Perché la plastica nera finisce in discarica e come un sensore termico potrebbe evitarlo

Chi ricicla la plastica lo sa bene: il nero è un problema. Nei centri di recupero si impiega diffusamente da anni la spettroscopia nel vicino infrarosso (Nir) per la selezione dei vari tipi di plastica che arriva dalla raccolta. Il problema è che le plastiche nere, colorate con derivati del carbonio, assorbono la luce senza restituirla e quindi risultano incomprensibili ai sensori. Risultato? Vanno a finire in discarica.

Un gruppo di ricercatori dell’Università di Buffalo però ha sviluppato un approccio alternativo: invece della luce riflessa, misura il calore generato dall’assorbimento nel medio infrarosso, dove ogni polimero ha un’impronta molecolare unica indipendente dal colore. Insomma, hanno stabilito i principi per una futura democrazia cromatica: per la prima volta, il colore non decide il destino di un rifiuto.

La difficoltà dello smistamento

La ricerca, pubblicata a inizio giugno su Nature Communications Engineering, ricorda che ogni anno nel mondo vengono prodotte circa 220 milioni di tonnellate di plastica. Si ricicla effettivamente solo circa il 9% del totale, e si stima che oltre 5.250 miliardi di oggetti in plastica siano già dispersi negli oceani. In Italia, come in altri paesi occidentali, nei centri di raccolta differenziata vengono impiegati sistemi automatizzati capaci di discernere tutti i tipi di polimeri, non solo i principali Pet e Hdpe. La rilevazione basata su tecnologia Nir è abbastanza veloce e un nastro trasportatore può viaggiare a circa 4 metri al secondo.

Il problema è che gli oggetti neri vengono direttamente scartati e di fatto sono destinati agli inceneritori oppure alle discariche. La tecnica sviluppata da Kunal Singh, Thomas Thundat e Amit Goyal, tutti e tre afferenti al Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biologica dell’Università di Buffalo, si chiama Ttb (Transient Thermal Barcode) e affronta questo limite alla radice.

Come funziona il codice a barre termico

Quando la luce a medio infrarosso colpisce la plastica alla frequenza giusta per quel tipo di polimero, i legami tra le molecole entrano in risonanza e il punto illuminato si scalda. Questo riscaldamento transitorio, rilevato da una termocamera, genera una firma termica unica per ogni tipo di materiale. Il medio infrarosso è noto come “regime delle impronte digitali molecolari” perché ogni polimero presenta in questa regione dello spettro la propria firma caratteristica e irripetibile.

Il risultato chiave dello studio è che bastano solo sei lunghezze d’onda nel medio infrarosso per produrre codici a barre termici distinti per tutti e sei i principali tipi di plastica presenti nel flusso dei rifiuti: il Pet (polietilentereftalato), il Pp (polipropilene), il Ps (polistirene), l’Hdpe (polietilene ad alta densità), l’Ldpe (polietilene a bassa densità) e il Pvc (cloruro di polivinile).

Ciascuna plastica irradiata produce un profilo termico tridimensionale diverso dagli altri, leggibile come un codice univoco, appunto come un codice a barre tradizionale, ma con la dimensione termica come terzo elemento. I punti caldi si imprimono sulla superficie del materiale nell’arco di pochi millisecondi.

Pronto per i nastri trasportatori?

Il sistema Ttb è progettato per essere integrabile nelle infrastrutture di smistamento esistenti. Termocamere ad alta velocità e unità di elaborazione potrebbero analizzare i rifiuti plastici in tempo reale sui nastri trasportatori già in uso, senza richiedere modifiche sostanziali agli impianti. Al momento, tuttavia, il sistema non è ancora pronto per il l’implementazione industriale. Il gruppo di ricerca sta lavorando su tre fronti: hardware più rapido per adeguarsi alle velocità dei nastri industriali, sorgenti luminose capaci di proiettare più lunghezze d’onda nel medio infrarosso in contemporanea, e software basato sull’intelligenza artificiale per automatizzare il riconoscimento.

I ricercatori ipotizzano anche l’impiego di diodi a infrarossi in sostituzione del laser (a cascata quantistica) usato nel prototipo attuale, con potenziali vantaggi in termini di costo e compattezza. “Il nostro obiettivo era sviluppare una tecnica di smistamento conveniente, scalabile e industrialmente rilevante, che affronti le principali lacune scientifiche che ostacolano il riciclo delle plastiche”, ha dichiarato Amit Goyal, responsabile dello studio e direttore dell’Initiative on Plastics Recycling and Innovation dell’Università di Buffalo.

Il risparmio di una tonnellata riciclata

Migliorare l’accuratezza dello smistamento significa ridurre la contaminazione tra diversi tipi di polimero, una delle cause principali del mancato riciclo o del declassamento qualitativo dei materiali plastici. Secondo le stime citate nella ricerca, riciclare una tonnellata di plastica consente di risparmiare 5,7 megawattora di elettricità, circa 2.600 litri di petrolio e quasi 23 metri cubi di spazio in discarica. Una maggiore efficienza nel settore avrebbe anche ricadute sulla riduzione delle microplastiche nell’ambiente, con effetti documentati sulla salute di animali, piante ed esseri umani. I ricercatori sottolineano infine che la tecnologia potrebbe in futuro essere adattata per identificare anche le bioplastiche e i materiali compositi, categorie attualmente difficili da gestire nei flussi di riciclo convenzionali.