Esercizi: Sostenibilità, riciclo e analisi critica

Il riciclo meccanico di un termoplastico può comprendere triturazione, lavaggio e nuova formatura per fusione. a) Giustifica perché il PET può essere rilavorato per questa via mentre una resina termoindurente molto reticolata, come la bakelite, non può essere nuovamente fusa e stampata allo stesso modo. b) Spiega due processi che limitano la ripetizione indefinita dei cicli nei termoplastici, mettendoli in relazione con la lunghezza delle catene e la presenza di contaminanti. Distingui la rilavorazione per fusione dalla triturazione di un termoindurente per usarlo come materiale di riempimento.

Un determinato imballaggio di acido polilattico, PLA, è stato sottoposto a prova di compostaggio industriale in condizioni controllate di umidità, ossigeno e attività microbica, a temperature di circa $55$–$60\,^{\circ}\mathrm{C}$. a) Spiega perché il risultato di quella prova non dimostra che qualsiasi oggetto in PLA si degradi rapidamente in mare, dove cambiano temperatura, spessore, microrganismi e tempo di esposizione. b) Distingui la frammentazione in particelle piccole dalla biodegradazione e dalla mineralizzazione. Giustifica perché la certificazione di un prodotto e di condizioni specifiche non può essere trasferita automaticamente a un'intera famiglia di resine.

In una proposta di economia circolare si adotta la priorità «prevenire i rifiuti, riutilizzare e, poi, riciclare». Un lotto di PVC recuperato contiene miscele di pigmenti, plastificanti e altri additivi di provenienza varia. a) Spiega come tale miscela possa ostacolarne l'uso in un'applicazione che richiede composizione, resistenza e sicurezza costanti. b) Confronta il riciclo che consente di fabbricare un prodotto di qualità equivalente con l'uso del materiale in un'applicazione di prestazioni inferiori. Argomenta perché ridurre i materiali superflui e progettare pezzi facili da separare può evitare problemi che il successivo riciclo non risolve.

Un impianto lavora $1000\,\mathrm{kg}$ di rifiuto grezzo di imballaggi in PET. Nella selezione rimuove $150\,\mathrm{kg}$ di materiali impropri; nel lavaggio perde $50\,\mathrm{kg}$ di etichette, adesivi e fanghi; e nell'estrusione perde $40\,\mathrm{kg}$ per spurghi, umidità residua e altri materiali eliminati. Il flusso è rappresentato nello schema:

1. a) Calcola la massa finale di granulo di PET riciclato e la resa in massa globale rispetto all'ingresso. b) Spiega perché tale resa non basta per valutare la sostenibilità: individua due dati aggiuntivi su energia, acqua, emissioni o qualità del polimero. Tutte le perdite si riferiscono a masse assolute dello stesso carico; trascura altri ingressi e accumuli.

Uno studio confronta sacchetti per trasportare una spesa di $15\,\mathrm{kg}$. Tale unità funzionale richiede un sacchetto di polietilene ad alta densità di $10\,\mathrm{g}$ oppure due sacchetti di carta da $40\,\mathrm{g}$ ciascuno. La fabbricazione emette $1{,}80\,\mathrm{kg}$ di CO₂ equivalente per chilogrammo di polietilene e $1{,}10\,\mathrm{kg}$ per chilogrammo di carta. L'acqua di processo consumata è, rispettivamente, $5{,}0$ e $50{,}0\,\mathrm{L}$ per chilogrammo di materiale. a) Calcola le emissioni e il consumo di acqua di fabbricazione per unità funzionale per entrambe le opzioni. b) Delimita quale confronto consentono questi risultati e quali informazioni mancano per concludere quale opzione abbia minore impatto lungo l'intero ciclo di vita, compresi riutilizzo, trasporto e fine vita.

La glicolisi del PET è una via di riciclo chimico che impiega etano-1,2-diolo e produce tereftalato di bis(2-idrossietile), BHET. Nel limite di catene lunghe, il bilancio formale per unità è:

La massa molare dell'unità di PET è $192{,}2\,\mathrm{g}\cdot\mathrm{mol}^{-1}$ e quella del BHET è $254{,}2\,\mathrm{g}\cdot\mathrm{mol}^{-1}$. a) Si trattano $961{,}0\,\mathrm{kg}$ di PET puro con diolo in eccesso e si isolano $1143{,}9\,\mathrm{kg}$ di BHET purificato. Calcola la resa rispetto al massimo stechiometrico. b) Spiega perché la massa del prodotto può superare quella del PET alimentato senza violare la conservazione della materia. Confronta un'opportunità di purificazione e un costo energetico di questa via con il riciclo meccanico.

