A study on chemical recycling of plastic waste and potential implementation in the Lombardy region

Humankind historically has always been keen to discover new materials in nature and enjoy their exceptional properties. About one hundred years ago through implying chemical processes the first synthetic materials which we know them as modern plastics were produced. Nowadays Synthetic Plastics are ubiquitous materials that have unique and irrefutable positions every aspect of our lives. Although plastics have irreplaceable positions in our modern lifestyle, they are a source of problem too. The way we have produced, used, and discarded the plastics in the last decades and unfortunately even now, is not consistent with a circular economic model and the outcome is spoiling our resources and even more important destroying the natural environment and its ecosystems by plastic pollutants. Overcoming this problem requires redesigning the plastics usage model the entire value chain of the plastics industry, through the transition toward a circular economy. Focusing on the recycling of plastic waste streams as an essential part of a circular economy, mechanical recycling technology is a mature solution that is used on an industrial scale, for some specific streams of plastic polymers. But this technology has some limitations which prevent it from being a permanent solution for dealing with plastic waste streams. Thus, the need for new technologies that are more capable to deal with plastic waste streams arises. These technologies that have complementary roles for the existing mechanical recycling technology are identified under the general term of chemical recycling. A general classification of these technologies includes: • Solvent-based purification • Chemical depolymerization • Thermal depolymerization including:  Controlled thermal depolymerization  Cracking thermal depolymerization This thesis aims at providing comprehensive information about chemical recycling technologies from different aspects, comparing these technologies from economic and environmental perspectives, and conducting a pre-feasibility study regarding the potential implementation of chemical recycling technologies in the Lombardy region.

L'uomo è sempre stato affascinato dalla scoperta di nuovi materiali in natura per goderne poi delle loro eccezionali proprietà. Circa un secolo fa, grazie all’applicazione di processi chimici, furono prodotti i primi materiali sintetici, conosciuti ad oggi come materie plastiche moderne. Oggi le plastiche sintetiche sono materiali onnipresenti, caratterizzati da ruoli unici e di importanza indiscussa in ogni aspetto della nostra vita. Sebbene abbiano posizioni insostituibili nel nostro stile di vita moderno, è vero che costituiscono anche una fonte significativa di problemi. Il modo di produrre, utilizzare e smaltire la plastica adottato negli ultimi decenni e purtroppo anche adesso, non risulta più coerente con un modello economico circolare. Il risultato è l’impoverimento delle nostre risorse e, oltremodo, la distruzione dell'ambiente naturale e dei suoi ecosistemi da parte degli inquinanti plastici. Il superamento di questo problema richiede una riprogettazione del modello di utilizzo delle plastiche, così come una riorganizzazione dell'intera catena del valore dell'industria delle materie plastiche, attraverso la transizione verso un'economia circolare. Concentrandosi sul riciclaggio dei rifiuti di plastica come parte essenziale di un'economia circolare, la tecnologia di riciclaggio di tipo meccanico rappresenta una soluzione matura che viene utilizzata su scala industriale per diversi flussi di rifiuti plastici. Ciononostante, tale tecnologia riscontra una serie di limitazioni che le impediscono di essere una soluzione permanente per la gestione dei rifiuti plastici. Sorge, pertanto, la necessità di nuove tecnologie che siano maggiormente in grado di gestire i flussi di rifiuti plastici. Queste tecnologie, caratterizzate dal fatto di avere ruoli complementari rispetto all'attuale tecnologia di riciclaggio meccanico, vengono identificate con il termine generale di riciclaggio chimico. Una classificazione generale di queste tecnologie include: • Purificazione a base di solventi • Depolimerizzazione chimica • Depolimerizzazione termica, comprendente:  Depolimerizzazione termica controllata  Depolimerizzazione termica tramite cracking Obiettivo della presente tesi è quello di fornire una panoramica dettagliata sulle tecnologie di riciclaggio chimico, proponendone un confronto in termini economici ed ambientali. Segue uno studio di pre-fattibilità in merito alla potenziale implementazione delle tecnologie di riciclaggio chimico nel contesto della regione Lombardia.