Pirolisi dei pneumatici: processo, prodotti e vantaggi del riciclaggio dei pneumatici di scarto

Cos'è la pirolisi dei pneumatici?

Pirolisi dei pneumatici è un processo termochimico che decompone i pneumatici in gomma a fine vita in assenza di ossigeno a temperature elevate, tipicamente tra 300°C e 700°C . Senza la presenza di ossigeno la combustione non può avvenire. Invece, le complesse catene polimeriche della gomma si scompongono in composti idrocarburici più semplici, producendo una gamma di preziosi materiali recuperati tra cui olio di pirolisi, nerofumo, filo di acciaio e gas combustibile.

Con una stima 1 miliardo di pneumatici usati generato a livello globale ogni anno – e le opzioni di smaltimento convenzionali come lo smaltimento in discarica sempre più limitate dalla legislazione – la pirolisi dei pneumatici è emersa come uno dei percorsi tecnicamente e commercialmente più promettenti per la valorizzazione dei pneumatici usati. Affronta contemporaneamente sia una sfida ambientale che un’opportunità di recupero delle risorse.

Come funziona il processo di pirolisi dei pneumatici

Il processo di pirolisi dei pneumatici segue una sequenza ben definita di passaggi, dalla preparazione della materia prima fino alla separazione e raccolta del prodotto. La comprensione di ciascuna fase chiarisce sia i requisiti ingegneristici che la qualità dei risultati ottenibili.

Preparazione delle materie prime

I pneumatici interi o i trucioli di pneumatici pre-triturati vengono immessi nel reattore di pirolisi. Triturazione a una dimensione di particelle di 50–100 mm è comune nei sistemi continui, poiché una materia prima più piccola migliora il trasferimento di calore e l'efficienza della lavorazione. Il filo di acciaio e il rinforzo in fibra possono essere parzialmente rimossi prima della lavorazione o separati a valle.

Decomposizione termica nel reattore

All'interno del reattore sigillato e privo di ossigeno, il calore viene applicato esternamente, in genere tramite bruciatori a gas o elementi riscaldanti elettrici. All'aumentare della temperatura, le catene polimeriche della gomma subiscono cracking termico : gli idrocarburi a catena lunga si scindono in molecole volatili più corte che escono dal reattore come gas di pirolisi, mentre il residuo solido carbonioso (char) e l'acciaio rimangono nella camera del reattore. I progetti di reattori includono reattori batch a letto fisso, reattori continui con forno rotante e sistemi di pirolisi sotto vuoto, ciascuno dei quali offre capacità di produzione e profili di resa del prodotto diversi.

Condensazione e separazione dei prodotti

I gas volatili in uscita dal reattore passano attraverso un sistema di condensazione. Le frazioni di idrocarburi più pesanti si condensano olio di pirolisi (carburante derivato da pneumatici, olio TDF) , mentre i gas non condensabili più leggeri vengono ricircolati per alimentare il reattore stesso, migliorando l'efficienza energetica complessiva. Il carbone solido viene scaricato, raffreddato e ulteriormente trasformato in nerofumo recuperato (rCB). Il filo di acciaio viene separato magneticamente e venduto per il riciclaggio dei rottami metallici.

Prodotti della pirolisi dei pneumatici e loro applicazioni

Uno degli aspetti più interessanti della pirolisi dei pneumatici è che praticamente tutto il materiale in ingresso viene convertito in output utilizzabili. Un tipico pneumatico per autovetture presenta la seguente distribuzione approssimativa del prodotto in base al peso:

• Olio di pirolisi: 38–45%
• Nerofumo (carbone): 30–35%
• Filo di acciaio: 13–15%
• Gas non condensabile: 10–15%

Olio per pirolisi (olio combustibile derivato da pneumatici)

L'olio di pirolisi dei pneumatici è un liquido scuro, ricco di idrocarburi con un potere calorifico di circa 40–43 MJ/kg —paragonabile al carburante diesel. Viene utilizzato direttamente come combustibile industriale nei cementifici, nei forni per l'acciaio e nelle caldaie marine, o ulteriormente raffinato nelle frazioni diesel e benzina. L’olio di pirolisi dei pneumatici potenziato viene sempre più valutato come materia prima per la produzione petrolchimica, contribuendo agli obiettivi di economia circolare nell’industria chimica.