Si confrontano due contenitori che erogano $1\,\mathrm{L}$ di acqua per utilizzo. Una bottiglia di PET monouso genera $110\,\mathrm{g}$ di CO₂ equivalente per utilizzo, inclusi fabbricazione e fine vita. Una bottiglia di vetro genera $480\,\mathrm{g}$ nella fabbricazione e $40\,\mathrm{g}$ nel riciclo finale; ogni utilizzo aggiunge $22\,\mathrm{g}$ per il lavaggio e $18\,\mathrm{g}$ per il trasporto aggiuntivo. a) Formula le emissioni cumulate di entrambi i sistemi dopo $n$ utilizzi e calcola il più piccolo numero intero di utilizzi per cui il vetro emette strettamente meno. Indica quanti riutilizzi successivi al primo utilizzo comporta tale risultato. b) Un tasso di perdita indipendente del 12 % per ciclo dà una vita media approssimativa di 8,3 utilizzi, senza fissare un massimo per ciascuna bottiglia. Spiega perché la media, la dispersione e le perdite reali devono essere considerate prima di generalizzare il vantaggio ambientale.

Un sacchetto di polietilene con additivi prossidanti viene pubblicizzato come «100 % ecologico, oxobiodegradabile e rifiuto zero». Le prove mostrano che, sotto radiazione UV e ossigeno, si frammenta rapidamente, ma non forniscono misure della conversione completa del carbonio in CO₂ né degli effetti sugli organismi. a) Spiega come l'ossidazione e la rottura delle catene possano produrre piccoli frammenti senza dimostrare la mineralizzazione biologica. b) Valuta quali affermazioni pubblicitarie restano ingiustificate con tali dati e proponi evidenze misurabili per verificarle: condizioni e durata della prova, bilancio del carbonio e quantità di particelle residue. Metti in relazione le tue proposte con il rischio di formazione e dispersione di microplastiche. Come dato normativo per questa analisi, l'articolo 5 della Direttiva (UE) 2019/904 stabilisce il divieto di immettere sul mercato prodotti fabbricati con plastica oxodegradabile. Metti in relazione tale misura con la differenza tra frammentazione e biodegradazione.

Tre studenti confrontano vaschette di EPS con un biocomposito di micelio e paglia. Il gruppo di processo riferisce un carico umido di $200\,\mathrm{kg}$ per lotto di 1000 vaschette; durante l'essiccazione viene eliminato il 40 % di tale massa. La pastorizzazione consuma $180\,\mathrm{MJ}$, escluso l'essiccamento. Il gruppo ambientale stima un trasporto di tale carico umido di $120\,\mathrm{km}$, con emissioni di $0{,}12\,\mathrm{kg}$ di CO₂ equivalente per tonnellata e chilometro; per l'EPS dispone solo di un fattore di fabbricazione di $2{,}8\,\mathrm{kg}$ di CO₂ equivalente per chilogrammo. Il gruppo di ecotossicologia non ha ancora dati su additivi e percolati. a) Calcola la massa secca, l'energia di pastorizzazione per chilogrammo di secco e le emissioni del trasporto del lotto. b) Redigi una conclusione congiunta che distingua i risultati calcolabili dalle incertezze. Indica perché mancano la massa di EPS equivalente, l'energia di essiccazione e altri dati per confrontare le impronte complete.

Sfida del tema. Fino a che punto la tua vita quotidiana dipende dai polimeri sintetici? Diventa un auditor ambientale a casa tua e progetta un piano di transizione verso materiali più sostenibili.

1. Audit domestico: Scegli 5 oggetti di uso quotidiano (imballaggi, tessili o utensili da cucina). Individua il polimero di cui sono composti (codice di identificazione della resina o etichetta: PET, HDPE, nylon, ecc.) e stima la loro massa con una bilancia da cucina.

2. Chimica macromolecolare: Classificali in base alla polimerizzazione (addizione o condensazione). Rappresenta le formule di struttura condensate dei monomeri e l'unità ripetitiva di almeno due di essi: uno formato per addizione e uno per condensazione.

3. Struttura e proprietà: Giustifica come le forze intermolecolari (ad es. dispersione o legami a idrogeno) influenzano la loro flessibilità, resistenza termica e idoneità al riciclo meccanico.

4. Analisi critica: Consulta sul sito dell'ISPRA o del CONAI il tasso di riciclo degli imballaggi in plastica in Italia (circa $51,5\,\%$) e redigi una breve relazione proponendo alternative praticabili (riutilizzo, biopolimeri) per sostituire la plastica di maggiore impatto del tuo campione.

Verranno valutati:

• Rigore nella formulazione chimica dei monomeri e nell'attribuzione del meccanismo di polimerizzazione.

• Argomentazione coerente che colleghi struttura molecolare, proprietà macroscopiche e riciclabilità.

• Qualità analitica della relazione a partire dai dati domestici raccolti e dal confronto con fonti ufficiali.