REcupero dei MOzziconi di sigaretta (REMO)

Risultato della ricerca:

La proposta progettuale mira a sviluppare il miglior metodo per il riciclaggio dei mozziconi di sigaretta fino ad un livello industriale partendo dai risultati ottenuti grazie al progetto Rinasce. Il progetto Rinasce è stato cofinanziato dal Fondo Europeo di Sviluppo Regionale – FESR nell’ambito del bando “Economia circolare ed energia” – POR Lazio FESR 2014-2020. Alla fine del progetto è stato presentato un brevetto sul processo di depurazione.

I mozziconi di sigaretta costituiscono attualmente un’importante fonte di inquinamento ambientale diffuso in quanto, anche quando non sono gettati per terra e dispersi nell’ambiente, sono comunque destinati alla discarica.

Come descritto in letteratura, i mozziconi di sigaretta gettati sono ubiquitari, tossici, non biodegradabili. Trasportati come deflusso dalle strade alle fognature, ai fiumi e, infine, all’oceano e alle sue spiagge, i filtri di sigaretta sono uno degli elementi più raccolti ogni anno durante i cicli di pulizia delle spiagge.

L’acetato di cellulosa di cui sono costituiti filtri per sigarette è fotodegradabili ma non biodegradabile: sebbene i raggi ultravioletti del sole rompano il filtro in pezzi più piccoli (in condizioni ambientali ideali), lo rendendo ancora più disperso e facilmente viene ingerito da uccelli e pesci. I mozziconi di sigarette sono costituiti principalmente da carta, residui di tabacco, cenere e acetato di cellulosa drogato da diversi inquinanti.

La ricerca del metodo più adatto per il recupero dell’acetato di cellulosa (costituente principale del filtro) è già stata effettuata in piccola scala di laboratorio, mettendo a punto un processo di purificazione che ha portato ad un materiale pulito e separato dagli altri principali componenti (carta, tabacco, cenere); questo è stato successivamente trasformato in oggetti di uso comune (montatura per occhiali).

Il progetto Rinasce ha reso possibile purificare fino a 100 mozziconi nel piccolo impianto prototipale, ed infine utilizzare l’acetato di cellulosa pulito (vergine) per produrre materiali di uso comune (occhiali). La ricerca necessita tuttavia di ulteriori passaggi per poter rendere il processo più robusto e ripetibile, quindi poter aumentare di scala e automatizzarlo fino ad industrializzazione.

Il livello di sviluppo tecnologico attuale (TRL) è il 4, ovvero ad un livello dove le componenti di base dell’idea progettuale sono integrate in un sistema per accertarsi che funzionino adeguatamente insieme, anche se ad una scala di laboratorio per quanto riguarda le quantità trattate. L’obiettivo di questo progetto è di raggiungere un TRL pari a 5, dove quindi le parti del sistema siano assemblate in modo da far si che il sistema corrisponda a tutti, o quasi tutti, i livelli all’applicazione come progettata per il funzionamento reale. Si programmano perciò test di laboratorio in condizioni uguali o molto vicine a quelle reali.

Il settore di riferimento della S3 è Ambiente e Rischi Naturali ed in particolare rientra nella traiettoria di sviluppo Valorizzazione delle Risorse, concentrandosi sul riutilizzo di scarti e rifiuti per ridurre l’impatto ambientale. Il progetto è incentrato proprio sul recupero di mozziconi di sigarette che altrimenti andrebbero a impattare direttamente gli ambienti, soprattutto costieri, della regione. Attraverso lo sviluppo di una filiera di recupero di questo rifiuto si punta a valorizzarne anche la raccolta differenziata per evitarne a monte la dispersione nell’ambiente.

Riferimento a finanziamenti precedenti:

Il progetto va a costruire sulle fondamenta gettate nel progetto Rinasce, cofinanziato dal Fondo Europeo di Sviluppo Regionale – FESR nell’ambito del bando “Economia circolare ed energia” – POR Lazio FESR 2014-2020.

