Reciclaje de neumáticos

Pirólisis de neumáticos fuera de uso (NFU): acercamiento a las oportunidades y los desafíos en Latinoamérica

COLUMNISTA Juan Daniel Martínez (COL) Grupo de Investigaciones Ambientales (GIA), Universidad Pontificia Bolivariana (UPB) juand.martinez@upb.edu.co

COORDINADORES Karina Potarsky (ARG) Directora INTI - Caucho kpotarsky@inti.gob.ar Emanuel Bertalot (ARG) Director de ReNFUPA S.A.S emanuelbertalot@yahoo.com.ar

INTRODUCCIÓN La necesidad e importancia de un adecuado tratamiento y disposición de los neumáticos fuera de uso (NFU), en el contexto de la economía circular, está posicionando a la pirólisis como una de las técnicas más prometedoras para la valorización de este residuo especial.

Las materias primas utilizadas en la fabricación de los neumáticos comienzan a ser percibidas como materiales altamente valiosos para ser utilizadas simplemente en la producción de calor en instalaciones de combustión. En este sentido, y si se realiza correctamente, la pirólisis de NFU puede allanar un camino interesante hacia una economía sostenible y circular para este tipo de residuos.

En la actualidad, Latinoamérica está experimentando un creciente interés en la implementación de plantas de pirólisis a nivel industrial, motivada en parte por las regulaciones asociadas con la disposición final de los NFU, como por ejemplo, los programas de responsabilidad extendida del productor (REP) y, también, por los bajos costos de capital de proveedores asiáticos que parecen favorecer notablemente el modelo de negocio del proyecto.

Estas plantas se basan principalmente en la tecnología de horno rotatorio. Sin embargo, algunas de ellas presentan desafíos de carácter técnico que impiden garantizar una adecuada calidad y rendimiento de los productos, que afectan la comerciabilidad de los mismos y, en consecuencia, la rentabilidad del negocio, y la sostenibilidad ambiental, energética y social del proceso.

¿CÓMO ES UN BUEN PROCESO DE PIRÓLISIS DE NFU? Si se lleva a cabo adecuadamente, la pirólisis de NFU es un tratamiento termo-químico que permite obtener distintas fracciones de carácter líquido, gaseoso y sólido. La pirólisis puede ser entendida como un proceso que permite separar el caucho natural, el caucho sintético y los diferentes tipos

de negro de humo utilizados en la manufactura de los neumáticos, cuando se aplica calor en ausencia de oxígeno.

Como se puede apreciar en la Figura 1, la pirólisis da lugar a una fracción líquida (TPO, del inglés: tire pyrolysis oil, y que usualmente recibe el nombre de aceite pirolítico derivado de neumáticos) que puede ser considerada como una mezcla compleja de hidrocarburos y exhibe un poder calorífico similar a los combustibles derivados del petróleo (> 40 MJ/kg). El TPO se puede utilizar como precursor de combustibles tradicionales (gasolina y diésel) y/o productos químicos refinados [1].

Asimismo, la pirólisis de NFU da origen a un gas de síntesis que presenta contenidos importantes de H 2 y CH 4 , y tiene un poder calorífico similar al del gas natural (> 30 MJ/m 3 N). Este gas puede ser utilizado no sólo para cubrir la energía demandada por el proceso, sino también para producir electricidad o energía térmica [2].

NFU

Sin considerar el alambre y el entramado textil, contiene aproximadamente: caucho natural y sintético (60 % peso) negros de humo (35 % peso) y compuestos inorgánicos (5 % peso).

PIRÓLISIS

Tanto el TPO como el gas de síntesis presentan un importante contenido de energía de origen renovable dada la presencia de caucho natural (biomasa) en el NFU. Así las cosas, el uso de estas fracciones en diferentes procesos industriales, supone una reducción importante de gases efecto invernadero cuando se sustituyen materias primas de origen fósil.

Por último, la fracción sólida (rCB, del inglés recovery carbon black, y que en castellano se conoce como negro de humo recuperado) presenta contenidos de carbono superiores al 80 % en peso y comprende los diferentes grados de negro de humo en función del tipo y la marca del neumático. El rCB puede ser usado como precursor de carbón activado, combustible sólido o, dependiendo de sus propiedades físico-químicas (a destacar área y química superficial), como sustituto del negro de humo comercial [3].

De esta manera, la pirólisis posibilita la recuperación de materiales, energía e incluso

TPO Tire Pyrolysis Oil Proviene del caucho natural y sintético. Rendimiento: Hasta el 55 % en peso del NFU.

