Cinética de pirólisis oxidativa de plásticos

En el año 2021, la producción de plásticos a escala mundial aumentó hasta los 390,7 millones de toneladas, donde solo se recicló un 9% del plástico producido, el 19% fue a incineración y el 72% se depositó en vertederos al medio ambiente [1, 2]. Por lo que es fundamental buscar alternativas que permitan centrarse en la recuperación de las materias primas embebidas en sintonía con los principios de Economía circular.

Existe una gran variedad de plásticos que no pueden ser reutilizados, los cuales tienen potencial de ser reciclados por vía termoquímica para la recuperación de los hidrocarburos que conforman el plástico. Es así como, la pirólisis se convierte en un proceso de reciclaje termoquímico dirigido a la recuperación de estos químicos base, y en algunos casos de monómeros, cuando los plásticos son sometidos a temperaturas entre 300 y 600 °C, en atmósfera inerte o ligeramente oxidante. Para que los productos obtenidos tengan características similares a las materias primas industriales, es preciso adaptar el proceso a la tipología del plástico a reciclar. No obstante, la pirólisis convencional presenta una serie de desafíos de cara al escalado, por lo que se hace necesario buscar estrategias que permitan que el calor necesario para el proceso no esté supeditado a la transferencia de calor del exterior al interior del reactor. En este sentido, la pirólisis autotérmica, responde a este desafío alimentando cantidades reducidas de oxígeno al proceso con el fin de oxidar parcialmente los productos y de esta manera satisfacer la demanda energética del proceso [3]. Como primer paso, este estudio inicia con el análisis de las cinéticas de reacción, teniendo en cuenta además la escasa información disponible en literatura.

Con base en lo anterior, este trabajo muestra la descomposición termogravimétrica en atmósfera de O2/N2 de residuos plásticos para identificar los principales parámetros asociados a su descomposición y posteriormente establecer modelos matemáticos que permitan describir y entender el proceso. Además, se convierte en un insumo fundamental para abordar y desarrollar un modelo de reactor como oportunidad para continuar avanzando en el diseño y escalado de reactores aplicando conceptos de ingeniería química. Ademá, se realizaron algunas caracterizaciones de los residuos, verificando las condiciones de control de cinética intrínseca de la pirólisis autotérmica del polietileno de baja densidad (LDPE) y poliestireno (PS), y se determinaron los parámetros cinéticos, modelo de reacción, energía de activación y factor pre-exponencial, los cuales se encuentran en los intervalos identificados en bibliografía entre 80-200 kJ/mol y 107-1012 min-1, respectivamente. Finalmente, se revisaron las posibles ventajas que se alcanzaron con la inyección de oxígeno en la pirólisis para la obtención de líquidos en el caso de PS (con rendimientos de 96%) y ceras para el LDPE (con rendimientos de 56%).