Upcycling del polietilene Ampiamente utilizzabile come materia prima per il nylon

L’upcycling consiste nel trasformare i rifiuti in prodotti nuovi, spesso di valore superiore. Questo principio è particolarmente apprezzato dagli appassionati di fai da te. Tuttavia, è possibile sfruttare questa idea anche a livello industriale, ad esempio producendo poliammide dai rifiuti di polietilene. I ricercatori di Rostock stanno lavorando proprio su questo. 

Se in futuro il nylon potesse essere prodotto in gran parte a partire dai rifiuti di plastica, anziché dal petrolio come avviene attualmente, ciò rappresenterebbe un enorme sollievo per l’ambiente e il clima. All’Istituto Leibniz per la Catalisi (LIKAT) i chimici stanno seguendo questa strada. Sono riusciti a trasformare in modo selettivo il polietilene, componente principale di tutti i rifiuti di plastica, in acidi dicarbossilici, che possono fungere da materie prime chimiche per il nylon.

La reazione avviene in condizioni moderate e non richiede nemmeno l’uso di un catalizzatore. L’obiettivo è sviluppare un processo su scala pilota. A tal fine, il team intende aumentare la selettività e chiarire i meccanismi di reazione.

La pirolisi non è più sostenibile

Il polietilene (PE), insieme al polipropilene (PP), costituisce i quattro quinti dei rifiuti di plastica, pari a circa 400 milioni di tonnellate all’anno a livello mondiale. Per riciclare chimicamente queste poliolefine si è affermata la pirolisi, come spiega il dott. Esteban Mejía, responsabile di settore presso il LIKAT: «La plastica viene bruciata in modo controllato a temperature fino a 600 gradi Celsius».

Il risultato è sì un “ottimo olio” e il processo non produce emissioni di CO₂, ma, a causa dell’enorme consumo energetico, la pirolisi lascia un’impronta di carbonio talmente elevata da spingere le autorità ambientali a lanciare l’allarme. Negli Stati Uniti gli impianti di pirolisi sarebbero già stati chiusi.

La pirolisi è un processo che rientra nell'ambito del riciclaggio chimico. In questo processo, i rifiuti plastici non vengono semplicemente triturati e rifusi, come nel riciclaggio meccanico, ma scomposti nei loro elementi costitutivi fondamentali (monomeri).

Nella pirolisi, la plastica viene decomposta termicamente ad alte temperature in assenza di ossigeno. Da questo processo si ottengono oli, gas e residui solidi (coke/cenere), che possono essere riutilizzati come materie prime. La pirolisi è attualmente la tecnologia prevalente, soprattutto in Germania.

Le specie reattive dell'ossigeno come strumento

Ciò solleva la questione delle alternative. La ricerca conosce una serie di processi catalitici che funzionano in modo ossidativo, proprio come la pirolisi, afferma Esteban Mejía. «In questi processi, sulla superficie del polietilene si forma una specie reattiva dell’ossigeno, che chiamiamo ROS, reactive oxygen species.» È proprio su queste che si gioca tutto, come ormai sanno i chimici. Le ROS decompongono chimicamente il polietilene. «In pratica, divorano il materiale», sintetizza Mejía.

Tuttavia, questa reazione richiede un’elevata pressione, il che rende il processo esplosivo. «Non è possibile scalarla facilmente su scala industriale.» Inoltre, i catalizzatori sono a base di metalli preziosi, il che rende l’intero processo costoso e dipendente dall’instabilità del mercato delle materie prime.

Durante le ricerche bibliografiche, il gruppo ha trovato resoconti di colleghi che producevano acido dicarbossilico di polietilene con lunghezze di catena non specifiche, tra l’altro utilizzando acido nitrico altamente concentrato a 180 gradi Celsius e nel microonde. Si tratta di processi piuttosto aggressivi, afferma Mejía, «ma ci ha stimolato l’idea di proseguire sulla strada dell’acido nitrico e di semplificare il processo».

In parole povere: diluito e con H₂O₂

Da aprile 2026, un ricercatore post-dottorato, il dott. Satyajit Panda, ha lavorato su questo argomento, temporaneamente affiancato da uno studente del master dell’Università di Rostock. Grazie a ulteriori ricerche e a un processo di tentativi ed errori, il gruppo è infine giunto a una reazione semplice. L’effetto era affascinante: «Si mettono dei pezzetti di un sacchetto di plastica in una provetta contenente acido nitrico fortemente diluito e perossido di idrogeno, si riscalda il tutto a una temperatura massima di 120 gradi e si può osservare come il polietilene si dissolva», spiega Mejía.

Controllare la reazione, tuttavia, non è così semplice. «È importante un determinato regime di apporto di calore», spiega Mejía. Infatti, la conversione del PE in acido dicarbossilico attraversa diverse fasi. Se si lascia troppo tempo ai prodotti intermedi, la reazione procede in modo non ottimale e alla fine si ottiene una miscela complessa.

Selettività e meccanismo di reazione

L'acido dicarbossilico è costituito da catene di atomi di carbonio di diversa lunghezza. Le pubblicazioni finora apparse riportano risultati di reazioni con catene di lunghezza compresa tra due e oltre 40 atomi di carbonio. «Gli autori lo hanno utilizzato come tensioattivo per la produzione di sapone», afferma Mejía. 

Il prodotto finale dei chimici di Rostock, invece, è una materia prima utilizzabile per la poliammide (PA), meglio nota come nylon. A tal fine è indicato un acido dicarbossilico con una lunghezza della catena pari esattamente a sei atomi di carbonio. Ciò comporta requisiti più elevati in termini di selettività della reazione e di eventuali processi di separazione.

Nell’ambito dell’esperimento, i chimici di LIKAT sono già riusciti a limitare la lunghezza della catena del loro prodotto a un numero compreso tra quattro e dieci atomi di carbonio. Intendono migliorare ulteriormente questo risultato in collaborazione con il Prof. Dr. Udo Kragl del Dipartimento di Chimica Tecnica dell’Università di Rostock. Anche a tal fine hanno presentato domanda di finanziamento per il progetto alla DFG.

In questo progetto intendono inoltre chiarire il meccanismo di reazione in collaborazione con gli analisti del LIKAT: l’obiettivo principale è quello di individuare quali composti intermedi si formino nel processo di reazione, quando e con quale velocità. Esiste inoltre una collaborazione con un collega dell’Università di Guayaquil (Ecuador) che, attraverso esperimenti fotochimici, studia l’influenza della luce sul funzionamento dei ROS, le specie reattive.