La despolimerización térmica ( TDP ) es el proceso de convertir un polímero en un monómero o una mezcla de monómeros, [1] por medios predominantemente térmicos. Puede estar catalizado o no catalizado y es distinto de otras formas de despolimerización que pueden depender del uso de productos químicos o acción biológica. Este proceso está asociado con un aumento de la entropía .
Para la mayoría de los polímeros, la despolimerización térmica es un proceso caótico que produce una mezcla de compuestos volátiles. Los materiales se pueden despolimerizar de esta manera durante la gestión de residuos , y los componentes volátiles producidos se pueden quemar como una forma de combustible sintético en un proceso de conversión de residuos en energía . Para otros polímeros, la despolimerización térmica es un proceso ordenado que da un solo producto, o una gama limitada de productos, estas transformaciones suelen ser más valiosas.
Despolimerización desordenada
Para la mayoría de los materiales poliméricos, la despolimerización térmica se produce de manera desordenada, con una escisión aleatoria de la cadena que produce una mezcla de compuestos volátiles. El resultado es similar a la pirólisis , aunque a temperaturas más altas se produce la gasificación . Estas reacciones se pueden ver durante la gestión de residuos , y los productos se queman como combustible sintético en un proceso de conversión de residuos en energía . En comparación con la simple incineración del polímero de partida, la despolimerización da un material con un poder calorífico más alto que se puede quemar de manera más eficiente y también se puede vender. La incineración también puede producir dioxinas y compuestos similares a las dioxinas . Sin embargo, como el paso de despolimerización consume energía, el equilibrio final de eficiencia energética puede ser muy ajustado y ha sido objeto de críticas. [2]
Biomasa
Se pueden procesar muchos desechos agrícolas y animales, pero a menudo ya se utilizan como fertilizante , alimento para animales y, en algunos casos, como materia prima para fábricas de papel o como combustible de caldera de baja calidad . La despolimerización térmica puede convertirlos en materiales de mayor valor económico. Se han desarrollado numerosas tecnologías de biomasa a líquido . En general, los bioquímicos contienen átomos de oxígeno que se retienen durante la pirólisis, dando productos líquidos ricos en fenoles y furanos . [3] Estos pueden verse como parcialmente oxidados y son combustibles de baja calidad. Las tecnologías de licuefacción hidrotermal deshidratan la biomasa durante el procesamiento térmico para producir una corriente de producto más rica en energía. [4] De manera similar, la gasificación produce hidrógeno, un combustible de muy alta energía.
Plástica
Los residuos plásticos se compone principalmente de plástico de las materias primas y puede ser activamente ordenadas a partir de los residuos municipales . La pirólisis de plásticos mixtos puede producir una mezcla bastante amplia de productos químicos (entre aproximadamente 1 y 15 átomos de carbono), incluidos gases y líquidos aromáticos. [5] Los catalizadores pueden dar un producto mejor definido con un valor más alto. [6] Asimismo, se puede emplear el hidrocraqueo para obtener productos de GLP . La presencia de PVC puede ser problemática, ya que su despolimerización térmica genera grandes cantidades de HCl que pueden corroer el equipo y provocar una cloración no deseada de los productos. Debe ser excluido o compensado mediante la instalación de tecnologías de dicloración. [7] El polietileno y el polipropileno representan poco menos de la mitad de la producción mundial de plástico y, al ser hidrocarburos puros , tienen un mayor potencial de conversión en combustible. [8] Históricamente, las tecnologías de plástico a combustible han luchado por ser económicamente viables debido a los costos de recolección y clasificación del plástico y al valor relativamente bajo del combustible producido. [8] Se considera que las plantas grandes son más económicas que las más pequeñas, [9] [10] pero requieren más inversión para construirlas. Sin embargo, el enfoque puede conducir a una leve disminución neta de las emisiones de gases de efecto invernadero. [11]
En la gestión de residuos de neumáticos, la pirólisis de neumáticos también es una opción. El aceite derivado de la pirólisis de caucho de neumáticos contiene un alto contenido de azufre, lo que le confiere un alto potencial como contaminante y requiere hidrodesulfuración antes de su uso. [12] [13] El área enfrenta obstáculos legislativos, económicos y de comercialización. [14] En la mayoría de los casos, los neumáticos simplemente se incineran como combustible derivado de los neumáticos .
