Petrolio, gas e carbone: le origini della nostra plastica
Quasi tutta la plastica, comprese le resine, le fibre e gli additivi, è derivata da combustibili fossili. Le molecole o monomeri utilizzati per produrre plastica, come l'etilene e il propilene, derivano principalmente da petrolio, gas e carbone.
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Argomenti trattati Produzione delle plastiche: provenienza della materia prima Le fasi della produzione delle materie plastiche Le origini della plastica: le olefine Come vengono prodotte le olefine? |
Le fasi della produzione delle materie plastiche
Sebbene non tutte le sostanze chimiche derivate dai combustibili fossili (prodotti petrolchimici) diventino plastica, quasi tutta la plastica inizia come combustibili fossili.
La plastica può essere "sintetica" o "biobased". Le plastiche sintetiche sono derivate dal petrolio greggio, dal gas naturale o dal carbone. Mentre le plastiche biobased provengono da prodotti rinnovabili come carboidrati, amido, grassi e oli vegetali, batteri e altre sostanze biologiche.
La stragrande maggioranza della plastica in uso oggi è sintetica a causa della facilità dei metodi di produzione coinvolti nella lavorazione del petrolio greggio. Tuttavia, la crescente domanda di riserve petrolifere limitate sta determinando la necessità di nuove materie plastiche da risorse rinnovabili come biomassa di scarto o prodotti di scarto animale dell'industria.
La plastica si ottiene da composti di carbonio e idrogeno chiamati “monomeri” che, attraverso processi chimici complessi, si uniscono tra di loro e formano lunghe catene chiamate polimeri.
In sintesi i processi sono:
Estrazione di materie prime (principalmente petrolio greggio e gas naturale, ma anche carbone) – si tratta di una complessa miscela di migliaia di composti che devono poi essere lavorati.
Il processo di raffinazione trasforma il petrolio greggio in diversi prodotti petroliferi, che vengono convertiti per produrre sostanze chimiche utili, inclusi i "monomeri" (una molecola che costituisce i mattoni di base dei polimeri). Nel processo di raffinazione, il greggio viene riscaldato in un forno, che viene poi inviato all'unità di distillazione, dove il greggio pesante si separa in componenti più leggeri chiamati frazioni. Uno di questi, chiamato nafta, è il composto cruciale per produrre una grande quantità di plastica. Tuttavia, ci sono altri mezzi, come l'uso del gas.
La polimerizzazione è un processo nell'industria petrolifera in cui gas olefinici leggeri (benzina) come etilene, propilene, butilene (cioè monomeri) vengono convertiti in idrocarburi a peso molecolare più elevato (polimeri).
Le origini della plastica: le olefine
Cosa sono le olefine?
Qualsiasi idrocarburo alifatico nella cui molecola è presente un doppio legame. Il capostipite delle olefine l'etilene. Le olefine si ottengono generalmente per cracking del petrolio.
Il processo per la produzione di plastica è simile per ogni materia prima, anche se ci sono differenze importanti. In generale, dopo l'estrazione di petrolio e gas dai pozzi, vengono sottoposti a un processo di separazione alcune delle quali vengono utilizzate per la produzione di plastica. Questi componenti chimici vengono inviati alle strutture, solitamente impianti di "cracking", dove vengono trasformati in olefine, sostanze chimiche organiche che costituiscono la base per la maggior parte della plastica. Le due olefine più importanti sono l'etilene e il propilene.
Le olefine sono monomeri ossia piccole molecole che possono essere legate insieme per formare catene molto più lunghe.
Per diventare plastica, le olefine vengono “cucite” insieme per formare molecole a catena estremamente lunga, o polimeri, in un processo chiamato polimerizzazione. Se necessario, vengono anche miscelati con plastificanti. Quindi vengono raffreddati e triturati in pellet chiamati nurdles.
I nurdles sono la plastica vergine, venduta ai produttori, utilizzati per produrre i prodotti finiti come bottiglie, borse e articoli per la casa.
Come vengono prodotte le olefine?
I derivati del petrolio sono la materia prima per la produzione di plastica in tutto il mondo.
Dopo che il petrolio greggio è stato estratto dal terreno, viene trasportato in una raffineria. Il processo di raffinazione del petrolio produce, tra le altre cose, nafta, una combinazione di idrocarburi che può essere trasformata in olefine tramite un processo chiamato steam cracking.
In chimica industriale, con il termine steam cracking si indica un processo di pirolisi degli idrocarburi (sotto forma di gas naturale o virgin-nafta) svolto con l'ausilio di vapore acqueo.
Le olefine possono anche essere prodotte direttamente tramite cracking catalitico a letto fluido nelle raffinerie di petrolio, sebbene questo processo sia meno comune.
Il gas naturale è particolarmente importante nella produzione di etilene. Il gas naturale è principalmente metano, anche se dai pozzi di gas vengono prodotti anche idrocarburi più pesanti sotto forma di liquidi di gas naturale (NGL). L'NGL più comune è l'etano.
Il fatto che i produttori di olefine utilizzino petrolio, gas o carbone come materia prima dipende dal costo e dalla disponibilità. Le aziende del Medio Oriente e del Nord America fanno affidamento principalmente sull'etano derivante dal gas naturale, mentre i produttori in Europa e in Asia dipendono principalmente dal petrolio. Alcuni produttori in Cina che utilizzano il carbone.
Crescita della produzione petrolchimica
Gli analisti concordano con una crescita della produzione e del consumo di plastica nei prossimi decenni. La crescita della produzione di plastica sarà del 3,5–3,8%/anno fino al 2050.
Queste proiezioni non solo prevedono un'imminente accelerazione della produzione e dei rifiuti di plastica, ma sottolineano anche l'importanza della crescita della produzione di plastica come motore dell'aumento della domanda di combustibili fossili.
Se le tendenze di crescita continueranno, la plastica rappresenterà il 20% del consumo globale di petrolio entro il 2050.
La domanda mondiale di materie plastiche potrebbe aumentare in modo significativo Le proiezioni basate sulla crescita normale prevedono un aumento marcato dell'uso di plastica fino al 2100.
Precisazione sulla bioplastica
La bioplastica, o biopolimeri, si distingue dalla plastica convenzionale perché è composta da materie prime vegetali rinnovabili come mais, barbabietola da zucchero, canna da zucchero, ecc. e non da prodotti petrolchimici.
Alcuni prodotti etichettati come bioplastica contengono una combinazione di materie prime vegetali e petrolchimiche. La bioplastica può essere versatile quanto la plastica convenzionale e viene utilizzata per produrre una varietà di prodotti commerciali. Gli usi dell'imballaggio alimentare includono tazze da caffè, bottiglie, piatti, posate e sacchetti per verdure; le applicazioni mediche includono suture chirurgiche, impianti e fissazione di fratture; altre applicazioni commerciali includono i tessuti.
La bioplastica non è intrinsecamente biodegradabile. Il materiale utilizzato nel PET vegetale è indistinguibile dal suo equivalente petrolchimico.
Il PET vegetale, come il PET petrolchimico, non si decompone, ma può essere riciclato con il PET convenzionale. Il PET derivato da piante ha quindi lo stesso impatto ambientale della plastica convenzionale attraverso il suo utilizzo e la fine del ciclo di vita.
La bioplastica pura rilascerà anidride carbonica (o metano) e acqua quando si decompone.
Bioplastica e plastica biodegradabile non sono sinonimi. Un materiale bio-based non è automaticamente anche biodegradabile, è infatti riciclabile ma non compostabile.
CIEL, Report: Plastic & Climate, 2019
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