 50% rispetto alle fibre vergini, fattore modellato attraverso un rapporto di sostituzione nel calcolo del credito ambientale. Lo smaltimento di BMC in cementifici risulta efficace nel mitigare l’impatto ambientale sia rispetto allo scenario attuale che alla termovalorizzazione. Questo è dovuto all’evitato utilizzo di olio combustibile nel forno del cementificio e alla valorizzazione di allumina e silicati contenuti nel rifiuto, che riducono l’estrazione di risorse per la produzione del clinker. Il metodo di smaltimento attuale, basato prevalentemente su esportazione, incenerimento e discarica, ha rivelato un impatto elevato, ma inferiore a quello della solvolisi, che risulta invece l’opzione più impattante tra gli scenari analizzati. Il processo, effettuato condizioni supercritiche, richiede notevoli quantità di energia e acqua, portando a un elevato impatto ambientale nonostante il recupero di oligomeri. Conclusioni In conclusione, il riciclo meccanico e la pirolisi rappresentano le migliori soluzioni di smaltimento per materiali compositi termoindurenti. Questo studio dimostra l’importanza di sviluppare e adottare tecnologie di riciclo avanzate per materiali complessi, dimostrando la potenzialità di riduzione degli impatti ambientali, in particolare quelli relative al consumo di risorse naturali e le emissioni di gas serra. La maggior parte degli scenari di riciclo, sebbene introducano alcune perdite di qualità, rappresentano un’opzione nettamente preferibile rispetto agli attuali metodi di smaltimento.
Sostenibilità a fine vita dei compositi termoindurenti: analisi LCA comparativa delle tecnologie di recupero
A. Salvi;G. Dotelli
2025-01-01
Abstract
Introduzione I materiali compositi termoindurenti, noti per le loro eccellenti proprietà meccaniche e resistenza chimica, trovano ampio impiego in settori come l'automobilistico, l'edilizio e le apparecchiature elettriche. A causa della loro matrice termoindurente, questi materiali presentano difficoltà significative in fase di smaltimento. Attualmente le soluzioni principali includono l'incenerimento e l'esportazione verso paesi extra-UE, spesso con conseguenze ambientali significative. Questo studio si propone di analizzare diverse tecnologie di trattamento a fine vita per compositi termoindurenti, confrontando l'impatto ambientale di diverse metodologie di riciclo e recupero tramite un'analisi del ciclo di vita (LCA), comparandolo con l’attuale sistema di smaltimento. Metodologia Per questo studio è stato selezionato come materiale rappresentativo dei compositi termoindurenti il Bulk Molding Compound (BMC), un materiale fibrorinforzato a base poliestere ampiamente utilizzato nell’industria elettrica ed automobilistica. L’unità funzionale selezionata per lo studio è il trattamento di 1 tonnellata di rifiuto di BMC proveniente dalla raccolta RAEE. Lo studio è di tipo gate-to-gate; in particolare, i confini di sistema includono i processi di riciclaggio o recupero del BMC escludendone le fasi di pretrattamento comuni a tutti gli scenari. Per trattare la multifunzionalità degli scenari e valutare i benefici ambientali derivati dai prodotti recuperati, è stato adottato un approccio basato sui crediti per i prodotti evitati, adottando degli opportuni rapporti di sostituzione per considerarne la qualità. È stata inoltre eseguita un’analisi di sensibilità rispetto ai rapporti di sostituzione. La modellazione LCA è stata effettuata utilizzando il software SimaPro, impiegando dati primari derivanti sia da test di laboratorio che da operatori industriali. L’integrazione con dati secondari è stata effettuata tramite utilizzo di letteratura scientifica, di software di simulazione di processo (Aspen Plus) e del database ecoinvent 3.9.1. Gli scenari modellati comprendono metodi di smaltimento attuali e tecniche di riciclo innovative: 1) smaltimento corrente, con incenerimento in UE (25%) o esportazione (75%); 2) incenerimento con recupero energetico (termovalorizzazione); 3) pirolisi termica per recupero di fibre di vetro, olio e gas combustibili; 4) processo a letto fluido per recupero di energia termica e fibre di vetro; 5) solvolisi in condizioni supercritiche per recupero di oligomeri e fibre di vetro; 6) riciclo meccanico a ciclo chiuso per recupero di fibre di vetro e cariche minerali; 7) riciclo meccanico a ciclo aperto per produzione di geopolimeri; 8) coprocessamento in forni per cemento. Per l’analisi di impatto ambientale è stato utilizzato il metodo Environmental Footprint 3.1. Risultati Dai risultati a punteggio singolo emergono come soluzioni a minor impatto ambientale il riciclo meccanico a ciclo chiuso e la pirolisi. Il riciclo meccanico permette il recupero di fibre di vetro e cariche inorganiche, riducendo il consume di risorse minerali. La pirolisi genera sottoprodotti in grado di sostituire combustibili fossili, abbassando l’impronta di carbonio del processo. A differenza del riciclo meccanico, la pirolisi permette la valorizzazione della matrice organica del composito. Tuttavia, le fibre di vetro riciclate per pirolisi presentano una perdita di resistenza alla trazione del 50% rispetto alle fibre vergini, fattore modellato attraverso un rapporto di sostituzione nel calcolo del credito ambientale. Lo smaltimento di BMC in cementifici risulta efficace nel mitigare l’impatto ambientale sia rispetto allo scenario attuale che alla termovalorizzazione. Questo è dovuto all’evitato utilizzo di olio combustibile nel forno del cementificio e alla valorizzazione di allumina e silicati contenuti nel rifiuto, che riducono l’estrazione di risorse per la produzione del clinker. Il metodo di smaltimento attuale, basato prevalentemente su esportazione, incenerimento e discarica, ha rivelato un impatto elevato, ma inferiore a quello della solvolisi, che risulta invece l’opzione più impattante tra gli scenari analizzati. Il processo, effettuato condizioni supercritiche, richiede notevoli quantità di energia e acqua, portando a un elevato impatto ambientale nonostante il recupero di oligomeri. Conclusioni In conclusione, il riciclo meccanico e la pirolisi rappresentano le migliori soluzioni di smaltimento per materiali compositi termoindurenti. Questo studio dimostra l’importanza di sviluppare e adottare tecnologie di riciclo avanzate per materiali complessi, dimostrando la potenzialità di riduzione degli impatti ambientali, in particolare quelli relative al consumo di risorse naturali e le emissioni di gas serra. La maggior parte degli scenari di riciclo, sebbene introducano alcune perdite di qualità, rappresentano un’opzione nettamente preferibile rispetto agli attuali metodi di smaltimento.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
