Son materiales que también tienen oportunidades de mercado

Alternativas de tratamiento de las fracciones de plásticos mixtos con retardantes de llama

Lein Tange (Eurobrom B.V. - Holanda) y Dieter Drohmann
(Great Lakes Chemical - Alemania)01/02/2006

Los retardantes de llama bromados (BFR, según sus siglas en inglés) son, en general, los agentes ignífugos más efectivos de que dispone el sector de plásticos en la actualidad. Sin embargo, todavía está por mejorar la forma en que se deben gestionar los residuos de plásticos que incorporan estos retardantes. Este trabajo presentado en el IV Congreso Europeo de Aditivos & Color, organizado por la SPE (Society of Plastics Engineers), aporta datos interesantes. Los dos autores representaban en su conferencia a EBFRIP (European Brominated Flame Retardant Industry Panel).

Los retardantes de llama bromados están destinados a salvaguardar la vida y los bienes materiales al ofrecer protección contra el riesgo de incendio en una amplia gama de aparatos eléctricos y electrónicos (AEE). El sector tiene la responsabilidad de hallar soluciones para gestionar los residuos plásticos de manera respetuosa con el medio ambiente y cumplir así las directivas comunitarias 2002/96 sobre residuos de aparatos eléctricos y electrónicos (RAEE) y 2002/95 sobre restricciones al uso de determinadas sustancias peligrosas (RoHs) de estos aparatos. En este contexto, EBFRIP (European Brominated Flame Retardant Industry Panel www.ebfrip.org) se ha comprometido a compartir sus conocimientos sobre las medidas de tratamiento de los residuos plásticos que contengan BFR.

Perspectiva general del tipo de BFR y las cantidades contenidas en los plásticos de los RAEE

Los plásticos son un material de uso cada vez más generalizado en el sector eléctrico y electrónico. En 1980, de media, los plásticos constituyeron el 15 por ciento del peso de todos los aparatos eléctricos y electrónicos. En 2000 [10], ese porcentaje se incrementó hasta el 20 por ciento. Los diseñadores estipulan el uso de plásticos debido a las ventajas de su utilización y a su aprovechamiento eficaz de los recursos: disminución de peso, miniaturización, y aislamiento eléctrico y térmico. Algunos dispositivos avanzados, como los sistemas informáticos y de almacenamiento de alta densidad, requieren el uso de materiales plásticos durante las fases de procesamiento y aplicación. En 2000, se generaron 13.574.000 toneladas de productos eléctricos y electrónicos, incluidos los cables y aparatos eléctricos, en Europa Occidental, lo que significa un incremento anual del 4,3 por ciento desde el año 1995. Esta cifra incluyó 2.670.000 toneladas de plásticos. Sin contar los cables y los aparatos eléctricos, hay tres importantes sectores –el de grandes electrodomésticos, el de TI/ telecomunicaciones y el de equipos de consumo- que representan más del 85 por ciento de los plásticos utilizados en el sector eléctrico y electrónico.

Es necesario utilizar una amplia variedad de plásticos en los aparatos eléctricos y electrónicos para cumplir con los diferentes requisitos técnicos de las diversas piezas y funciones que incorpora cada aparato, así como los requisitos variables de calidad, coste y estética. Con frecuencia, los aparatos sólo contienen pequeñas cantidades de una gran variedad de plásticos, aunque los electrodomésticos de gran tamaño constituyen una excepción. En este caso, el aislamiento de poliuretano y polipropileno aglutina el 57 por ciento del consumo de plástico. El polímero acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS, por sus siglas en inglés) se utiliza mucho en el creciente sector de las TI y las telecomunicaciones, tanto en la fabricación de carcasas de ordenador como de microteléfonos. Este sector representa el 63 por ciento del consumo de ABS y ha propiciado un incremento del 72 por ciento en dicho consumo desde 1995. Entonces, la informática representaba sólo el 5 por ciento del consumo de plásticos en el sector eléctrico y electrónico, pero en 2000 ya alcanzaba el 29 por ciento. En el sector de TI y telecomunicaciones, el consumo ha pasado de 337.000 toneladas en 1995 a 595.000 toneladas en 2000. Los principales retardantes de llama bromados que contienen estos plásticos son: TBBA en placas de circuito impreso, éter de decabromodifenilo (decaBDE) en poliestireno de alto impacto (HIPS, según sus siglas en inglés), y octaBDE y tetrabromobifenol A (TBBA) en ABS. Se utilizan muchos otros tipos de BFR en los segmentos de mercado de piezas de plástico con características técnicas específicas. También se pueden encontrar pequeñas cantidades de pentaBDE y PBB entre los residuos históricos.

