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Da rifiuti a risorse: nuova vita per i dispositivi di protezione individuale di scarto

Il progetto Single Use Ppe Reinforced Asphalts (SUPRA) per la ricerca e la validazione di un prodotto innovativo basato sul riutilizzo del materiale plastico di scarto derivante dal processo di smaltimento dei DPI

Dispositivi di protezione individuale di scarto

Come conseguenza della pandemia di Covid-19, tra il 2019 e il 2021 la domanda globale di dispositivi di protezione individuale (DPI) è aumentata del 300-400%, trainata dall’aumento dei consumi da parte del pubblico in generale e in contesti di lavoro non sanitari.

Questo aumento è iniziato alla fine del primo trimestre/inizio del secondo trimestre 2020 per compensare una carenza globale e per soddisfare gli ordini di aumento previsionali da parte di governi ed Enti privati. Come risultato, si è avuto un rapido incremento di rifiuti derivanti da tali prodotti che, per loro natura, sono monouso. 

Il progetto

Il progetto Single Use PPE Reinforced Asphalts (SUPRA) ha come obiettivo generale la ricerca e validazione di un prodotto innovativo basato sul riutilizzo del materiale plastico di scarto e i rifiuti derivanti dal processo di smaltimento dei DPI che attualmente vengono smaltiti in discarica o inceneritore.

In sintesi, il progetto SUPRA ha mirato a validare la fattibilità tecnica, economica ed ambientale del riuso del materiale polimerico derivante dai DPI a fine vita, opportunamente trattati e processati, all’interno di conglomerati bituminosi per pavimentazioni stradali.

Le Figure 1A e 1B sopra mostrano differenti DPI a fine vita.

  • Scarto di mascherine
    1A Scarto di mascherine
    1A. DPI di scarto di sole mascherine
  • Scarto di mascherine e guanti
    1B Scarto di mascherine e guanti
    1B. DPI di scarto di sole mascherine + guanti

Definizione delle ricette di laboratorio

Sono stati eseguiti differenti test sperimentali, al fine di individuare la corretta ricetta. L’obiettivo è stato quello di valutare la possibilità di smaltire i DPI di scarto nei conglomerati bituminosi a caldo senza penalizzare (o eventualmente migliorando) le prestazioni meccaniche della miscela.

Nella presente fase sperimentale, sono stati prese in esame differenti tipologie di riutilizzo dei DPI di scarto, confrontando le varie soluzioni in termini di compattabilità delle miscele e caratteristiche di resistenza.

Il conglomerato bituminoso di riferimento è una miscela per strato di binder confezionata impiegando:

  • aggregati calcarei di varia pezzatura;
  • 20% di conglomerato bituminoso di recupero (fresato);
  • bitume 70/100 (bitume totale nella miscela pari al 4,8% in peso);
  • additivo rigenerante (3% sul peso del bitume nel fresato).

Si è deciso di utilizzare due tipologie di rifiuti, comprensivi delle sole mascherine oppure sia di mascherine che di guanti.

Inoltre, poiché il polipropilene delle mascherine è caratterizzato da un punto di fusione prossimo alla temperatura di produzione del conglomerato bituminoso (circa 150 °C), l’impasto della miscela contenente le mascherine di scarto è stato realizzato anche utilizzando un apposito additivo che consente di ridurre la viscosità del bitume e quindi di abbassare le temperature di produzione di circa 30 °C.

In questo modo, il polipropilene non si è sciolto durante il confezionamento del conglomerato bituminoso, se non in piccolissime quantità. Il dosaggio di DPI è stato fissato in 0,5% in peso sulla miscela, sulla base di precedenti esperienze di asfalti rinforzati con materiale polimerico.

Per il conglomerato bituminoso contenente sia guanti che mascherine è stato studiato anche un secondo dosaggio, pari all’1% in peso sulla miscela.

  • Il mix HMA-Mascherine+Guanti
    2A Il mix HMA-Mascherine+Guanti
    2A. Il conglomerato bituminoso HMA-Mascherine+Guanti
  • Il mix HMA-Mascherine+Guanti
    2B Il mix HMA-Mascherine+Guanti
    2B. Il conglomerato bituminoso HMA-Mascherine+Guanti

Sono stati quindi prodotti in laboratorio cinque conglomerati bituminosi:

  1. HMA-Rif.: conglomerato bituminoso di riferimento confezionato a temperatura ordinaria, senza scarti di DPI;
  2. HMA-Mascherine: conglomerato bituminoso confezionato a temperatura ordinaria, contenente 0,5% in peso di scarti di mascherine di polipropilene (PP) e misto polietilene tereftalato (PET)/polibutilene tereftalato (PBT);
  3. HMA-Mascherine+Guanti: conglomerato bituminoso confezionato a temperatura ordinaria, contenente 0,5% in peso di scarti di mascherine e guanti in lattice e nitrile;
  4. WMA-Mascherine: conglomerato bituminoso tiepido (temperatura di produzione ridotta di 30 °C rispetto alla procedura ordinaria mediante l’impiego di uno specifico additivo, con dosaggio pari a 0,5% sul peso del bitume) contenente 0,5% in peso di scarti di sole mascherine PP e PET/PBT;
  5. HMA-Mascherine+Guanti (1%): conglomerato bituminoso confezionato a temperatura ordinaria, contenente 1% in peso di scarti di mascherine e guanti in lattice e nitrile.

La proporzione tra le differenti tipologie di mascherine (di polipropilene o in misto polietilene tereftalato/polibutilene tereftalato) e tra mascherine e guanti (di lattice o nitrile) è stata definita sulla base di analisi del contesto di riferimento. In particolare, sono state adottate le seguenti proporzioni:

  • miscele HMA-Mascherine e WMA Mascherine: 75% di mascherine PP, 25% di mascherine PET/PBT;
  • miscele HMA-Mascherine+guanti (0,5%) e HMAMascherine+guanti (1%): 45% di mascherine PP, 15% di mascherine PET/PBT, 20% di guanti in lattice, 20% di guanti in nitrile.

Nella fase di preparazione dei conglomerati bituminosi in laboratorio, gli aggregati vergini e il bitume sono stati riscaldati rispettivamente a 180 °C (145 °C per la miscela WMA-Mascherine) e 150 °C (120 °C per WMA-Mascherine), mentre il fresato essiccato è stato aggiunto a temperatura ambiente (25-30 °C circa).

Nell’impastatrice sono stati introdotti, nell’ordine: aggregati vergini, fresato, DPI di scarto (se presenti), bitume e filler. Dopo ogni aggiunta è stata eseguita una miscelazione di circa 60 s.

Per ciascuna miscela sono stati compattati tre provini con pressa giratoria secondo la Norma UNI EN 12697-31. Il contenuto di vuoti di tali provini è stato misurato secondo la Norma UNI EN 12697-6 con metodo asciutto.

I risultati dell’analisi LCA
3. I risultati dell’analisi LCA Mid Point Conglomerato bituminoso HMA-Mascherine+Guanti

Successivamente, i provini sono stati rotti in configurazione di trazione indiretta secondo la Norma UNI EN 12697-23. Inoltre, sul conglomerato bituminoso sciolto prelevato al termine della miscelazione è stata eseguita l’estrazione del bitume (UNI EN 12697-1) e quindi un’analisi visiva del materiale solido residuo, allo scopo di valutare l’effetto delle alte temperature di lavorazione sui DPI utilizzati nelle miscele.

L’introduzione delle mascherine (miscela 2: HMA-Mascherine) ha determinato una riduzione della compattabilità con un conseguente incremento del contenuto di vuoti che è passato da 4,5% a 6,5% circa.

Inoltre, l’analisi visiva sul materiale dopo estrazione del legante ha mostrato che un certo quantitativo di mascherine non si è sciolto ed era ancora presente tra i granuli di aggregato sotto forma di filamenti fibrosi. Sebbene il contenuto di vuoti fosse maggiore, la resistenza a trazione indiretta è risultata confrontabile rispetto alla miscela HMA-Rif. di riferimento.

Verosimilmente, una piccola parte di materiale plastico delle mascherine si è comunque sciolta e dispersa nel legante durante il confezionamento delle miscele, determinando un irrigidimento e un indurimento del bitume che ha compensato gli effetti della maggiore porosità.