Il funzionamento operativo del sistema Rinasce in quella formulazione prototipale prevedeva l’uso di un primo contenitore per il caricamento delle sigarette e la solubilizzazione dell’acetato di cellulosa con acetone. Successivamente, in un secondo contenitore, questo è stato fatto precipitare con acqua ed è stato recuperato, mentre il residuo acquoso è raccolto in un terzo contenitore. Il solvente acetone è recuperato tramite pompa da vuoto e riutilizzato nei cicli successivi. Il prototipo così realizzato è stato testato con mozziconi di sigaretta (campioni reali contenenti carta, catrame, residui di tabacco e cenere) e dai risultati sperimentali ottenuti è stato possibile rilevare che il rendimento di recupero dell’acetato è risultato pari a circa 31,25%.

Innovatività rispetto a soluzioni già esistenti:

Attualmente la soluzione generalmente adoperata per la gestione dei mozziconi di sigaretta usati è la discarica per la porzione che non risulta dispersa nell’ambiente. Al momento a livello di scala reale non esistono sistemi per il recupero di acetato di cellulosa a partire da mozziconi di sigaretta usati. In letteratura possono essere trovati altri processi, ma ognuno di essi impiega solventi addizionali, ad esempio etanolo, per la pulizia dei filtri a monte del processo di solubilizzazione, aumentando così i costi e riducendo la sostenibilità ambientale dell’intero processo, oppure processi per il recupero di altre frazioni del rifiuto, come ad esempio la cellulosa dalla carta che avvolge i filtri oppure il rifiuto intero purificato per la produzione di asfalti, bitumi o materiale isolante.

Tra i più importanti progetti internazionali citiamo l’ambizioso “Cigarette Waste Brigade” che è stato il primo programma municipale al livello mondiale, realizzato a Vancouver, il quale ha previsto la diffusione di bidoncini per il riciclo dei mozziconi. All’interno di questo progetto l’azienda Terracycle di Toronto si è occupata di riciclarli, estraendo l’acetato di cellulosa per produrre pellets di plastica, o oggettistica.

Uno studio australiano ha dimostrato la fattibilità di riciclare i mozziconi per realizzare mattoni; una volta sterilizzati, i mozziconi sono stati inseriti nella pasta di argilla per la realizzazione dei mattoni in percentuale dell’1%.

Grazie alla creatività dello stilista cileno Alexandra Guerrero sono stati realizzati capi di moda dalla trasformazione di mozziconi di sigaretta in filato con lana di pecora. I mozziconi sono stati prima purificati mediante l’autoclave e lavati con un solvente polare e poi nuovamente trattati con autoclave. Il refluo è stato donato per testare insetticidi biologici mentre i mozziconi in percentuale tra il 10- 20% sono stati filati con lana di pecora per realizzare maglie poncho abiti e cappelli.

Titoli di proprietà intellettuale:

È stata eseguita una approfondita ricerca di anteriorità dai Tecnologi dell’Ufficio Valorizzazione della Ricerca del CNR e da un consulente leader nazionale in materia di tutela brevettuale (Cantaluppi and Partners) e non sono emersi precedenti documenti che potessero anticipare l’oggetto dell’invenzione.

L’invenzione è protetta con domanda di Brevetto in Italia n. 102020000003745 depositata il 24/02/2020 Titolo: “Metodo e relativo apparato per il trattamento di mozziconi di sigaretta” Inventori: Francesco PETRACCHINI, Valerio PAOLINI, Serena DRIGO, Ilaria BIENTINESI, Enrico Giovanni FACCI Titolari:

1) CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE, P.5 le Aldo Moro 7, 00185 ROMA, C.F.80054330586, P. IVA NO. 02118311006, quota di titolarità 50%;

2) AzzeroCO2 s.r.l., Via Genova 23, 00184 Roma, P. IVA No. 04445650965, quota di titolarità 50%.

Principali applicazioni e mercato di riferimento:

La principale applicazione del progetto è il recupero di acetato di cellulosa da mozziconi di sigaretta usati e la sua purificazione, per prepararlo ad un successivo riutilizzo secondo i principi dell’economia circolare.