Nero di carbonio recuperato (rCB)

Il materiale solido prodotto durante la pirolisi contiene quantità significative di nerofumo, lo stesso materiale di rinforzo ampiamente utilizzato nella produzione di pneumatici. Dopo la macinazione e la purificazione, nerofumo recuperato (rCB) può sostituire il nerofumo vergine nelle mescole di gomma, nella plastica, negli inchiostri e nei rivestimenti. Il mercato globale del nerofumo ha superato 17 miliardi di dollari nel 2023 , rendendo rCB un flusso di prodotti di alto valore. Il raggiungimento di gradi di qualità paragonabili ai gradi vergini ASTM N550 o N660 rimane un'area attiva di ricerca e sviluppo industriale.

Filo d'acciaio

Il rinforzo in acciaio recuperato dalla pirolisi dei pneumatici è un filo di scarto di alta qualità e a bassa contaminazione, facilmente accettato dalle acciaierie e dai riciclatori. Un singolo pneumatico per autocarro può contenere fino a 3–5 kg di acciaio , rendendo il recupero dei metalli un flusso di entrate significativo, in particolare per le operazioni di pirolisi di pneumatici su larga scala che trattano pneumatici per autocarri e OTR (fuoristrada).

Gas di pirolisi

La frazione gassosa non condensabile, composta principalmente da idrogeno, metano, etano e propano, ha un potere calorifico di 35–45 MJ/m³ , superiore a quello del gas naturale. Nei sistemi di pirolisi ben progettati, questo gas viene ricircolato per riscaldare il reattore, rendendo il processo in gran parte più rapido autosufficiente dal punto di vista energetico una volta raggiunto il funzionamento a regime. Il gas in eccesso può essere utilizzato per la produzione di elettricità in loco.

Benefici ambientali della pirolisi dei pneumatici

La pirolisi dei pneumatici offre un profilo ambientale convincente rispetto ai metodi convenzionali di smaltimento dei pneumatici usati come lo smaltimento in discarica, lo stoccaggio o la combustione all’aperto, che comportano tutti gravi conseguenze ecologiche.

• Devia i pneumatici dalla discarica: I pneumatici interi sono vietati nelle discariche nell’UE, nel Regno Unito e in molti stati degli Stati Uniti. La pirolisi fornisce un percorso alternativo di fine vita conforme e di alto valore.
• Riduce l'impronta di carbonio: Le valutazioni del ciclo di vita mostrano costantemente che la pirolisi dei pneumatici genera emissioni nette di CO₂ significativamente inferiori rispetto alla produzione di materiale vergine quando rCB e olio di pirolisi sostituiscono i loro equivalenti di origine fossile.
• Elimina i luoghi di riproduzione delle zanzare: I pneumatici usati accumulati rappresentano un importante habitat riproduttivo per le zanzare portatrici di malattie. Il processo di pirolisi elimina questo rischio per la salute pubblica.
• Nessun residuo di cenere pericoloso: A differenza dell’incenerimento, la pirolisi non genera ceneri volanti tossiche che richiedono uno smaltimento specialistico e le emissioni atmosferiche vengono controllate più facilmente attraverso il trattamento dei gas di scarico.

Tuttavia, un funzionamento responsabile richiede rigore sistemi di controllo delle emissioni —compresi scrubber, postcombustione e monitoraggio continuo dei camini—per prevenire il rilascio di idrocarburi policiclici aromatici (IPA) e altre sostanze organiche volatili che possono formarsi durante la lavorazione termica della gomma.