Gas de Síntesis Proviene del caucho natural y sintético. Rendimiento: Entre el 5 % y el 20 % en peso del NFU. Balance entre los rendimientos del TPO y del rCB.

rCB: Recovery Carbon Black Proviene de los negros de humo y compuestos inorgánicos. Rendimiento: La suma del carbono fijo y las cenizas contenidas en los NFU, usualmente < 40 % en peso del NFU.

productos químicos, ofreciendo importantes beneficios desde la perspectiva de la economía circular. En todos los casos, las condiciones del proceso (temperatura, tamaño del NFU, presión, tasa de calentamiento, tiempo de residencia de los volátiles y el sólido en el interior de reactor y flujo de nitrógeno, entre otros), y el grado tecnológico del pirolizador, específicamente en lo que se refiere a todo lo relacionado con el control del proceso y el grado de madurez de la tecnología, influyen fuertemente en el rendimiento y la calidad de los productos obtenidos [4, 5, 6]. El objetivo que se quiere alcanzar en un adecuado y exitoso proceso de pirólisis de NFU es el equilibrio entre un alto rendimiento del TPO y unas buenas propiedades físico-químicas del rCB.

La creación de un sólido modelo de negocio para la pirólisis de NFU supone, además de garantizar la disponibilidad de los NFU, y los permisos y procedimientos necesarios para la operación; una clara identificación de las posibilidades de mercado para la ubicación de los productos derivados del proceso.

Esto último está ligado con el nivel de madurez tecnológica del reactor de pirólisis, ya que se deben garantizar buenas calidades de los productos y una alta eficiencia operativa.

El objetivo que se quiere alcanzar en un adecuado y exitoso proceso de pirólisis de NFU es el equilibrio entre un alto rendimiento del TPO y unas buenas propiedades físico-químicas del rCB."

Adicionalmente, y de cumplirse con lo anterior, la pirólisis de NFU permitiría:

1) Abrir la puerta a nuevos negocios y oportunidades de trabajo. 2) Reducir y mitigar de manera efectiva los impactos ambientales generados por tratamientos deficientes de los NFU. 3) Disminuir emisiones de gases efecto invernadero cuando se sustituyen productos elaborados con materias primas de origen fósil al utilizar los productos de la pirólisis en aplicaciones reales.

Entre otras, estas condiciones fundamentan la consideración de la pirólisis como estrategia de economía circular para la valorización de residuos complejos y especiales como lo son los NFU.

DESAFÍOS DE LA PIRÓLISIS DE NFU En parte, los desafíos más importantes del proceso en la región se atribuyen al escaso conocimiento de la pirólisis de NFU, y específicamente a la falta de experiencia necesaria para enfrentar los diferentes retos que supone el proceso a escala industrial.

En sintonía con lo antes expuesto, y considerando el punto de vista tecnológico, el pirolizador debe ser confiable en el mediano y largo plazo, teniendo en cuenta entre otros aspectos, lo siguiente:

• Maximización del rendimiento del TPO y de la calidad del rCB (mínimos contenidos de materia volátil). • Control eficiente del proceso con sistemas de automatización adecuados. • Procedimientos de seguridad acordes. • Evacuaciones de gas en caso de paradas no programadas. • Condiciones óptimas de transferencia de calor al pirolizador. • Emisiones nulas de gases, aceites y partículas carbonosas al ambiente. • Condiciones rigurosas de trabajo en términos de seguridad, salubridad e higiene. • Circuitos de seguridad redundantes.

• Materiales de alta calidad para los intercambiadores de calor, el reactor, tuberías, etc. • Equipos y sistemas de protección que cumplan con las especificaciones para el trabajo en atmósferas explosivas (ATEX).

Desde el punto de vista de la comercialización, la pirólisis de NFU se vería notablemente favorecida si encuentra mercados regulados para los productos resultantes, específicamente para el TPO y el rCB. Aunque el TPO comúnmente tiene un bajo punto de inflamación, un alto contenido de azufre, un alto contenido de aromáticos y un alto punto final de destilación [4, 5, 6], las barreras para su posicionamiento en el mercado no son tan elevadas como las que enfrenta el rCB.

El mayor desafío de la pirólisis de NFU (no sólo en Latinoamérica sino también en el resto del mundo) se encuentra en el mercado del rCB. En este sentido, es importante señalar los esfuerzos del Comité ASTM D36 con respecto a la creación de estándares para el rCB [7]. De hecho, recientemente se lanzó el estándar ASTM D8178-18, donde se definen las terminologías que deben utilizar los productores y todos los demás involucrados en el negocio del rCB [8]. Se espera la publicación, en el futuro cercano, de otras normativas que aborden propiedades como la estructura, el área superficial, el contenido de cenizas y de azufre, y las propiedades que deben cumplir el rCB peletizado, entre otros [9].

