Post-industrial recycling of Bulk Molding Compound scrap: environmental impact analysis

The increasing focus on green policies combined with the need to reduce the costs of raw materials has developed a branch of engineering aimed at analysing the life cycle of products in order to optimise their production and environmental impacts. In particular, this is even more necessary for electrical and electronic equipment, as each product has a particular and unique composition, characterised by a mix of substances including both hazardous and valuable chemicals linked together in a complex way, their disposal and recycling is also particularly complex. And given the constant and continuous increase in the production of such products, legislators are increasingly thinking about their end-of-life. Of all the constituent materials, plastic is one of the most problematic, as it is present in the form of different polymers that require differentiated recycling. Basically, in general and also in our specific case of electrical and electronic application, two types of plastics can be distinguished: thermoplastic and thermosetting polymers. In Europe, the regulation on the disposal of waste from electrical and electronic equipment is Directive 2012/19/EU. To comply with this regulation and with a view to a circular economy, all small and large companies are moving to perform life cycle analyses of their products, following voluntary standards such as UNI EN ISO 14040 and 14044. These standards define and explain how to perform life cycle analysis, with the objective of assessing the environmental impact in order to then be able to find alternative and ecologically better solutions. This technique was used, in the study that is about to be presented, for the analysis of a thermosetting-based composite material, BMC (Bulk Moulding Compound), composed of an unsaturated polyester resin and a glass fibre reinforcement, used for the production of a case with protective and structural functions of low-voltage circuit breakers. In particular, the subject of the study was the comparison of the environmental impact between a thermoset produced with a linear process, whose scraps are sent to incineration, and one produced with a circular process involving the regrinding of post-industrial waste generated by the moulding process(4%). These scraps are reintroduced as filler material into the BMC production process, partially replacing virgin material. The analysis was conducted on the production of 1 kg of moulded parts in BMC, focusing on both the production of material and the subsequent processing steps. The results of the study highlight how the introduction of a recycled filler is not directly beneficial for the impact of BMC production alone. However, significant improvements are achieved if the end-of-life phase of the moulding scrap is included, thanks to the avoided incineration of such waste, which is instead reused as filler.

L’attenzione sempre crescente alle politiche green unita alla necessità di ridurre i costi delle materie prime ha sviluppato una branca dell’ingegneria volta all’analisi del ciclo di vita dei prodotti con la finalità di ottimizzarne la produzione e gli impatti ambientali. In particolare, si rende ancor più necessario per apparecchiature elettriche ed elettroniche poiché avendo ciascun prodotto una composizione particolare e unica, caratterizzata da un mix di sostanze comprendenti sia agenti chimici pericolosi sia preziosi legati tra loro in modo complesso, risulta particolarmente complesso anche il loro smaltimento e riciclo. E dato il costante e continuo aumento della produzione di tali prodotti i legislatori stanno sempre più ragionando sul loro fine vita. Tra i materiali costituenti, la plastica è uno di quelli più problematici, in quanto presente sotto forma di polimeri diversi che necessitano di un riciclo differenziato. In generale, e anche nel nostro caso specifico di applicazioni elettriche ed elettroniche, si possono distinguere due tipi di plastica: i polimeri termoplastici e termoindurenti. In Europa la regolamentazione sullo smaltimento di rifiuti provenienti da apparecchiature elettriche ed elettroniche è la Direttiva 2012/19/EU. Per adempiere a tale normativa e nell'ottica di un'economia circolare tutte le piccole e grandi aziende si stanno muovendo per compiere analisi del ciclo di vita dei loro prodotti, seguendo normative facoltative come la UNI EN ISO 14040 e 14044. Tali normative definiscono e spiegano come effettuare un’analisi del ciclo di vita, con l’obiettivo di valutare l'impatto ambientale per poter poi trovare soluzioni alternative e migliorative a livello ambientale. Questa tecnica è stata utilizzata, nel corso dello studio che andiamo a presentare, per l'analisi di un materiale composito a base di termoindurente, il BMC (Bulk Moulding Compound), composta da una resina di poliestere insatura e da un rinforzo in fibre di vetro, utilizzata per la produzione di un case con funzioni protettive e strutturali di interruttori automatici a bassa tensione. In particolare, l'oggetto dello studio è stato il confronto dell'impatto ambientale tra un termoindurente prodotto con un processo lineare, i cui scarti sono inviati all'incenerimento, e uno prodotto con processo circolare che prevede la ri-macinazione di scarti post-industriali (4%). Questi scarti vengono reinseriti come materiale di riempimento nel processo produttivo del BMC, sostituendo parzialmente i materiali vergini. L’analisi è stata condotta sulla produzione di 1 kg di pezzi stampati in BMC, concentrandosi sia sulla produzione del materiale che sulle successive fasi di lavorazione. I risultati dello studio evidenziano come l’introduzione di un riempitivo riciclato non sia direttamente vantaggiosa per l’impatto della sola prodizione di BMC. Tuttavia si ottengono miglioramenti significativi se si include la fase di fine vita degli scarti di stampaggio, grazie al fatto che si evita l’incenerimento di tali rifiuti, che vengono invece riutilizzati come riempitivo.