CONCORSO DI IDEE PER LA
VALORIZZAZIONE ED IL RECUPERO DI RIFIUTI
INDUSTRIALI
Recupero di materia o energia da scarti di materiali compositi in resine termoindurenti e fibre di vetro
Una nuova vita per la vetroresina: la Glebanite®, il processo Korec, RFM®.
2020 - 2021
Consorzio Polo Tecnologic o Magona
Sommario
La vetroresina ... 2
La sua diffusione ... 2
Il riciclaggio ... 3
Trattamenti esplorati nel mondo ... 3
RICICLO MECCANICO ... 3
RECUPERO TERMICO ... 3
RECUPERO TERMICO ... 3
RICICLO CHIMICO ... 3
Smaltimento barche in vetroresina ... 5
Impianto a La Spezia ... 7
La glebanite ... 8
RFM®: riciclo e Trasformazione Materie Plastiche Fibro-Rinforzate ... 10
Il processo Korec ... 11
Analisi DSC della miscela “riciclato Korec/resina vergine” (ASTM D3418) ... 11
Aspetto economico ... 11
Sitografia e bibliografia ... 12
La vetroresina
La vetroresina o VTR è un tipo di plastica rinforzata con vetro (per questo nota anche come GRP o GFRP); si tratta di un materiale composito nel quale le fibre di vetro ad alta resistenza meccanica costituiscono la parte strutturale e la resina è la matrice impermeabilizzante chimico-resistente che lega le varie fibre, consentendo la distribuzione degli sforzi.
Grazie a queste caratteristiche la vetroresina si rende adatta a molteplici applicazioni e può essere utilizzata per la realizzazione di prodotti che presentano vantaggi che i materiali tradizionali non hanno simultaneamente, quali:
> Alto rapporto resistenza meccanica/peso
> Elevata inerzia chimica
> Resistenza agli agenti atmosferici ed agli UV
> Bassa conducibilità termica ed elettrica
> Durata
> Atossicità
> Assenza di manutenzione
> Leggerezza
Diffusione della vetroresina
I laminati in vetroresina sono caratterizzati da un’incredibile versatilità. Grazie alle eccellenti combinazioni di proprietà non raggiungibili contemporaneamente da altri materiali, soprattutto per le altissime proprietà meccaniche unite ad una grande leggerezza, la vetroresina ha avuto un’enorme diffusione fin dagli anni ‘50 nei più disparati campi di applicazione.
AUTOMOBILISTICO
Parti di carrozzeria, cabine e furgonature, paraurti;
CHIMICO
Tubazioni, serbatoi, tramogge, valvole, pompe;
EDILE
Passerelle e ponti, condutture, recinzioni, ringhiere, grondaie;
AGRICOLO
Strutture per silos e serre, pali, recinzioni, scale, botti per alimenti;
AEREOSPAZIALE
Elementi di ali e code, fusoliere, antenne, carrelli di atterraggio;
NAUTICO
Scafi, ponti, alberi e vele, boe d’ancora, pannellature;
ELETTRICO ED EOLICO
Pannelli, alloggiamenti, interruttori, isolatori, connettori, tralicci, pale eoliche;
SPORTIVO
Mazze da golf, racchette tennis, elmetti protettivi, sci, surf, canoe, piscine.
Riciclaggio della vetroresina
Il riciclaggio dei composti termoindurenti rappresenta una sfida: infatti non è redditizio in termini economici poiché le fibre ottenute presentano proprietà meccaniche inferiori rispetto a quelle originali; ciò è dovuto al fatto che in genere contengono due o più componenti ( riempitivo, fibra, resina, ecc.) e una volta che le molecole della matrice termoindurente sono reticolate, il materiale risultante non può essere rifuso o rimodellato. Inoltre le resine termoindurenti più comuni non possono essere depolimerizzate nei loro componenti originali, quindi tali composti non biodegradabili finiscono in discarica con costi economici elevati.
Trattamenti di riciclaggio
Sono state proposte diverse tecnologie per il riciclo dei composti termoindurenti, di seguito verranno elencate quelle esplorate negli ultimi quindici anni a livello internazionale con i relativi svantaggi:
RICICLO MECCANICO – comminuzione/macinazione per ottenere un materiale utile come rinforzo in nuove formulazioni
Basso valore commerciale del riciclato;
Riduzione della resistenza meccanica del prodotto finale;
Alto dispendio energetico nella produzione;
Alti costi di manutenzione dell’impianto.