Finalmente, es importante resaltar que la integración de manera armónica con la industria de neumáticos, gobiernos nacionales y locales, y gestores y generadores de NFU, podría estimular considerablemente la implementación exitosa del proceso de pirólisis. Las entidades gubernamentales pueden desempeñar un papel muy importante en la promoción del proceso y uso de los productos derivados, fomentando a grandes niveles la economía circular. Suponiendo que el TPO y el rCB sean reconocidos como fuentes alternativas de energía y materias primas por las autoridades locales, la pirólisis de NFU seguramente se vería notablemente alentada. Asimismo, es de esperar que aparezcan actividades de I+D al inicio del proyecto (incluida la puesta en marcha) por lo que alianzas estratégicas con Centros de Investigación y/o Universidades también impulsaría el éxito del proyecto, además de fortalecer las posibilidades de comercialización de los productos teniendo en cuenta la robustez de la academia en el desarrollo de pruebas analíticas y procedimientos de mejora para algunas de las propiedades de los productos, específicamente el TPO y el rCB.

OPORTUNIDADES DE LA PIRÓLISIS DE NFU Como bien se ha resaltado líneas atrás, los productos derivados de un buen proceso de pirólisis presentan interesantes oportunidades para su incorporación en aplicaciones existentes. Por ejemplo, el TPO podría cubrir una demanda importante de petróleo, el cual es la fuente de carbono predominante en la actualidad para la producción de una amplia gama de bienes y productos químicos [10], a la vez que se implementaría un ejemplo exitoso de economía circular.

Por su parte, el gas de síntesis, podría generar no sólo la energía demandada por el proceso, sino también energía térmica e incluso potencia eléctrica extra. Teniendo en cuenta los precios y la demanda creciente de electricidad, el gas de síntesis también puede alentar significativamente la viabilidad comercial del proceso, a la vez que proporcionaría otro ejemplo de economía circular a partir de los NFU.

Finalmente, el rCB presenta el desafío de poder ser incorporado como material alternativo al negro de humo comercial, un mercado altamente atractivo teniendo en cuenta la diversidad de productos hechos con este material (pinturas, pigmentos, gomas, plásticos; en general, se sabe que muchos productos de color negro contienen negro de humo).

De esta manera, si el proceso de pirólisis de NFU es realizado mediante una tecnología que

garantice una buena calidad de los productos y una alta eficiencia operativa, con mínimos impactos ambientales; los productos de mayor rendimiento del proceso, el TPO y el rCB, podrían ser comparados con los commodities detallados en la Tabla 1. ■

Producto Código arancelario Descripción

TPO

rCB 2709000000 Aceite crudo de petróleo o de mineral bituminoso.

2710192210

3206499100

2803009000 Fuel oil excepto desechos de aceite que contengan biodiesel.

Negros de origen mineral: compuestos minerales carbonosos empleados en la industria de pigmentos específicamente.

Los demás carbonos (negros de humo y otras formas de carbono no expresadas ni comprendidas en otras partes): múltiples negros de humo industriales.

Tabla 1. Aproximación del TPO y el rCB a commodities comerciales.

Referencias

[1] JD Martínez, et al. Fuel properties of tire pyrolysis liquid and its blends with diesel fuel. Energy & Fuels 27 (2013) 3296–3305. [2] JD Martínez, et al. Demonstration of the waste tire pyrolysis process on pilot scale in a continuous auger reactor. J. Hazard. Mater. 261 (2013) 637-645. [3] JD Martínez, et al. Carbon black recovery from waste tire pyrolysis by demineralization: production and application in rubber compounding. Waste Manage. 85 (2019) 574-584. [4] JD Martínez, et al. Waste tyre pyrolysis - A review. Renew. Sust. Energ. Rev. 23 (2013) 179-213. [5] PT Williams. Pyrolysis of waste tyres: A review. Waste Manage. 33 (2013) 1714-1728. [6] N Antoniou, A Zabaniotou. Features of an efficient and environmentally attractive used tyres pyrolysis with energy and material recovery. Renew. Sust. Energ. 20 (2013) 539–558. [7]. ASTM. Committee D36 on recovered carbon black (rCB). www.astm.org/COMMITTEE/D36.htm Último acceso: 01/10/2019. [8] ASTM. ASTM D8178-18: Standard terminology relating to recovered carbon black (rCB), 2018. [9] ASTM. Standardization news. Recycling rubber into rCB. www.astm.org/standardizationnews/?q=features/recycling-rubber-rcb-ma17.html Último acceso: 01/10/2019. [10] G Iaquaniello, et al. Waste to chemicals for a circular economy. Chem-Eur. J. 14 (2018) 11831-11839.