Riciclo del poliestere: vie meccanica e chimica
Il riciclo meccanico accorcia la catena e trascina con sé il colore; la depolimerizzazione chimica riporta il polimero al monomero e ricostruisce una qualità equivalente al vergine — la differenza sta nel fatto che la viscosità intrinseca venga o meno preservata.
Il riciclo del poliestere (PET) segue due vie fondamentali: la via meccanica, che rifonde la macromolecola esistente sotto calore e sforzo di taglio, e la via chimica (depolimerizzazione), che scinde i legami estere riportandoli al monomero. La distinzione tecnica fra le due si riconduce in gran parte a un'unica grandezza — la viscosità intrinseca (IV, dL/g) — perché la IV segue la lunghezza della catena, e quindi la filabilità e la tenacità. La viscosità si misura secondo ASTM D4603 (viscosimetro a capillare di vetro a una concentrazione dello 0,50% in una soluzione di fenolo/tetracloroetano; in senso stretto fornisce la viscosità inerente, strettamente correlata alla IV) e ISO 1628-5.
Via meccanica: fondere, estrudere, ma perdere un po' a ogni ciclo
Il riciclo meccanico raccoglie per lo più PET di origine da bottiglia, lo lava, lo riduce in scaglie (flake) e lo riestrude. Il problema è termomeccanico: alla temperatura di fusione (all'incirca 250–280 °C) l'umidità residua e l'ossigeno innescano la rottura idrolitica e termica della catena (chain scission) in corrispondenza dei legami estere. La conseguenza misurabile è un calo della IV — tipicamente da un input in qualità per bottiglia di ~0,80 dL/g fino a ~0,65 dL/g dopo la lavorazione, e fino all'intervallo 0,5–0,7 in alcuni studi. Una IV in calo significa un peso molecolare in calo e una resistenza della fibra in calo.
Ecco perché una via puramente meccanica è di solito un "downcycle": il materiale scende di una qualità a ogni ciclo (ad es. da fibra a imbottitura/tela di rinforzo). La contaminazione (PVC, adesivi, altri polimeri), il colorante residuo e il numero limitato di cicli fissano il tetto pratico. Una volta che il PET passa da bottiglia a fibra, nella maggior parte delle tecnologie attuali non può tornare a bottiglie a contatto con gli alimenti — è un flusso a senso unico.
Ripristinare la IV: policondensazione allo stato solido (SSP)
Il modo standard per compensare la perdita di IV della via meccanica è uno stadio di policondensazione allo stato solido (SSP). I granuli vengono mantenuti al di sotto del punto di fusione (all'incirca >200 °C) sotto gas inerte o vuoto; la transesterificazione/esterificazione riallunga la catena ed elimina i contaminanti volatili. La SSP può riportare la IV a ~0,7–0,9 dL/g e ridurre lo scarto di colore (ΔE). La SSP è di fatto obbligatoria per l'rPET in qualità alimentare e spesso opzionale per la qualità fibra; in alternativa, gli estensori di catena reattivi (chain extender) possono compensare in parte la perdita di IV.
Via chimica: tornare al monomero, ricostruire da zero
Il riciclo chimico scompone il PET nei suoi monomeri costitutivi; poiché tali monomeri possono essere polimerizzati in una resina indistinguibile dal vergine, la perdita di IV e il problema del colore vengono di fatto "azzerati". Esistono quattro principali chimiche di depolimerizzazione: glicolisi, metanolisi, idrolisi e depolimerizzazione enzimatica. Ciascuna differisce per prodotto obiettivo, condizioni e maturità.
