Estudio de factibilidad técnica-económica para producir grafeno a partir de neumáticos fuera de uso (NFU).

Abstract

La problemática ambiental actual nos impone encontrar soluciones sustentables para abordar los desechos generados industriales y domiciliarios. Aunque se han realizado esfuerzos para reducir el uso de combustibles fósiles y utilizar energías renovables en su lugar, no es suficiente y otros desechos, como los neumáticos fuera de uso, no están siendo tratados apropiadamente. En el caso de nuestro país, se generaron 206.472 toneladas de NFU el año 2021 y la mayoría de estos se fueron a lugares para ser apilados o se reciclan sin obtener productos con valor agregado. Por ello, este trabajo propone una alternativa a escala piloto para la generación de grafeno, material con potencial distintas áreas, como la electrónica, a partir de NFU por medio del proceso de pirólisis. El proceso propuesto consiste en una molienda del NFU y posterior selección del caucho, para pasar al proceso de mezclado con hidróxido de potasio, en proporción 1 caucho:2 KOH. Luego, se llevaría a cabo la pirólisis por 8 horas, con pendiente de calentamiento de 5°C/min, hasta una temperatura de 1000°C. Posteriormente, el material sólido obtenido sería purificado mediante neutralización, con control de pH mediante HCl, con un set-point de 7, pasando a la última etapa de lavado con agua destilada y filtrado de material purificado. Se consideró una generación anual de hasta 126 mil kg de grafeno puro con un precio de venta de $6.500. Considerando esto, se evaluó económicamente esta alternativa y se concluyó que es una opción económicamente viable, obteniendo un VAN y una TIR de $80.580.900 y 39% respectivamente. Adicionalmente, se encontró que el precio mínimo para que el proyecto sea económicamente viable es de $6.147/kg.

The environmental issues of today require us to find sustainable solutions to deal with industrial and household waste. Although efforts have been made to reduce the use of fossil fuels and use renewable energies instead, it is not enough and other wastes, such as end-of-life tires, are not being properly treated. In the case of our country, 206,472 tons of end-of-life tires were generated in 2021 and most of these went to places to be piled up or are recycled without obtaining value-added products. Therefore, this work proposes a pilot-scale alternative for the generation of graphene, a material with potential in different areas, such as electronics, from NFU through the pyrolysis process. The proposed process consists of a grinding of the NFU and subsequent selection of the rubber, to pass to the mixing process with potassium hydroxide, in a ratio of 1 rubber:2 KOH. Then, pyrolysis would be carried out for 8 hours, with a heating slope of 5°C/min, up to a temperature of 1000°C. Subsequently, the solid material obtained would be purified by neutralization, with pH control by means of HCl, with a set-point of 7, passing to the last stage of washing with distilled water and filtering of purified material. An annual generation of up to 126 thousand kg of pure graphene was considered of pure graphene with a selling price of $6,500. Considering this, this alternative was economically evaluated and it was concluded that it is an economically viable option, obtaining an NPV and IRR of $80,580,900 and 39% respectively. Additionally, it was found that the minimum price for the project to be economically viable is $6,147/kg.