Residuos municipales
El tratamiento térmico de los residuos urbanos puede implicar la despolimerización de una amplia gama de compuestos, incluidos los plásticos y la biomasa. Las tecnologías pueden incluir incineración simple, así como pirólisis, gasificación y gasificación por plasma . Todos estos pueden acomodar materias primas mezcladas y contaminadas. La principal ventaja es la reducción del volumen de residuos, especialmente en zonas densamente pobladas que carecen de sitios adecuados para nuevos vertederos . En muchos países, la incineración con recuperación de energía sigue siendo el método más común, y las tecnologías más avanzadas se ven obstaculizadas por obstáculos técnicos y de costos. [15] [16]
Despolimerización ordenada
Algunos materiales se descomponen térmicamente de manera ordenada para dar una gama de productos única o limitada. Por ser materiales puros, suelen ser más valiosos que las mezclas producidas por despolimerización térmica desordenada. Para los plásticos, este suele ser el monómero de partida y cuando se recicla de nuevo en polímero nuevo se denomina reciclaje de materia prima. En la práctica, no todas las reacciones de despolimerización son completamente eficientes y a menudo se observa alguna pirólisis competitiva.
Biomasa
Las biorrefinerías convierten los desechos agrícolas y animales de bajo valor en productos químicos útiles. La producción industrial de furfural mediante el tratamiento térmico catalizado por ácido de la hemicelulosa ha estado en funcionamiento durante más de un siglo. La lignina ha sido objeto de importantes investigaciones para la producción potencial de BTX y otros compuestos aromáticos, [17] aunque estos procesos aún no se han comercializado por completo. [18]
Plástica
Ciertos polímeros como PTFE , Nylon 6 , poliestireno y PMMA [19] se someten a la despolimerización de dar a sus partida monómeros . Estos se pueden convertir nuevamente en plástico nuevo, un proceso llamado reciclaje químico o de materias primas. [20] [21] [22] En teoría, esto ofrece una capacidad de reciclaje infinita, pero también es más caro y tiene una huella de carbono más alta que otras formas de reciclaje de plástico.
Procesos relacionados
Aunque rara vez se emplea hoy en día, la gasificación del carbón se ha realizado históricamente a gran escala. La despolimerización térmica es similar a otros procesos que utilizan agua sobrecalentada como un paso importante para producir combustibles, como la licuefacción hidrotermal directa . [23] Estos son distintos de los procesos que utilizan materiales secos para despolimerizar, como la pirólisis . El término Conversión Termoquímica (TCC) también se ha utilizado para la conversión de biomasa en aceites, utilizando agua sobrecalentada, aunque se aplica más habitualmente a la producción de combustible mediante pirólisis. [24] [25] Otros procesos a escala comercial incluyen el proceso "SlurryCarb" operado por EnerTech, que usa una tecnología similar para descarboxilar los desechos biológicos sólidos húmedos, que luego pueden deshidratarse físicamente y usarse como un combustible sólido llamado E-Fuel. La planta de Rialto, California, fue diseñada para procesar 683 toneladas de residuos por día. Sin embargo, no cumplió con los estándares de diseño y se cerró. La instalación de Rialto no cumplió con los pagos de sus bonos y está en proceso de liquidación. [26] El proceso de mejora hidrotérmica (HTU) utiliza agua sobrecalentada para producir aceite a partir de los desechos domésticos. [27] Se prevé la puesta en marcha de una planta de demostración en los Países Bajos, que se dice que será capaz de procesar 64 toneladas de biomasa ( base seca ) por día en petróleo. [28] La despolimerización térmica se diferencia en que contiene un proceso hidratado seguido de un proceso de craqueo / destilación anhidro.
Los polímeros de condensación que presentan grupos escindibles tales como ésteres y amidas también pueden despolimerizarse completamente por hidrólisis o solvólisis , esto puede ser un proceso puramente químico pero también puede ser promovido por enzimas. [29] Estas tecnologías están menos desarrolladas que las de la despolimerización térmica, pero tienen el potencial de reducir los costes energéticos. Hasta ahora, el tereftalato de polietileno ha sido el polímero más estudiado. [30] Alternativamente, los residuos plásticos pueden convertirse en otros productos químicos valiosos (no necesariamente monómeros) por acción microbiana. [31] [32]
Ver también
- Tratamiento térmico
- Tratamiento térmico mecánico
- Oxidación húmeda
- Reforma por etapas
Referencias
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