RECUPERO TERMICO – combustione e utilizzo del calore generato/incenerimento
Basso recupero energetico;
Criticità di carattere ambiental (polveri sottili) ;
Residuo post-incenerimento anche fino al 70%.
RECUPERO TERMICO – Pirolisi e termolisi
Recupero delle sole fibre;
Matrice polimerica utilizzabile solo per combustione e recupero energetico;
Non profittevole per i compositi in vetroresina in quanto richiede un elevato dispendio energetico seguito da un basso recupero di materiale.
RICICLO CHIMICO - Glicolisi, idrolisi, metano lisi (poco promettente)
Utilizzato per il recupero di materiali organici;
Studiato solo in ambito di laboratorio;
Problemi ambientali e di costi di manutenzione;
Nella maggior parte dei processi di produzione e riciclaggio l’utilizzo di energia elettrica è la
principale voce che influisce sull’impatto energetico del processo.
Nel grafico che segue (figura 1) è riportato il fabbisogno energetico per ogni singola tipologia di riciclaggioper poter riciclare la vetroresina, espressa in MJ per Kg di VTR riciclata.
Figura 1 – Fabbisogno energetico nel riciclaggio della vetroresina – (Fonte:
https://compositesuk.co.uk)
21 24
5
0,1 91
30
10
4,8 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
chimico pirolisi microondee pirolisi
meccanico Fabbisogno energetico ( Mj/Kg)
Smaltimento barche in vetroresina
Il maggior utilizzo della vetroresina è stato a partire dagli anni ’60 quando, durante il boom economico, era considerata uno fra i materiali più versatili e flessibili, anche in funzione del basso costo produttivo. Uno dei comparti che più ha utilizzato la vetroresina, sostituendo quasi completamente le tecniche e i materiali utilizzati precedentemente, è la nautica. La vetroresina ha permesso di aumentare le potenzialità creative rispetto alle imbarcazioni in legno ottenendo linee che prima, con il legno o con il metallo, non si potevano ottenere.
Delle 103.493 unità da diporto immatricolate in Italia fino al 2012 (fonte ICOMIA), quasi il 90% ha lo scafo in vetroresina e il dato non comprende tutte le imbarcazioni non immatricolate come i natanti, che ammontano a circa 504.000 barche.
Le unità abbandonate o obsolete e non più efficienti ad oggi sono circa 30.000: se consideriamo che il peso medio di vetroresina impiegato in un’imbarcazione è di 1,37 tonnellate, risulteranno 41.100 tonnellate di vetroresina da smaltire ai quali vanno aggiunti gli stampi inutilizzati da rottamare dei cantieri produttori.
La direttiva europea 2008/98/CE stabilisce che la responsabilità dello smaltimento della barca non è del proprietario, bensì del cantiere che l’ha costruita e sul quale gravano i costi (cosa che si ripercuote ovviamente sui prezzi d’acquisto). E’ stato calcolato un costo di circa 16.000 euro per un’unità di 15 metri.
La procedura inizia con il disassemblaggio dell’unità, fino al più piccolo componente; a questo punto tutto ciò che è riciclabile (circa il 10%) viene inviato agli appositi centri. Quello che resta, tra cui lo scafo intero e le vele (quando presenti) non può che essere mandato in discarica o, nel migliore dei casi, agli inceneritori.
Il processo più utilizzato per il trattamento degli scafi è la pirolisi, ovvero la demolizione termica non ossidativa, attraverso la quale si ottiene una parte gassosa (SYNGAS), una parte liquida
Figura 2 - Schema impianto sperimentale
(combustibile) e una parte solida (fibra di vetro). Come visto precedentemente questo processo, richiede elevate quantità di energia termica per raggiungere le temperature necessarie (400 – 800 °C) e permette un basso recupero di materiale a fronte di elevati rischi ambientali.
Impianto a La Spezia
Il dottorando Davide Teleschi sta lavorando ad un progetto sperimentale su un impianto di gassificazione per riciclare la vetroresina delle imbarcazioni da diporto dismesse, senza produrre le
tanto temute polveri sottili.
Grazie ad un mini-impianto di gassificazione, un termovalorizzatore avanzato in cui si immettono piccole quantità di vetroresina derivate da imbarcazioni dismesse, si riesce a recuperare il 50% del peso del rifiuto come fibra di vetro quasi pura, che è possibile riutilizzare come materiale pronto per il mercato nautico. Dati importanti sono stati registrati anche per l'estrazione delle resine.
Rimane solamente da portare tutto a costi sostenibili per uno sviluppo industriale del progetto.
