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Secondo la Agenzia europea dell’ambiente, un europeo medio produce quasi cinque tonnellate di rifiuti all’anno. Solo il 38 % di questi rifiuti viene riciclato e gran parte del resto finisce in discarica.
«Poiché l’Europa vuole raggiungere i suoi obiettivi ambientali e creare un’economia circolare, dobbiamo trovare nuovi modi per riciclare più materiali», afferma Janusz Sikora, ricercatore dell’Università di Tecnologia di Lublino in Polonia.
L’innovativa tecnologia sviluppata da Sikora e dal suo team nell’ambito del progetto NEWEX consente ai produttori di creare più facilmente nuovi prodotti a partire da rifiuti plastici, risparmiando tempo ed energia e producendo materiali di migliore qualità. I ricercatori stanno ora testando l’efficienza con cui questa nuova tecnologia può utilizzare diversi tipi di plastica e di riempimento.
Problemi aggregati
L’obiettivo di Sikora era migliorare la nostra capacità di estrarre risorse di alta qualità dai rifiuti. «Un esempio è l’uso di plastiche realizzate con rifiuti alimentari, vegetali e conchiglie riciclate», aggiunge. «Sebbene questo processo sia ottimo per l’economia circolare, le proprietà di queste plastiche sono significativamente alterate e presentano alcune limitazioni».
Il team di Sikora si è concentrato sugli estrusori, utilizzati per produrre prodotti a base di plastica come tubi, grondaie e rivestimenti. Queste piccole macchine di stampaggio fondono granuli di plastica prima di spingere la massa ammorbidita attraverso uno stampo preformato, per creare oggetti continui con un profilo specifico.
«In genere, quando è il momento di produrre un nuovo prodotto, l’operatore deve solo cambiare la matrice dell’estrusore e regolare la linea di lavorazione», spiega. Purtroppo, quando si utilizza la plastica riciclata come materiale di base, le cose si complicano un po’.
«Tutto dipende dalla zona scanalata, che si trova in qualsiasi estrusore di qualità», afferma. «Questa zona, situata all’inizio del processo di estrusione, esercita una pressione sulla plastica che viene immessa nella macchina e, così facendo, aumenta l’efficienza complessiva».
Prendere il ritmo
La sfida principale che i produttori devono affrontare è che gli estrusori hanno bisogno di un aggregato plastico consistente composto da un tipo di granulato.
Non solo la plastica ottenuta da rifiuti riciclati è re-granulata, cioè composta da granuli di dimensioni diverse, ma ogni riciclatore produce re-granulato di dimensioni diverse. Poiché questo tipo di plastica perde le sue proprietà originali, è meno adatto alla lavorazione.
«Poi c’è la contaminazione che rimane nella plastica, che rende più difficile l’estrusione da parte della macchina», osserva.
Tutti questi fattori non solo annullano molti dei vantaggi ambientali derivanti dall’uso di plastiche ottenute da rifiuti riciclati, ma rendono anche l’uso di questi materiali meno conveniente e quindi meno attraente per i produttori.
«Dalle conversazioni che ho avuto con gli imprenditori, ho appreso che quello che vogliono è un estrusore che consenta loro di modificare le caratteristiche geometriche delle zone scanalate», osserva.
In altre parole, è necessaria una soluzione che consenta di regolare le dimensioni delle scanalature in base alle dimensioni del granulato o del re-granulato di plastica.
Operatore scaltro
Ispirato da queste conversazioni, Sikora ha lanciato il progetto NEWEX, finanziato dall’UE. «Il nostro obiettivo era quello di adattare un estrusore a singola vite in modo che potesse lavorare le plastiche prodotte da rifiuti riciclati nel modo più efficiente possibile», aggiunge.
Riunendo un team internazionale di specialisti, il progetto ha sviluppato modelli virtuali, digitali e 3D degli elementi geometrici della zona scanalata e del segmento rotante della canna. Successivamente, il team di ricerca ha condotto simulazioni, animazioni e calcoli al computer.
Questo lavoro ha portato allo sviluppo di un prototipo di estrusore che consente agli utenti di modificare continuamente gli elementi di design della sezione di alimentazione scanalata, cambiando in modo indipendente la profondità di ciascuna scanalatura e il numero di scanalature. È inoltre dotato di una canna modificata che può ruotare in entrambe le direzioni della vite e alla velocità desiderata, mentre la vite dell’estrusore è stata modificata per adattarsi alla canna modificata.
«Il design di NEWEX è caratterizzato da una serie di elementi mobili che, sotto l’influenza di temperature più elevate, subiscono un’espansione termica», spiega. «Questo fa sì che il materiale liquido fluisca negli spazi tra gli elementi mobili». La soluzione di NEWEX è orientata agli estrusori con una gamma di produzione di diverse tonnellate di plastica all’ora.
Industria 4.0
Il prototipo era inizialmente destinato a essere utilizzato come strumento dimostrativo a Lublino, ma ha ben presto attirato l’interesse di un’azienda polacca di estrusori. Insieme ad alcuni partner del progetto NEWEX e con il supporto del progetto PROMATAI,finanziato dall’UE , stanno ora lavorando per far progredire ulteriormente il prototipo di estrusore, integrando nel processo funzioni di intelligenza artificiale che consentiranno all’estrusore di adattare automaticamente la zona scanalata alle dimensioni del materiale di alimentazione.
«È una buona notizia per i piccoli produttori e una notizia ancora migliore per l’ambiente», conclude.
Il progetto NEWEX è stato intrapreso con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie.