Alternativas de cierre de ciclo para espumas de poliuretano rígido

Pese a ser ampliamente utilizadas, hoy en día no existen alternativas económicamente viables para disponer espumas de PU rígido. Un proyecto de investigación evalúa diferentes alternativas.

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Actualmente en Colombia no se dispone de tecnologías de reciclaje para las espumas de poliuretano rígido y se ha convertido en un problema la disposición de este material por los altos costos que implica el transportar volúmenes tan altos de espuma, que casi no pesa, a los sitios de incineración.

También la incineración para recuperación energética genera costos que hacen que el proceso no sea viable económicamente.

Las plantas de captura de los gases espumantes y el reciclaje químico vía glicólisis son alternativas para la gestión, pero se enfrentan al reto de no ser económicamente viables en el entorno local porque requieren de altos volúmenes de refrigeradores.

Mercado actual del poliuretano

Gracias a su versatilidad, el poliuretano es uno de los polímeros más ampliamente usados en todo el mundo. Su rango de utilización abarca desde espumas flexibles para hacer más cómodos los asientos o las prendas de vestir que usamos hasta espumas rígidas, que son usadas como aislantes térmicos en equipos de refrigeración y acústicos en el sector de la construcción.

Su importancia radica en que ha mejorado nuestra calidad de vida, brindándonos confort a través de sus múltiples usos. Los componentes que se usan como material de partida pueden ser modificados para obtener poliuretano con características específicas deseadas, lo cual hace posible una gran cantidad de aplicaciones, además de alimentar un enorme mercado.

En la actualidad, el mercado mundial las espumas de poliuretano (PUF) se valora en unos 55.850 millones de USD, se producen más de 20 kilotoneladas por año, y la tasa de crecimiento esperada del mercado de PUF entre 2018 y 2026 sería de aproximadamente 5,2 % (1). Asimismo, sus costos de producción son significativamente más bajos que los costos de producción de polímeros sintéticos como el PVC, lo que además las hace muy atractivas para el mercado mundial.

Los poliuretanos se sintetizan a partir de diferentes compuestos tales como los isocianatos, polioles y compuestos hidroxilados multifuncionales. A partir de estos compuestos se pueden producir PUF rígidas, flexibles o elastoméricas. Las PUF poseen características especiales como baja densidad, conductividad térmica y particulares propiedades mecánicas que las convierten en excelentes aislantes térmicos, aislantes acústicos, materiales estructurales y materiales que brindan confort. La principal aplicación de las espumas rígidas es como aislantes térmicos en la industria de los refrigeradores y paneles de aislamiento en construcción. Las espumas rígidas poseen baja densidad, resistencia a la compresión y corte, propiedades de absorción de impactos, baja conductividad térmica, y su estructura es en forma de celda cerrada.

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Fin de vida

Ambientalmente, hacer la disposición de las espumas en los rellenos sanitarios es costosa, el requerimiento de grandes espacios debido a la baja densidad de las PUF (30-40 kg/m³), ha obligado a considerar otras opciones para la eliminación de estos residuos. El transporte al vertedero o a los sitios de incineración tiene un alto costo porque el material no se deja compactar como los demás plásticos y existe el riesgo de contaminar los ríos por la espuma que el viento arrastra por su baja densidad.

La compactación de PUF se podría lograr calentando el material a la temperatura de ablandamiento, aproximadamente 90°C, con los respectivos cuidados por la inflamabilidad del ciclopentano utilizado como gas de espumación en Colombia. Con la compactación se reducen los costos de transporte de material porque ya no sería necesario transportar tanta cantidad de gas contenida en las celdas de las espumas.

Para liberar el gas utilizado como agente de soplado a la atmósfera es conveniente realizar un estudio de análisis de ciclo de vida (LCA), ya que los agentes espumantes clorofluorocarbonados (CFC) e hidroclorofluorocarbonados (HCFC) que agotan la capa de ozono y contribuyen al calentamiento global no se utilizan en Colombia desde hace más de 10 años.

Estas sustancias han sido reemplazadas en los procesos de fabricación de los refrigeradores domésticos por hidrocarburos como el ciclopentano, el cual no tiene efectos nocivos sobre la capa de ozono y tiene muy bajo potencial de calentamiento atmosférico. El estudio nos debe indicar si la solución planteada para el aprovechamiento de la espuma de poliuretano rígido, con la correspondiente liberación del agente de soplado a la atmósfera, tiene un balance medio ambiental mejor que las alternativas disponibles actualmente en el país para retenerlo.

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Las tecnologías de desensamblaje de los refrigeradores, reducción de tamaño y separación, así como la recuperación de gases refrigerantes y de espumación, son tecnologías que requieren de un significativo número de refrigeradores y son costosas de implementar.                                     

El aprovechamiento o reciclaje de la espuma rígida de PU, escalable a nivel industrial, se puede hacer por medio de reciclaje mecánico, reciclaje químico y recuperación energética. El reciclaje mecánico es un método relativamente económico cuyo proceso de producción es menos complicado en comparación con otros métodos de valorización. En este se trituran las espumas y se convierten en partículas de baja densidad que pueden utilizarse como materia prima para múltiples aplicaciones.

El resultado de la consultoría que actualmente está en desarrollo ha demostrado que una manera de valorización de este residuo es empacarlo en bolsas para la venta luego de reducir el tamaño de la espuma para ser utilizada como absorbente de aceite derramado; este material impregnado de aceite con mayor poder calorífico puede ser enviado a incineración.

Otro aspecto que podemos mencionar para la utilización de la PUF es aprovechar sus propiedades como aislante acústico y térmico, las cuales son de gran valor en la industria de la construcción. La espuma se puede utilizar para rellenar los bloques o ladrillos.

La PUF también se ha valorizado al producir bloques de cemento livianos o paneles para construcciones livianas mediante cemento premezclado. Se ha demostrado que los componentes cumplen con las especificaciones técnicas y se puede lograr una reducción de costos de hasta un 15 %. Además se han observado beneficios en las evaluaciones de análisis de ciclo de vida (LCA).

Otra opción podría ser adicionar espuma reciclada pulverizada (10 %) al alcohol utilizado en la producción PUF sin pérdida significativa en las propiedades de la espuma.

Resultados obtenidos de la consultoría del ICIPC

En la consultoría que está adelantando el ICIPC en el marco del proyecto “Mitigation Action Facility” para el sector de la refrigeración doméstica en Colombia se están identificando empresas que pueden beneficiarse del reciclaje mecánico de las PUF. La espuma se incorpora en los huecos de los ladrillos con el fin de mejorar el aislamiento acústico y térmico en las construcciones, especialmente en los muros o divisiones que requieran de estas propiedades. Se han realizado ensayos de laboratorio al PUF para evaluar el cambio en la conductividad térmica en el tiempo. Las espumas son tomadas de refrigeradores reciclados luego de varios años de uso y el material sigue siendo un buen aislante térmico.

Otra aplicación de valorización es la incorporación del PUF en la composición de los bloques de cemento para hacerlos más livianos. Se están preparando bloques con diferente composición de PUF para determinar mediante ensayos de laboratorio el porcentaje de PUF que puede adicionarse sin pérdida significativa de resistencia a la compresión.

La consultoría también busca generar valor en la lámina plástica (HIPS, ABS) de los refrigeradores que está contaminada con PUF, especialmente del gabinete y la contrapuerta. Se retira la espuma físicamente o mediante tratamiento químico. Se están midiendo las propiedades mecánicas como el módulo secante, la resistencia a la tensión, elongación en la fractura, la resistencia al impacto entre otras propiedades a las láminas descontaminadas y elaborando las fichas técnicas del material reciclado de los gestores participantes en la consultoría.

Agradecimientos

Este proyecto ha sido desarrollado gracias al apoyo técnico y financiero de “Mitigation Action Facility”, la GIZ y la Unidad Técnica de Ozono (UTO) del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, a quienes extendemos nuestro agradecimiento.

Bibliografía

• Leszczyńska, M., Ryszkowska, J., Szczepkowski, L., Kurańska, M., Prociak, A., Leszczyński, M. K., ... & Mizera, K. (2020). Cooperative effect of rapeseed oil-based polyol and egg shells on the structure and properties of rigid polyurethane foams. Polymer Testing, 90, 106696.
• Basf, «Go! Create something new from old PUR and close the material loop for PUR rigid foams», 10 de abril de 2022. https://www.basf.com/global/en/media/news-releases/2022/10/p-22-350.html (accedido 17 de enero de 2023).