Situación legislativa en Europa con respecto a los BFR

El reciclaje de residuos de aparatos eléctricos y electrónicos (RAEE), de conformidad con la nueva directiva de la UE sobre residuos de aparatos eléctricos y electrónicos (Directiva 2002/96 sobre RAEE), se basa en la experiencia de algunos Estados europeos, donde operan diversas organizaciones que gestionan de forma voluntaria los sistemas de recogida de los fabricantes de AEE han sido las responsables de la recogida y el reciclaje de los RAEE. Esta directiva estipula que los plásticos que contengan retardantes de llama bromados deberán “extraerse de todos los aparatos eléctricos y electrónicos recogidos por medios selectivos”. La Directiva afirma lo mismo para las placas de circuito impreso de más de 10 cm2 (y las placas de circuito impreso de los “teléfonos móviles, en general”).

Para ser capaz de entender las opciones del fin del ciclo de vida de los plásticos que contienen retardantes de llama bromados evaluaremos la legislación existente y venidera.

En el caso del reciclaje mecánico de los plásticos, se deben tener en cuenta las directivas de la UE 2003/11 (penta y octaBDE) y 1983/264 (PBB). La Directiva 2003/11/EC entró en vigor el 15 de agosto de 2004 y afirma que los materiales o artículos que contengan pentaBDE y octaBDE en concentraciones superiores al 0,1 por ciento no saldrán al mercado. La Directiva 1983/264 relativa al PBB ya ha entrado en vigor. La Directiva RoHs también contempla que a partir del 1 de julio de 2006 no se podrán utilizar los PBB, el pentaDBE y el octaDBE en aparatos eléctricos y electrónicos. La situación del decaBDE en la directiva RoHs sigue sin aclararse, aunque se espera que se autorice su uso, de acuerdo con las conclusiones positivas de la evaluación de riesgos de este producto concluida por la UE en mayo de 2004.

Por lo tanto, los plásticos que contengan PBB, pentaDBE y octaDBE deben ser clasificados antes de su reciclaje mecánico.

1) Separación de los plásticos que contienen BFR.

Durante la clasificación previa de las piezas grandes de plástico desmontadas, se procede a la identificación directa de los plásticos que puedan contener BFR. De esta manera, antes de pasarlos por la trituradora, se separan los plásticos que contienen BFR, ya que estos no tienen autorización para volver a salir al mercado ni para su reutilización en aparatos eléctricos y electrónicos o en aplicaciones alternativas.

Métodos de identificación y clasificación de los plásticos que contienen BFR

Los métodos de clasificación “fáciles y rápidos” son la separación por densidad (sistema de flotación), o en seco (separador de aire), o bien los métodos triboeléctrico o de tambores calientes. Con estos sistemas se clasifican la mayoría de los plásticos comunes, y retienen los polímeros más pesados, incluido el PVC, y los restos de los plásticos de ingeniería, es decir, aquellos plásticos susceptibles de contener BFR. Esto funciona sin la ayuda de ningún sistema de identificación. Mediante procedimientos adicionales, se clasifican estos plásticos en diferentes calidades de reciclado que el mercado aún puede utilizar. Se puede observar que la clasificación de los plásticos que contienen BFR ya es una realidad y los diferentes tipos de reciclado son prueba de ello. Adicionalmente, existen numerosas tecnologías sofisticadas para la identificación de plásticos y retardantes de llama, como Infrared, XRF y otras. Estas tecnologías permiten identificar el polímero y el retardante de llama utilizados o, por lo menos, el elemento químico elegido, como por ejemplo el fósforo o el bromo. Plastics Europe [11] ha recopilado algunos ejemplos de otras tecnologías avanzadas, que se encuentran en desarrollo o en funcionamiento en Europa y otros lugares, y se enumeran a continuación. Sin embargo, no existe ninguna técnica específica para separar el pentaBDE, el octaBDE y el PBB de los residuos plásticos mixtos de una manera económica. Por lo tanto, recomendamos no separar ni reciclar mecánicamente las corrientes de residuos históricos que contienen estas sustancias, y que en su lugar se lleve a cabo el reciclaje de los productos primarios, la recuperación de energía o la eliminación de los residuos de modo que se pueda recuperar o eliminar su contenido de BFR. A continuación se citan algunos ejemplos de las técnicas de identificación que pretenden convertirse en soluciones en un futuro cercano. Sony ha presentado recientemente un método innovador para la identificación de polímeros con retardantes de llama. La herramienta está basada en MIR.

La Agencia Danesa de Protección Medioambiental ha dirigido un proyecto: “Análisis del bromo en las piezas electrónicas” con el dispositivo EDAX PV 9100/9500 de Philips. Están utilizando un espectrofotómetro de fluorescencia de rayos X dispersivo en longitud de onda EDAX PV 9100/9500 de Philips. Con esta herramienta es posible clasificar las piezas de plástico que contienen retardantes de llama bromados en un rápido proceso de tamizado. Para realizar análisis elementales más exhaustivos se utiliza un espectrofotómetro de fluorescencia de rayos X dispersivo en longitud de onda.

En los EE.UU., MBA está utilizando la fluorescencia de rayos X como la principal herramienta para identificar los plásticos que contienen bromo. Esta herramienta simplemente detecta el bromo y para llevar a cabo análisis más exhaustivos se emplean técnicas más sofisticadas como la cromatografía iónica (IC, según sus siglas en inglés).

Durante el proceso de desmontaje de los actuales AEE, en general se separan y trituran manualmente las tarjetas de circuito impreso (PCI), que contienen metales valiosos. La industria metalúrgica utiliza grandes cantidades de PCI como fuente de metales preciosos, así como de cobre, estaño y plomo: Umicore, (Bélgica [2]), Norddeustche Affinerie y Boliden Suecia en Europa [1]. Las PCI se encuentran normalmente en las televisiones, vídeos, ordenadores de sobremesa y ordenadores portátiles, servidores y teléfonos móviles, pero también cada vez más en otros aparatos, como son las lavadoras, los coches, los módems, e incluso en los aparatos de cocina. Las tarjetas de circuito impreso contenidas en los teléfonos móviles representan entre un 2 por ciento y un 30 por ciento del peso de un teléfono móvil.

2) Tratamiento de todos los RAEE junto con la tecnología encargada de los BFR

Las nuevas tecnologías para tratar los plásticos de los residuos de los AEE ya son una realidad. Estas tecnologías básicas se utilizan en instalaciones comerciales para tratar plásticos procedentes de los residuos de embalaje. Este tipo de residuos no contienen grandes cantidades de metales pesados o halógenos, por lo que es necesario actualizar estos procesos si se quieren utilizar para los residuos de los AEE. A continuación se describen con más detalle las tecnologías existentes.

• Reciclado de productos primarios: Su objetivo es producir combustibles sólidos, líquidos y gaseosos por medio de la pirólisis. Se podría mejorar el combustible sólido por separación mecánica de los metales y minerales a fin de producir materias primas económicas para un gasificador clásico. Muchas corrientes de residuos contienen madera, plásticos mixtos con halógenos y metales. La incineración de estos residuos contaminados podría resultar complicada. No obstante, en este caso, la pirólisis es una alternativa atractiva. Durante la pirólisis, todos los metales son recuperados (y separados) de entre los productos de carbonización. Pero también se producen interacciones entre los halógenos, la lignina y los metales. La adición de determinadas sustancias durante la pirólisis permite atrapar compuestos tales como el cloro, el bromo y los metales pesados. Si los residuos contienen metales o carbonato cálcico, estos productos capturan de forma selectiva el bromo y el cloro. La mayor ventaja de la pirólisis con respecto a la combustión directa que tiene lugar en una unidad de conversión de residuos en energía es que el volumen de gases producidos disminuye notablemente. Esto conlleva una importante disminución de la complejidad del sistema de depuración de los gases de escape. Además, la pirólisis de los residuos que contienen plásticos podría hacerse con una menor preparación de carga, para facilitar la separación de los minerales y metales durante el acondicionamiento del combustible sólido y reducir la producción de cenizas.

Proceso Haloclean: Con vistas a cumplir los requisitos de reciclaje de la directiva de RAEE, que será introducida el verano de 2004, es necesaria una tecnología para la separación del bromo que contienen los dispositivos electrónicos. Con este fin, a través de un proyecto desarrollado por 10 socios europeos procedentes de industrias, universidades y centros de investigación, se ha diseñado el proceso de pirólisis “Haloclean”. La finalidad del proceso de pirólisis Haloclean [4] es separar los aditivos bromados de los materiales inertes y valiosos que contienen los residuos electrónicos. Esto proceso se basa en una pirólisis de dos etapas que se lleva a cabo en una planta situada en Forschungszentrum Karlsruhe (FZK), en Alemania. Se ha desarrollado una planta piloto de tratamiento termoquímico de dos etapas, con dos hornos rotativos herméticos al gas, para transformar los materiales que contienen halógenos, como los RAEE, en combustibles “limpios” y residuos para la recuperación de metales nobles. Se están investigando los compuestos de bromo en el aceite de pirólisis. Entre los objetivos del proyecto se encuentra la recuperación de bromo y la producción de aceite que no contenga bromo. En 2005 estará funcionando una planta en Italia. La concentración de bromo en los residuos era casi la misma que en las materias primas, mientras que la concentración de oro era el doble en los residuos que en la alimentación. Se consiguió demostrar que los residuos electrónicos se pueden convertir en bromuro de hidrógeno gaseoso, un aceite casi sin bromo y un residuo que contiene los metales nobles de forma más concentrada. Las tres fracciones son aptas para su futura utilización.

