Depolimerizzazione

La depolimerizzazione è, secondo la I.U.P.A.C., una delle dieci migliori tecnologie emergenti in chimica del 2023 che può contribuire a raggiungere gli obiettivi di sviluppo sostenibile entro il 2030.

L’inquinamento dovuto alle sostanze polimeriche costituisce un problema globale che può alterare gli habitat e i processi naturali, riducendo la capacità degli ecosistemi di adattarsi ai cambiamenti climatici, influenzando direttamente i mezzi di sussistenza di milioni di persone, le capacità di produzione alimentare e il benessere sociale.

La depolimerizzazione costituisce una modalità che consente di ottenere dai rifiuti di plastica i monomeri di partenza. Il processo di riciclaggio ha luogo con una fase iniziale in cui i rifiuti di plastica vengono selezionati e preparati per un’ulteriore lavorazione.

Il processo di depolimerizzazione, spesso definito chemiolisi o solvolisi, utilizza diverse combinazioni di prodotti chimici, solventi e calore per scomporre i polimeri in monomeri. Nella fase successiva, i potenziali contaminanti vengono isolati dai monomeri al fine di rimuoverli.

I monomeri vengono poi reimmessi nei normali processi di produzione della plastica come materia prima secondaria. Le plastiche prodotte in questo modo sono di qualità simile a quelle ottenute da combustibili fossili tradizionali.

Depolimerizzazione enzimatica

Il metodo di depolimerizzazione tradizionale, tuttavia, non è rispettoso dei Principi della Chimica verde il cui obiettivo fondamentale è quello di sviluppare processi chimici efficienti ed ecocompatibili, utilizzando materie prime rinnovabili, riducendo i rifiuti e promuovendo l’adozione di pratiche sostenibili in tutto il ciclo vita di un prodotto chimico.

La ricerca si è perciò concentrata a metodi di depolimerizzazione enzimatici che consentono di riciclare plastiche miste, di bassa qualità e contaminate senza degradarsi come avverrebbe attraverso processi meccanici e in molti processi di depolimerizzazione termica.

Gli enzimi agiscono come catalizzatori per molte reazioni chimiche negli organismi viventi. I sistemi enzimatici sono stati utilizzati in molte applicazioni tecniche, come nei detergenti, come componenti attivi che decompongono alcuni tipi di sporco particolari come proteine, amido o macchie di grasso.

Allo stesso modo, gli enzimi possono catalizzare la decomposizione di alcuni polimeri. Nei sistemi enzimatici, i prodotti della reazione, cioè i monomeri, vengono rilasciati nel mezzo di reazione in modo simile a quello riscontrato nei processi di depolimerizzazione chimica umidi. I prodotti monomerici vengono quindi isolati e purificati.

Questo processo richiede solitamente meno energia e ha il potenziale per prolungare la vita della plastica e riciclare i polimeri più volte, producendo allo stesso tempo prodotti in plastica riciclata di qualità vergine. Tuttavia, in alcuni casi potrebbe essere necessario il calore come fase di pretrattamento per preparare i rifiuti misti e i rifiuti di plastica per la reazione enzimatica. Ciò può avere un impatto negativo sulla valutazione del ciclo di vita e sulle emissioni complessive del processo a seconda delle fonti di energia utilizzate.

Depolimerizzazione del PET

La maggior parte della ricerca in questo settore si concentra sulla depolimerizzazione del polietilentereftalato a causa del suo ampio utilizzo in varie applicazioni. Il polietilentereftalato è particolarmente adatto per il riciclaggio a causa dei suoi legami esterei idrolizzabili e dell’elevato impatto ambientale dovuto all’impiego in imballaggi monouso, quindi i processi di riciclaggio che utilizzano enzimi rappresentano una promettente via biotecnologica per il recupero dei monomeri.

Sono stati fatti numerosi studi sulla biodegradazione microbica o enzimatica del PET nei suoi monomeri, acido tereftalico e glicole etilenico che solitamente avvengono inserendo i rifiuti di plastica in un bioreattore con enzimi specifici che si legano specificamente ai polimeri e ai monomeri del PET per depolimerizzare le lunghe catene polimeriche. Una volta separati, i monomeri e i costituenti possono essere riutilizzati per creare plastiche di alta qualità o altri prodotti petrolchimici.

L’Idrolisi enzimatica di film di polietilentereftalato può essere fatta in un reattore a membrana di ultrafiltrazione. I poliesteri aromatici sintetici come il PET vengono degradati dalle idrolasi dei poliesteri microbici in condizioni di reazione blande rispetto ai processi chimici.

I film di PET sono idrolizzati dalla poliestere idrolasi TfCut2 di Thermobifida fusca KW3 in un sistema di reazione acquoso contenuto in un reattore a membrana di ultrafiltrazione. La rimozione continua dei prodotti dell’idrolisi inibitoria da parte della membrana di ultrafiltrazione aumenta l’efficienza dell’idrolisi biocatalitica del PET