Nella miscela con mascherine e guanti (HMA-mascherine+guanti), la componente in nitrile, che ha un punto di fusione intorno a 120 °C, si è verosimilmente sciolta in larga parte durante la produzione ed è stata inglobata nel legante, incrementandone il volume.

A supporto di tale ipotesi, durante la miscelazione del conglomerato è stata avvertito anche un leggero odore di plastica fusa. Di conseguenza, anche l’aumento dei vuoti legato alla presenza delle mascherine è stato in parte compensato, risultando in una percentuale media del 5,5% circa.

L’inclusione del nitrile nel bitume ha determinato inoltre un incremento della durezza del legante, che a sua volta ha portato a un aumento della resistenza a trazione indiretta i Rt (+25%).

End Point conglomerato bituminoso
4. End Point conglomerato bituminoso HMA-Mascherine+Guanti

La miscela WMA-Mascherine ha mostrato un contenuto di vuoti dell’8,5% circa, nettamente maggiore sia alla miscela di riferimento che a quella analoga con sole mascherine prodotta a temperatura ordinaria (HMA-Mascherine). Tale elevato contenuto di vuoti ha influenzato notevolmente le proprietà meccaniche, determinando una riduzione di resistenza a trazione indiretta.

Infine, la miscela HMA-Mascherine+Guanti (1%) è risultata nettamente la più difficile da lavorare sia in fase di impasto che di compattazione. I provini sono estremamente irregolari e l’eccesso di DPI è evidente sia sulla superficie del campione che nel materiale post-estrazione del legante.

È stato riscontrato un netto incremento del contenuto di vuoti fino a oltre il 9% e una conseguente riduzione di resistenza. In conclusione, la sperimentazione di laboratorio ha confermato la fattibilità tecnica su scala di laboratorio del riciclo di DPI di scarto nei conglomerati bituminosi a caldo senza ridurre la lavorabilità e le prestazioni meccaniche della miscela.

In particolare, possono essere impiegati anche rifiuti “generici”, comprensivi di mascherine e di guanti di diversa natura (che non richiedono quindi una specifica differeziazione in fase di raccolta e gestione), fino a una percentuale dello 0,5% sul peso della miscela di conglomerato bituminoso.

La valutazione ambientale è stata svolta utilizzando la metodologia standardizzata e riconosciute dalla comunità scientifica internazionale Life Cycle Assessment (LCA) con l’obiettivo di sperimentare e validare un nuovo scenario di economia circolare basato sul riuso di rifiuti plastici derivanti da DPI a fine vita.

La Figura 3 mostra i risultati a livello di categorie di impatto midpoint, visualizzando 18 indicatori che indicano i potenziali impatti sugli ecosistemi naturali.

Dalla tendenza è possibile subito notare che il riutilizzo del materiale proveniente dai DPI produce una riduzione degli impatti diversa in base all’indicatore considerato.

DPI macinati
5. DPI macinati (macherine, guanti, cuffie, camici)

Considerando i risultati a livello di categorie di danno End Point – come si evince in Figura 4 che mostra gli andamenti secondo le categorie di danno sull’uomo, danno sull’ecosistema e danno sulle risorse -, risulta evidente come il recupero di un materiale destinato a discarica o nel migliore dei casi a inceneritore provochi un miglioramento significativo soprattutto in termini di potenziali danni alla salute umana.

Come ipotizzato nella proposta progettuale, in uno scenario di medio-lungo termine, le attività del progetto SUPRA avranno potenziali ricadute positive principalmente nelle sfere ambientali ed economiche.

Gli Stakeholder con maggiori interessi che potranno potenzialmente beneficiare dei risultati del progetto sono in primis le Aziende coinvolte nella gestione dei rifiuti solidi che vedranno trasformare un flusso di rifiuti da smaltire in risorsa a potenziale valore aggiunto e le Aziende del settore dei conglomerati bituminosi che potranno vendere prodotti a ridotto impatto ambientale anche nell’ottica del green public procurement, attività che sta assumendo importanza rilevante nel settore delle costruzioni, uno dei più energivori e impattanti in assoluto.

Ma non vanno dimenticati i benefici per le Amministrazioni Pubbliche che ogni anno spendono cifre rilevanti per la gestione dei rifiuti che in parte verranno ridotti grazie allo scenario circolare SUPRA.

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