En una prueba piloto realizada por encargo de la industria del bromo (EBFRIP) en el Centro de Investigación de Energía (ECN, según sus siglas en inglés) [5, 6] en Holanda, se demostró que es posible recuperar el bromo a través de procesos térmicos. Los procesos de gasificación por etapas, que abarcan la pirólisis (550 ºC) y la gasificación a altas temperaturas (>1.230 ºC), se emplean como opciones potenciales. La prueba piloto se realizó en la instalación “Pyromaat” del ECN y el HBr fue recuperado por medio del lavado alcalino del gas de síntesis de la fracción plástica de los RAEE, y fue probado con éxito por la industria del bromo.

Cocombustión: Hoy en día sólo una pequeña parte de los plásticos de los RAEE son tratados en las incineradoras. En Europa, hay suficiente capacidad de incineración de residuos domésticos como para absorber los niveles actuales y futuros de residuos plásticos. Esta solución resulta particularmente atractiva para las zonas donde existe una gran distancia entre el centro de tratamiento y el de producción, por lo que es necesaria una solución local (incineración de los residuos).

Si se utilizan sistemas de lavado adecuados, resulta técnicamente viable el reciclaje del bromo contenido en los RAEE de los gases de combustión

Las pruebas de incineración y los estudios de combustión han demostrado que los residuos procedentes de los AEE pueden añadirse de forma segura a los residuos sólidos urbanos (RSU) de hoy en día para generar energía de manera respetuosa con el medio ambiente. Pruebas piloto de cocombustión FZK- PLASTICS EUROPE-EBFRIP [7, 8 ,9]: a fin de determinar si la cocombustión con los RSU es una opción viable para el tratamiento del fin del ciclo de vida de los residuos de los AEE que contienen BFR, se han llevado a cabo diversas pruebas, tales como la cocombustión de los AEE con RSU, en una planta piloto (TAMARA) en (FZK), Alemania. Se han añadido cantidades superiores al 20% en peso de residuos plásticos de los AEE a los RSU para investigar las condiciones extremas. Se investigaron los parámetros de incineración en lo que respecta a la eficiencia de la combustión, el contenido de halógenos, y las emisiones de compuestos organohalogenados. Los experimentos han demostrado que se pueden añadir con total seguridad cantidades superiores al 3% en peso de residuos plásticos de los AEE a los actuales RSU. La formación de PBDD/F o de las denominadas dioxinas y furanos no se ve alterada por la presencia de residuos que contienen bromo, y se mantiene claramente dentro de los niveles fijados por las normas de emisión para estos procesos. El informe confirmó nuevamente que la combustión controlada de RSU sirve de “sumidero de dioxinas”, con una eficiencia de destrucción superior al 95%.

También se estudió el efecto de incrementar los niveles de bromo en el proceso de combustión. Además de analizar las emisiones de dioxinas y furanos, también se evaluó el efecto positivo del bromo en la volatilización de los metales, la reutilización de las escorias en la construcción de carreteras y el potencial de recuperación y reciclaje de bromo. De acuerdo con algunos estudios recientes, la volatilización de los metales pesados, como el Cu, Zn, Sb y Sn, aumenta considerablemente por la presencia de cloro y bromo. Los metales son trasladados del lecho de combustible a las cenizas volátiles, donde se pueden recuperar. Las escorias se limpian de metales y pueden reutilizarse en la construcción de carreteras. Los metales pesados se concentran en las cenizas volátiles y pueden eliminarse convenientemente.

Si se utilizan sistemas de lavado adecuados, resulta técnicamente viable el reciclaje del bromo contenido en los RAEE de los gases de combustión. Tras recuperar el bromo, podemos utilizarlo para producir diferentes productos comerciales fabricados a base de bromo, tales como el propio el bromuro de hidrógeno, o el bromuro de sodio.

Las mediciones realizadas en las emisiones confirmaron las pruebas precedentes y demostraron que la adición de RAEE con BFR no incrementa el nivel total de furanos y dioxinas halogenadas producidas. El aumento del nivel de bromo en el combustible se tradujo en un incremento de la cantidad de PXDF/D halogenados mixtos producidos. Se encontraron muy pocos congéneres bromados puros, y la mayoría de los congéneres halogenados mixtos sólo contenían 1 ó 2 átomos de bromo. En general, el nivel total de PXDF/D no se vio afectado.