La glebanite
La glebanite nasce nel 2012 dalla ricerca di soluzioni per un riciclo coerente della vetroresina e dei materiali compositi in genere. E’ ottenuta da processi di riciclo di vetroresina recuperata a fine vita, mescolata a fibre di vetro e a resine poliesteri insature (Fig. 3), quindi sottoposta a una particolare tecnologia brevettata di estrusione a freddo o a processi tradizionali di colatura, laminazione (Fig. 4) e fresatura (Fig. 5-6).
Figura 3 – Polvere di “Glebanite®” ottenuta in diverse granulometrie dalla macinazione dei residui di manufatti in Vetroresina
Figura 4 – Fase di miscelazione della polvere di Vetroresina con la resina per ottenere il composito finale della Glebanite®
L’estrema poliedricità del materiale ottenuto nelle sue numerose formulazioni ne consente l’utilizzo in diversi ambiti progettuali e funzionali, ma l’applicazione nel mondo degli stampi per settore marino consente un elevato abbattimento degli scarti di produzione oltre ad una diminuzione dei costi di smaltimento. Glebanite® è un materiale ecosostenibile e innovativo presente sul mercato come marchio registrato già da qualche anno ed è vetroresina riciclata in vetroresina. Questa particolarità distingue Glebanite® da altri materiali che riciclano compositi a base fibrosa e la rende riciclabile a sua volta sia per gli scarti post- industriali che per gli scarti post consumer. Frutto di una sperimentazione Made in Italy dei materiali ad opera della Rivierasca S.p.A., azienda bergamasca in grado di produrre laminati piani di Glebanite, analoghi ai fogli di MDF, (“Medium-density fibreboard”, è un derivato del legno), con diversi spessori e con differente contenuto di riciclato (fino all’80% in peso). Gli spessori variano da 4 a 50 mm e le resistenze meccaniche (carico a flessione) da 20 a 135 MPa (di molto superiori a quelle dell’MDF). Rivierasca ha sviluppato 7 differenti tecnologie, di cui una coperta da brevetto, che permettono il riciclo della vetroresina. Le tecnologie si differenziano per il contenuto di riciclato processabile e il volume prodotto in modo da potersi adattare alle esigenze di chi vuole riciclare i propri scarti o i propri prodotti a fine vita. Appare evidente la sostenibilità di questo materiale, che mira a fornire ai produttori di compositi una soluzione per essere Zero Waste Company (società a scarto zero).
Glebanite® ad oggi, non ha alcuna applicazione nel settore nautico. I cantieri navali che costruiscono scafi in vetroresina sono però potenziali utilizzatori delle tecnologie Glebanite® e/o della Glebanite®
stessa, come detto in precedenza, hanno scarti di lavorazione e sono, secondo la direttiva CE 98/2008, responsabili del fine vita dei propri prodotti. La possibilità di riprocessare i propri scarti di lavorazione e i propri scafi a fine vita fornirebbe una soluzione di economia circolare che da sempre manca alla cantieristica dei compositi. La sostituzione dell’MDF per la produzione di stampi utilizzati nel settore nautico è una prima e concreta soluzione per avviare questa circolarità.
La grande scommessa di Glebanite® è svelare l'estetica del materiale riciclato, da qui la sua vocazione a collaborare con il mondo del design e delle arti.
Economicamente la soluzione tecnologica di adottare la Glebanite® come sostituto di MDF si traduce con una diminuzione dei costi di smaltimento e in una diminuzione del costo di acquisto del materiale per la produzione di stampi, avendo la possibilità di accedere alla tecnologia brevettata per riprodurre internamente la Glebanite®, recuperando gli sfridi di produzione di manufatti in vetroresina, fibra di vetro etc.
RFM
®: riciclo e Trasformazione Materie Plastiche Fibro-Rinforzate
Il brevettato RFM®, testato e implementato dalla Gees Recycling, è un sistema di riciclo di tutte le tipologie di materiale plastico fibro-rinforzato (poliesteri, ABS, polistiroli-poliuretani, acrilici strutturati con fibra di vetro), provenienti da vari settori industriali (nautica, automotive, catena del freddo, sanitario, arredo urbano, alimentare, elettronica), sotto forma di scarto industriale o post consumo, in lastre o in polvere, puro o “inquinato” come ad esempio lastre termoformate in ABS/PMMA “taglio e spruzzo”.
