Dai PFU a materie prime ad alto valore: una tesi di dottorato analizza il potenziale del nerofumo di recupero (rCB)

I pneumatici fuori uso (PFU) rappresentano un bacino strategico di materie prime seconde di alto valore. Tra queste spicca il nerofumo (carbon black, CB), componente fondamentale per determinare le proprietà prestazionali, meccaniche e di sicurezza del pneumatico. Nella sua dissertazione di dottorato, intitolata “Production and Environmental Assessment of High-Quality Carbonaceous Materials from End-of-Life Tyre Pyrolysis”, il dott. Sebastian Bogdahn ha analizzato in dettaglio la produzione di nerofumo di recupero (recovered carbon black, rCB) tramite pirolisi, valutando con rigore scientifico l’impatto ambientale dell’intero processo. I risultati sono stati illustrati in occasione del meeting del gruppo di lavoro sul riciclo chimico della rete AZuR tenutosi a Dillingen/Saar.

La pirolisi come tassello complementare nell’economia circolare

Lo studio affronta un interrogativo centrale per la filiera: come valorizzare al massimo i PFU a fine vita? Bogdahn identifica la pirolisi come una tecnologia complementare in grado di colmare i divari nel riciclo dei pneumatici, offrendo una valida alternativa al nerofumo tradizionale di origine fossile.

Attraverso la pirolisi, il polverino e il granulato di gomma ricavati dai PFU subiscono una decomposizione termica in assenza di ossigeno, generando tre flussi principali:

• rCB solido (nerofumo di recupero);
• TPO liquido (olio di pirolisi da pneumatico);
• Gas di pirolisi.

Mentre finora le valutazioni tecniche e ambientali di questi processi venivano condotte per lo più separatamente — affidandosi a studi LCA basati su dati secondari o di letteratura poco standardizzati — la ricerca integra un modello matematico di processo a un’analisi LCA dettagliata, poggiando su dati primari affidabili e replicabili.

Dal laboratorio all’impianto pilota: parametri e rese

Un asse portante del lavoro è stato lo sviluppo di un modello di processo che descrive le cinetiche di reazione, il comportamento del reattore e i bilanci di massa ed energia. Il modello, sviluppato inizialmente su scala di laboratorio, è stato successivamente validato su un forno rotativo (rotary kiln) in scala pilota presso l’istituto universitario TH Köln (Cologne University of Applied Sciences).

I parametri operativi ottimali individuati hanno evidenziato che una temperatura di 650°C e un tempo di permanenza di circa un’ora consentono la conversione completa della materia e la produzione di un rCB di alta qualità. In queste condizioni, la ripartizione dei prodotti in peso è risultata pari a:

• ~40% di rCB;
• ~37% di olio di pirolisi (TPO);
• ~23% di gas di pirolisi.

Valutazione ambientale: fino al 77% in meno di emissioni di CO₂

Sulla base dei dati primari raccolti e secondo le norme ISO 14067 (con revisione critica esterna indipendente conforme a ISO 14071), Bogdahn ha calcolato l’impronta carbonica (GWP100) dell’rCB mettendola a confronto con il nerofumo vergine da fonte fossile.

Nel caso base del forno rotativo, la produzione di una tonnellata di rCB comporta un potenziale di riscaldamento globale pari a circa 918 kg di CO₂ equivalente. A fronte della media industriale globale rilevata dall’International Carbon Black Association (ICBA) per il nerofumo fossile tradizionale — pari a 3.910 kg di CO₂e per tonnellata — il risparmio emissivo è di circa il 77%. Anche introducendo un fattore correttivo qualitativo (per considerare il minor contenuto netto di carbonio dell’rCB rispetto al CB fossile), la riduzione di CO₂ rimane vicina al 70%.

I punti critici emissivi e le vie di ottimizzazione

L’analisi ha inoltre isolato le fonti di emissione legate al processo di pirolisi, concentrate prevalentemente sui consumi di energia elettrica e sulla combustione dei gas di processo:

• Post-trattamento dell’rCB (macinazione, pellettizzazione ed essiccazione): genera circa il 44% delle emissioni totali;
• Depurazione e combustione dei gas di pirolisi: contribuisce per circa il 36%;
• Triturazione e riduzione volumetrica dei PFU: incide per circa il 19%.

L’impiego esclusivo di energia elettrica da fonti rinnovabili rappresenta dunque la leva principale per ridurre ulteriormente l’impronta carbonica complessiva, confermando come la circolarità possa essere pienamente sostenibile solo se alimentata da energia pulita. Sul fronte della qualità del materiale, processi avanzati come la demineralizzazione e l’attivazione sono indicati come passaggi determinanti per innalzare il tasso di sostituzione del nerofumo fossile nelle mescole dei nuovi pneumatici.

Una filiera integrata oltre i singoli settori

La conclusione della ricerca evidenzia come un’autentica economia circolare non possa fare affidamento su un’unica soluzione tecnologica. Materie prime, produzione di nuovi pneumatici, utilizzo stradale, ricostruzione, riciclo meccanico e recupero chimico compongono un sistema integrato che deve dialogare costantemente con l’industria chimica, siderurgica ed energetica.

Un approccio pienamente condiviso dalla rete AZuR (Alliance Future Tyres), impegnata a valorizzare parallelamente il prolungamento della vita utile del pneumatico (tramite corretta manutenzione, riparazione e ricostruzione), la granulazione meccanica e le tecnologie di riciclo chimico su scala industriale.

La dissertazione completa del Dr.-Ing. Sebastian Bogdahn è consultabile ad accesso aperto tramite il codice DOI: 10.25819/ubsi/10977.