Pirolisi dei pneumatici rispetto ad altri metodi di riciclaggio dei pneumatici di scarto

Panorama normativo e crescita del mercato

Il mercato globale della pirolisi dei pneumatici è stato valutato a circa 780 milioni di dollari nel 2023 e si prevede che crescerà a un tasso di crescita annuale composto (CAGR) di oltre 7% fino al 2030 , spinto dall’inasprimento delle normative sui rifiuti, dalla crescente domanda di nerofumo riciclato e dai crescenti investimenti nelle infrastrutture dell’economia circolare.

I principali fattori normativi includono la Direttiva UE sui veicoli fuori uso, i regimi di responsabilità estesa del produttore (EPR) per i pneumatici in Europa e Nord America e gli obiettivi aggressivi della Cina sui materiali riciclati nell'ambito del suo 14° piano quinquennale. In parallelo, tra cui i principali produttori di pneumatici Michelin, Bridgestone e Continental si sono impegnati pubblicamente a incorporare contenuto riciclato, compreso il rCB proveniente dalla pirolisi, nella produzione di nuovi pneumatici, creando un mercato pull diretto per i risultati della pirolisi.

La standardizzazione della qualità del nerofumo recuperato rappresenta un’importante pietra miliare del settore. Il Norma ASTM D8178 per rCB e il quadro di conformità europeo REACH forniscono i parametri di riferimento di qualità che consentono all'rCB derivante dalla pirolisi dei pneumatici di entrare con fiducia nelle principali catene di approvvigionamento della gomma e della plastica.

Le sfide del settore della pirolisi dei pneumatici

Nonostante i suoi fondamentali solidi, la pirolisi dei pneumatici deve affrontare diversi ostacoli tecnici e commerciali che continuano a limitarne un’adozione più ampia:

• Costanza della qualità rCB: Il contenuto di ceneri, l'area superficiale e i livelli di impurità nel nerofumo recuperato variano a seconda della composizione della materia prima e delle condizioni di processo, rendendo difficile garantire qualità coerenti e accettabili per i compoundatori di gomma di alta qualità.
• Costi di upgrade dell'olio di pirolisi: La raffinazione dell’olio grezzo di pirolisi in carburanti adatti ai trasporti richiede ulteriori investimenti di capitale in apparecchiature di idrotrattamento o distillazione, aumentando la complessità del progetto.
• Filiera delle materie prime: Garantire una fornitura di pneumatici costante e di volume sufficiente a costi di raccolta competitivi è una sfida logistica, in particolare per gli operatori più piccoli al di fuori delle reti di raccolta consolidate.
• Autorizzazione e accettazione da parte della comunità: Gli impianti di trattamento termico devono affrontare un controllo normativo significativo e un’opposizione locale in molte giurisdizioni, estendendo i tempi di sviluppo dei progetti.
• Concorrenza del coprocessamento: I forni da cemento che bruciano pneumatici interi come combustibile alternativo a basso costo competono direttamente con la pirolisi per la materia prima dei pneumatici di scarto, spesso senza fornire lo stesso livello di recupero del materiale.

Il futuro della pirolisi dei pneumatici

L'innovazione continua sta affrontando gli attuali limiti della pirolisi dei pneumatici. Pirolisi catalitica L’introduzione di catalizzatori come zeoliti o ossidi metallici nel reattore può spostare la distribuzione del prodotto verso frazioni petrolifere più leggere di valore superiore e migliorare la purezza del rCB. Pirolisi assistita da microonde offre un riscaldamento più rapido e uniforme con un consumo energetico potenzialmente inferiore. E co-pirolisi di pneumatici con altri flussi di rifiuti come plastica o biomassa è in fase di studio per ottimizzare la resa e l'economia del prodotto.

Con l’intensificarsi degli obblighi di sostenibilità e l’aumento dei costi dei materiali vergini, la pirolisi dei pneumatici è ben posizionata per passare da una tecnologia di gestione dei rifiuti di nicchia a un processo industriale tradizionale. Con la giusta combinazione di innovazione dei processi, standardizzazione dei prodotti e quadri politici di sostegno, la pirolisi dei pneumatici rappresenta uno dei percorsi più praticabili per chiudere il cerchio su una delle sfide legate ai rifiuti più persistenti al mondo .