Questa tecnica, esclusivamente meccanica e non inquinante in due fasi, consente di riciclare anche pannelli compositi con polistirolo e poliuretano espanso; i rifiuti di CFR (scarti industriali e post consumo) sono prima lavorati in macinato fine, e poi trasformati in nuovi prodotti a loro volta 100% riciclabili con un sistema di stampaggio a pressione a freddo in miscela con resine vergini.
La produzione con stampo e controstampo consente di ottenere pannelli piani o tridimensionali.
Si può tarare la densità e il peso del materiale miscelando i CFR con altri materiali (poliuretano,
ABS etc.).
Figura 7 – Schema processo per processo riciclo di materiale polimerico fibro-rinforzato
Il processo Korec
L’azienda Toscana Korec S.r.l, in partnership con la società austriaca KVT Process Technology, ha introdotto sul mercato un processo termochimico innovativo, brevettato a livello mondiale, effettuato in presenza di un ambiente di anidride carbonica controllata che consente di recuperare da rifiuti di vetroresina (prodotta da resina ortoftalica, isoftalica o vinilestere, anche in miscela tra loro nella camera di reazione), non solo fino al 99%
di fibra di vetro ma persino la parte organica (fino all’85%) sotto forma liquida. Tale liquido è caratterizzato da un elevato numero di iodio, ovvero un’elevata concentrazione di legami insaturi che possono essere coinvolti in nuove reazioni di polimerizzazione (cross-linking) e può essere, quindi miscelato con resina vergine, per produrre nuovi oggetti in vetroresina e rientrare così nella stessa filiera produttiva di partenza.
Questo processo è in linea con le direttive europee e la normativa italiana (direttiva 2018/851 UE, direttiva 1999/31 UE, direttiva 2000/53 UE, legge 221/2015).
Le analisi calorimetriche differenziali a scansione (DSC) hanno comprovato una reazione di polimerizzazione completa della miscela “riciclato Korec/resina vergine”.
Analisi DSC della miscela “riciclato Korec/resina vergine” (ASTM D3418)
La riciclabilità del liquido recuperato dal processo Korec è stata verificata sperimentalmente mediante analisi di Calorimetria Differenziale a Scansione (DSC). I risultati hanno evidenziato grado completo di polimerizzazione della miscela “riciclato Korec/resina vergine”.
Confrontando la resina vergine al 100% e la miscela “riciclato Korec/resina vergine” è sorto un comportamento del tutto analogo tra loro. Inoltre, il calore residuo di reticolazione della miscela con riciclato si è rivelato addirittura inferiore a quello del prodotto vergine.
Aspetto economico
Per quanto riguarda l’aspetto economico tale processo permette risparmiare dal 25% al 70% in meno rispetto gli attuali costi di smaltimento in discarica (200÷300 €/ton) e per incenerimento (450÷500 €/ton)
Relativamente al valore della resina recuperata consente un risparmio dal -25 al -60%00 rispetto ai costi della resina vergine:
1500 €/ton resina PE orto ftalica;
2500 €/ton resina PE isoftalica;
5000 €/ton resina PE vinilestere.
Inoltre consente di risparmiare dal 50% dal valore della fibra recuperata rispetto ai costi della fibra vergine(MAT-CSM); Si parla di circa 1700 €/ton in funzione delle caratteristiche delle fibre
Figura 8 - Resina recuperata dal processo Korec
Da campioni di rifiuti in vetroresina
Sitografia e bibliografia
https://it.wikipedia.org/wiki/Vetroresina
https://compositesuk.co.uk
https://ormeggionline.com/blog/smaltimento-barche-in-vetroresina/
http://fibers-life.eu/doc/TELLESCHI.pdf http://www.ko-rec.com/
https://www.velaemotore.it/vela-e-motore-di-novembre-e-in-edicola-perche-non-perderlo-18035 https://www.wasteweb.it/news/bergamo-primo-impianto-processo-brevettato-korec
https://www.ansa.it/mare/notizie/rubriche/uominiemare/2016/02/22/nautica-a-spezia-impianto-per- riciclo-barche-in-vetroresina_163a2b6c-aa2e-4861-909d-bae55b910967.html
https://geesrecycling.com/brevetto-rfm.asp
https://www.triwu.it/wp-content/uploads/2013/11/Arredobagno-in-pannelli.pdf https://www.rivierasca.it/prodotti-in-glebanite/
https://www.scirp.org/journal/paperinformation.aspx?paperid=21761 ingegneria dell’ambiente Vol. 6 n. 3/2019
Marsh G. (2013) End- of- life boat disposal-a looming issue. Reinforced Plastics, 57 (5), 24-27.
