Analisi condotta da F.lli Maris con metodologia LCA sul processo di devulcanizzazione brevettato che utilizza un estrusore bivite co-rotante, linea EVOREC RUBBER
Introduzione
Lo scopo di questo studio è quello di verificare gli impatti ambientali del processo di devulcanizzazione brevettato da F.lli Maris utilizzando un estrusore bivite co-rotante (linea EVOREC RUBBER); i materiali riciclati esaminati sono guarnizioni in monomero etilene-propilene diene (EPDM), vulcanizzate con zolfo, derivanti dal settore automotive. Lo studio è stato condotto in collaborazione con il dipartimento di chimica e NIS – INSTM, Università di Torino.
Il processo di devulcanizzazione Maris è un processo termo-meccanico che non prevede l’utilizzo di agenti devulcanizzanti, CO2 supercritica o solventi. È possibile inoltre devulcanizzare materiali vulcanizzati con sistemi reticolanti differenti (base di zolfo o perossido). Sebbene siano stati proposti diversi processi di devulcanizzazione termo-meccanica mediante estrusori bivite co-rotanti (cTSE), la loro implementazione pratica non è stata del tutto soddisfacente sino ad ora.
La devulcanizzazione produce una materia prima seconda a partire da materiale di riciclo, sia post-consumo che post-insutriale, in forma free-flowing (dosabile in estrusore) che viene prodotta mediante operazioni di macinazione e selezione; la materia prima in ingresso deve essere priva di contaminanti, in particolare di contaminazione metallica. La qualità della materia prima in termini di omogeneizzazione e selezione è uno dei principali fattori fondamentali per ottenere un materiale devulcanizzato di buona qualità.
La metodologia utilizzata per eseguire l’analisi degli impatti ambientali è l’LCA e i dati utilizzati per configurare il sistema si riferiscono ad un impianto reale – la linea Maris EVOREC RUBBER, che nel caso di studio utilizza un estrusore bi-vite co-rotante (c-TSE) di 58mm, che effettua la devulcanizzazione degli scarti di EPDM provenienti dalle guarnizioni automotive.
Obiettivo del lavoro
L’analisi ha preso in esame la produzione del sistema integrato che permette il processo di devulcanizzazione di 120 kg/h di EPDM. L’obiettivo è quello di dimostrare come il processo di devulcanizzazione consenta di ridurre l’impatto ambientale associato al ciclo di vita del prodotto in gomma. In questi termini, attraverso la quantificazione delle risorse, del consumo energetico, delle emissioni e dei rifiuti è possibile calcolare l’impatto ambientale di un prodotto o di un processo.
Calcolo LCA
Il primo passo dello studio è stata la definizione dei limiti (Fig. 2) per il sistema analizzato (Fig. 1).
La seconda fase è stata l’analisi di inventario con l’obiettivo di identificare e quantificare le materie prime, le risorse, i consumi energetici, gli output e le emissioni relative all’unità funzionale considerata.
Infine, la terza fase è stata la valutazione d’impatto, in cui l’insieme delle risorse e delle emissioni della fase precedente viene convertito in una serie di categorie di impatto ambientale. Per determinare il contributo relativo delle categorie considerate, l’impatto è stato valutato anche a livello globale mediante normalizzazione.


Analisi comparativa
Lo studio è stato ampliato includendo due analisi comparative.
Per evidenziare l’impatto generato dalla fase di produzione, nel primo confronto è stata considerata la produzione di 1 kg di mescola vergine di EPDM (v-EPDM) con 1 kg di EPDM ottenuto dal processo EVOREC RUBBER. È stato considerato un sistema di “cut-off” che prevede l’esclusione dai limiti del sistema di tutti gli impatti riconducibili alla vita pregressa del materiale.
Il secondo confronto (Fig.3) tiene conto delle diverse proprietà fisico-chimiche del materiale devulcanizzato e di quello vergine, confrontando due diversi modelli di sistema, ognuno dei quali permette di ottenere due prodotti in gomma. Per il Sistema 2 il prodotto 2 è la combinazione del 30% di r-EPDM e del 70% di v-EPDM che mostra le stesse proprietà fisico-chimiche di un prodotto generato utilizzando il 100% di gomma vergine (Sistema 1).
Si può osservare che nel Sistema 1 la fase di fine vita avviene per incenerimento, mentre nel Sistema 2 il primo prodotto subisce un processo di devulcanizzazione che ne consente il riciclo. Si ha una perdita del 5% di materiale durante il processo di devulcanizzazione dovuta alla stabilizzazione della linea di estrusione.
Come mostrato, l’analisi dei due sistemi è notevolmente semplificata se si trascurano i processi equivalenti (caselle barrate in rosso).
Per il sistema 1, devono essere considerati solo gli impatti associati al processo di incenerimento di 1 kg di gomma e alla produzione di 3,15 kg di mescola EPDM vergine. Per il Sistema 2, invece, è sufficiente considerare gli impatti per il processo di devulcanizzazione, che permette di ottenere 0,95 kg di r-EPDM, e gli impatti per produrre 2,2 kg di mescola v-EPDM.

Analisi comparativa – primo confronto
Il processo di devulcanizzazione permette di ottenere EPDM con impatti notevolmente inferiori rispetto a quello vergine. Infatti, il valore per l’r-EPDM è mediamente di un ordine di grandezza inferiore a quelli calcolati per il v-EPDM. La Fig. 4 mostra il confronto tra gli impatti ambientali normalizzati di 1 kg di v-EPDM e r-EPDM.

I risultati normalizzati sono stati riportati per mostrare i contributi relativi degli impatti tra le categorie considerate, quando si passa da v-EPDM a r-EPDM. Per quanto riguarda il v-EPDM, l’impatto più rilevante è relativo alla categoria uso delle risorse (fossili) che è causato principalmente dal consumo di energia, dal mix nazionale italiano, durante le fasi del processo di devulcanizzazione.
Analisi comparativa – secondo confronto
La Fig. 5 mostra che gli impatti generati nel Sistema 2, configurato ipotizzando una fase di riciclo dell’EPDM, sono inferiori rispetto agli impatti nel Sistema 1 (modellato utilizzando sempre EPDM vergine); Questa tendenza è comune a tutte le categorie di impatto.

Per entrambi i sistemi confrontati, i principali impatti sono ottenuti per la categoria Uso delle risorse (fossili).
In conclusione, entrambi i confronti effettuati in questo studio sottolineano come l’EPDM riciclato, ottenuto attraverso un processo di devulcanizzazione termo-meccanica, consenta di limitare gli impatti ambientali rispetto alla produzione di materiale vergine.