Desde el punto de vista de la recuperación energética, hay capacidad suficiente para tratar todos los plásticos retardantes de llama de los RAEE. En Alemania, hay más de 60 modernas incineradoras, con capacidad para tratar más de 13 millones de toneladas, frente a las 37.000 toneladas de residuos plásticos retardantes de llama producidas anualmente. En general, la capacidad instalada ofrece una proporción de entre 100 y 1.400 veces más residuos domésticos producidos que residuos plásticos retardantes de llama. Eso significa que, en general, hoy en día hay capacidad más que suficiente para añadir hasta un 3% de plásticos que contengan entre un 2 por ciento y un 3 por ciento de bromo y respetar el margen de seguridad de corrosión.

En una prueba a escala real [12] realizada este año en Noruega con la cocombustión de los plásticos de los residuos de los AEE se llegó a la misma conclusión que con los resultados obtenidos en la planta Tamara.

La fundición como ejemplo de agente reductor y de recuperación energética: El principal destino de las placas de circuito impreso es la fundición. Tanto los fundidores de cobre como los de metales preciosos son capaces de utilizar este proceso como fuente de recuperación de energía (reemplazando el coque) y como agente reductor para los metales. De esta forma, se puede recuperar el cobre y los metales preciosos de la manera más económica y respetuosa con el medio ambiente.

Umicore opina que del 75 por ciento del objetivo de reciclaje, un 10 por ciento puede proceder de la recuperación de energía, reemplazando el combustible por plásticos, y un 55 por ciento a través de un proceso de recuperación de metales. Un estudio de eficiencia ecológica realizado por Plastics Europe en Bélgica ha desvelado que la fundición presenta el índice de recuperación más alto para el tratamiento de los teléfonos móviles, sin incurrir en altos costes de desmontaje.

En este caso hay dos posibles métodos: identificar y separar (clasificar) los plásticos que contengan BFR; tratar todos los plásticos de los RAEE conjuntamente con una tecnología que separe o se encargue de los BFR

Una fundición de metales preciosos de Umicore en Hoboken Antwerp ha presentado una prueba realizada en su planta con objeto de evaluar la viabilidad de la utilización de los plásticos mixtos de los residuos de los RAEE para reemplazar el coque como agente reductor y fuente de energía en la fundición. Se suministraron 250 toneladas de dichos residuos a la fundición y se comparó la operación realizada sin plásticos (tratando residuos que no eran PCI y un 4,5 por ciento de coque) con la realizada con un 6 por ciento de plásticos de RAEE y un 1 por ciento de coque. Los resultados disponibles hasta la fecha muestran que esto no afecta al funcionamiento ni a los resultados de la fundición (índices de recuperación de metal y estabilidad operativa). Los datos sobre las emisiones aún no se encuentran disponibles (los análisis todavía no han concluido). Esta prueba sugiere que la fundición integrada de Umicore Hoboken ofrece una capacidad de más de 15.000 toneladas anuales para tratar los plásticos de los RAEE, a lo que se suma una capacidad de más de 45.000 toneladas anuales para las PCI (que incluyen cerca de un 25 por ciento de plástico).

Eliminación de halógenos en altos hornos: A pesar de que la industria metalúrgica está llevando a cabo algunas pruebas piloto, el sector de plásticos de los AEE aún no ha realizado ninguna. En caso de realizarse dichas pruebas, los residuos serían tratados primero con un proceso de pirólisis u otro proceso de eliminación de HCI/HBr, lo que produciría un coque o combustible.

Nuevas tecnologías avanzadas: Los procesos tales como la solvólisis, Creosolv o la oxidación en agua supercrítica son potenciales alternativas futuras si estos procesos se pueden llevar a cabo a gran escala en unidades mayores y resultan económicamente viables. Dependiendo de la definición de lo que se considera que es una contribución a los objetivos del reciclaje, y del coste, las nuevas tecnologías se podrían convertir en los procesos preferidos.

Tendencias futuras: Para que una nueva tendencia avance rápidamente es necesario que la directiva sobre los RAEE entre en vigor, además de definir objetivos más ambiciosos para los índices de reciclaje. Aunque se podría desarrollar una amplia variedad de opciones, desde los vertederos públicos hasta el proceso de alta tecnología Haloclean, la viabilidad económica y la aceptación política de un proceso son dos factores determinantes, en función de los cuales se establecerán las soluciones futuras.