L’acetato di cellulosa ha molteplici usi, poiché può essere prodotto in un’ampia scelta di colori, in forma trasparente o translucida.

Il campo delle applicazioni è molto ampio includendo giocattoli, articoli vari, casalinghi; sotto forma di fogli è largamente impiegato nell’imballaggio, isolamento elettrico, nastri. Viene inoltre usato in grande quantità per la produzione di film fotografici non infiammabili. È utilizzato come fibra sintetica per la produzione di fodere ed è anche soprannominato “seta artificiale” per l’aspetto lucido e sericeo, oppure è utilizzata con l’aggiunta di plastificanti e di stabilizzanti, per la produzione di semilavorati estrusi di vari colori e strutture usati per la fabbricazione di occhiali da vista e da sole, nonché di fogli trasparenti a basso spessore utilizzati per la produzione di maschere protettive o schermature per lampade e proiettori da teatro.

Nell’industria degli occhiali l’acetato di cellulosa era inizialmente usato per riprodurre alcuni prodotti naturali come la tartaruga od il legno, finendo tuttavia per assumere strutture proprie non più imitanti i prodotti naturali precedentemente utilizzati. Le maggiori aziende di questo settore, sia per quanto riguarda la fabbricazione dei semilavorati nonché per la produzione degli occhiali sono italiane.

II progetto proposto è di rilievo economico in quanto si vuole studiare una metodologia per il riciclo e riutilizzo economicamente vantaggioso e sostenibile dei mozziconi di sigaretta che induca a incentivare la raccolta e il corretto smaltimento e diventi un trampolino di lancio per la raccolta differenziata.

Il progetto mira a riutilizzare i componenti principali dei mozziconi di sigarette, con il duplice vantaggio di ridurre il quantitativo delle cicche di sigarette disperse nell’ambiente e di produrre una nuova materia prima seconda utilizzabile sul mercato.

Il coinvolgimento di aziende sul territorio nazionale consentirà di incentivare la produzione a scala industriale.

La proposta presentata risulta particolarmente innovativa perché intende, oltre ad incentivare il riciclo dei mozziconi, a studiare un processo che consenta di realizzare un prodotto finale che sia di tipo upcycling e produca a partire da un materiale non ancora sfruttato in Italia oggetti di ecodesign per largo uso.

Si pensa che a seguito della dimostrazione dell’utilizzabilità dei mozziconi di sigaretta, sarà molto più facile introdurre la raccolta differenziata, anche con accordi con comuni o aziende private, e trovare il giusto incentivo per motivare i fumatori a non disperdere questo rifiuto.

Esigenze per l’ulteriore sviluppo – Industrializzazione:

Considerando l’attuale TRL del prototipo costruito e il suo dimostrato funzionamento, le uniche problematiche attuali sono quelle riconducibili al passaggio dalla scala di laboratorio ad una più vicina a quella industriale.

Si tratta quindi di progettare un piccolo impianto che mantenga le stesse caratteristiche del prototipo esistente, ma superi le difficoltà legate ad una scala superiore, come coibentazione, trasmissione del calore e mescolamento dei mozziconi e delle soluzioni, tutti assimilabili a problematiche tipiche di reattori chimici a scala industriale e quindi affrontabili con tecnologie e soluzioni attualmente già mature e disponibili.

L’altra problematica legata all’incremento di scala è l’approvvigionamento del substrato del processo, ossia quantità considerevoli di mozziconi usati di sigaretta, da organizzare necessariamente in accordo con enti pubblici e privati interessati a una campagna di raccolta differenziata e mirata dei mozziconi stessi.

I reagenti e le materie prime del processo possono presentare criticità legate alla salute degli operatori, ma anche in questo caso procedure e contromisure già in uso in impianti chimici esistenti (maschere filtranti, impianti di aerazione) possono essere impiegate facilmente. Inoltre, al fine di promuovere la diffusione della tecnologia proposta, è necessario quantificare correttamente i benefici ambientali che essa comporterebbe. Di conseguenza, sono necessari ulteriori studi di tipo LCA o analoghi.