| Via | Reagente / condizione | Prodotto principale | Resa/purezza tipica | Maturità |
|---|---|---|---|---|
| Glicolisi | Glicole etilenico, ~180–240 °C, catalizzatore | BHET (monomero) | BHET tipicamente elevata (in letteratura riportata fino a ~90%) | La più pronta sul piano industriale |
| Metanolisi | Metanolo, alta temperatura/pressione | DMT + glicole etilenico | DMT ad alta purezza | Scala commerciale (ad es. Eastman) |
| Idrolisi | Acqua (acida/neutra/alcalina), alta energia | TPA + glicole etilenico | TPA ad alta purezza (può raggiungere la qualità alimentare) | Elevato fabbisogno di energia/prodotti chimici |
| Enzimatica | Enzima ingegnerizzato, ~30–70 °C | TPA + glicole etilenico | Elevata selettività; depolimerizzazione riportata nell'ordine delle ore | In fase di scale-up (ad es. Carbios) |
La glicolisi è la via più matura e più pronta per l'industria: opera generalmente a pressione atmosferica e a temperatura moderata e dà bis(2-idrossietil)tereftalato (BHET). La metanolisi produce dimetiltereftalato (DMT) — ad esempio la linea molecolare/di metanolisi di Eastman approda a questa coppia di monomeri (DMT + MEG); l'azienda dichiara, a seconda delle proprie ipotesi di ciclo di vita, un'intensità di gas serra inferiore di circa il 29% rispetto al vergine per la metanolisi convenzionale e di oltre il 70% per il suo processo di nuova generazione (incluse le emissioni evitate). Si tratta di dichiarazioni dell'azienda basate su LCA, non di valori assoluti verificati in modo indipendente. L'idrolisi è interessante per la qualità alimentare perché dà direttamente acido tereftalico (TPA), ma il suo fabbisogno di energia e di prodotti chimici ne mette alla prova la scalabilità. La via enzimatica opera a bassa temperatura con elevata selettività; lo stabilimento Carbios di Longlaville, ad esempio, impiega l'idrolisi enzimatica per ridurre il PET a TPA e glicole etilenico e punta a ~50.000 tonnellate/anno di rifiuti preparati a piena capacità.
Le vere barriere al riciclo da tessile a tessile
Il vero collo di bottiglia non è la bottiglia, ma la materia prima tessile. I capi sono raramente in PET puro: le miscele poliestere-elastan costituiscono buona parte dell'abbigliamento contemporaneo, e anche a basso tenore l'elastan può intasare i macchinari, provocare agglomerazioni e ostacolare un recupero efficiente degli altri polimeri. I coloranti sono la seconda barriera — i coloranti dispersi (azoici/antrachinonici) sono ancorati alla fibra in modo fisico e termico; nella via meccanica vengono trascinati e rendono il colore incontrollabile, mentre nella via chimica devono essere separati dal flusso di monomero. La terza barriera è la materia prima: una fornitura di rifiuti tessili costante, selezionata e pre-trattata è ancora frammentata e insufficiente.
Ecco perché le vie chimica/enzimatica sono più promettenti per il da tessile a tessile: le impurità di colorante e di miscela possono essere separate a livello di monomero, e la depolimerizzazione selettiva può, in linea di principio, recuperare il poliestere senza distruggere l'elastan. La via meccanica rimane invece più efficiente su flussi puri, monocomponente e in colori chiari.
Catena di custodia: GRS e RCS
Una dichiarazione di contenuto riciclato è una questione di tracciabilità, non di chimica. Il Recycled Claim Standard (RCS) di Textile Exchange richiede almeno il 5% di input riciclato e verifica soltanto il contenuto/la tracciabilità; il Global Recycled Standard (GRS) richiede invece almeno il 20% di contenuto riciclato e vi aggiunge criteri sociali, ambientali e chimici (l'uso del logo GRS, tuttavia, richiede in genere un contenuto ≥50%). Entrambi si fondano sulla catena di custodia del Content Claim Standard (CCS): l'identità del materiale è documentata dalla materia prima al prodotto finito. Con un approccio a bilancio di massa (mass balance), la materia prima vergine e quella riciclata possono essere miscelate nello stabilimento, ma il prodotto può essere etichettato soltanto con la percentuale di riciclato effettivamente attribuita.
La conseguenza pratica: il "poliestere riciclato" non è una cosa sola. L'rPET meccanico (per lo più di origine da bottiglia; esempi commerciali di rPET come REPREVE rientrano in questa categoria) è rapido e a basso costo ma limitato in termini di IV e colore; la via chimica/enzimatica è più costosa e meno matura ma promette una qualità equivalente al vergine e un vero ciclo da tessile a tessile. Per un acquirente, la domanda giusta non è "è riciclato?" ma "quale via, quale IV e con quale certificato di catena di custodia?"