Alternativas de tratamiento de las fracciones de plásticos mixtos con retardantes de llama
(Great Lakes Chemical - Alemania)01/02/2006
Perspectiva general del tipo de BFR y las cantidades contenidas en los plásticos de los RAEE
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
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.
Métodos de identificación y clasificación de los plásticos que contienen BFR
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
• 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).
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
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.