Los científicos descomponen el plástico utilizando un catalizador sencillo y barato. Aprovechando la humedad del aire, químicos de la Universidad Northwestern han desarrollado un nuevo y sencillo método para descomponer los residuos plásticos.
© GettyUtilizando un simple catalizador y aire, científicos de Northwestern han desarrollado un nuevo método para reciclar plásticos que es más seguro, limpio, barato y sostenible que las estrategias actuales.
Más segura, limpia, barata y sostenible que los métodos actuales de reciclado de plásticos, la nueva técnica, publicada en la revista Green Chemistry, ofrece una vía prometedora hacia la creación de una economía circular de los plásticos.
«Estados Unidos es el primer contaminador de plástico per cápita, y sólo reciclamos el 5% de esos plásticos», afirma Yosi Kratish, de Northwestern y coautor del estudio. «Hay una necesidad acuciante de mejores tecnologías que puedan procesar distintos tipos de residuos plásticos. La mayoría de las tecnologías que tenemos hoy en día funden las botellas de plástico y las convierten en productos de menor calidad. Lo más interesante de nuestra investigación es que hemos aprovechado la humedad del aire para descomponer los plásticos, logrando un proceso excepcionalmente limpio y selectivo. Al recuperar los monómeros, que son los componentes básicos del PET, podemos reciclarlos o incluso convertirlos en materiales más valiosos.»
«Nuestro estudio ofrece una solución sostenible y eficiente a uno de los retos medioambientales más acuciantes del mundo: los residuos plásticos», afirma Naveen Malik, primer autor del estudio. «A diferencia de los métodos tradicionales de reciclado, que suelen generar subproductos nocivos como sales residuales y requieren importantes aportes energéticos o químicos, nuestro planteamiento utiliza un proceso sin disolventes que depende de trazas de humedad del aire ambiente. Esto no sólo lo hace respetuoso con el medio ambiente, sino también muy práctico para aplicaciones reales».
Experto en reciclaje de plásticos, Kratish es profesor adjunto de química en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de la Northwestern. Kratish codirigió el estudio con Tobin J. Marks, catedrático de Química Charles E. y Emma H. Morrison en Weinberg y profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern. En el momento de la investigación, Malik era becario postdoctoral en el laboratorio de Marks; ahora es profesor asistente de investigación en el Instituto SRM de Ciencia y Tecnología de la India.
El problema del plástico
El plástico PET, muy utilizado en envases de alimentos y botellas de bebidas, representa el 12% del total de plásticos utilizados en el mundo. Al no descomponerse fácilmente, el PET es uno de los principales contribuyentes a la contaminación por plásticos. Tras su uso, acaba en los vertederos o, con el tiempo, se degrada en diminutos microplásticos o nanoplásticos, que a menudo acaban en las aguas residuales y los cursos de agua.
Encontrar nuevas formas de reciclar el plástico es un tema candente en la investigación. Pero los métodos actuales para descomponer los plásticos requieren condiciones duras, como temperaturas extremadamente altas, energía intensa y disolventes, que generan subproductos tóxicos. Los catalizadores utilizados en estas reacciones también suelen ser caros (como el platino y el paladio) o tóxicos, lo que genera residuos aún más nocivos. Además, una vez realizada la reacción, los investigadores tienen que separar los materiales reciclados de los disolventes, un proceso que puede llevar mucho tiempo y consumir mucha energía.
En trabajos anteriores, el grupo de Marks en Northwestern fue el primero en desarrollar procesos catalíticos que no requieren disolventes. En el nuevo estudio, el equipo volvió a idear un proceso sin disolventes.
«El uso de disolventes tiene muchos inconvenientes», explica Kratish. «Pueden ser caros y hay que calentarlos a altas temperaturas. Después de la reacción, queda una sopa de materiales que hay que separar para recuperar los monómeros. En lugar de disolventes, utilizamos vapor de agua del aire. Es una forma mucho más elegante de abordar los problemas del reciclado de plásticos».
Una solución «elegante»
Para llevar a cabo el nuevo estudio, los investigadores utilizaron un catalizador de molibdeno y carbón activado, dos materiales baratos, abundantes y no tóxicos. Para iniciar el proceso, los investigadores añadieron PET al catalizador y al carbón activado y calentaron la mezcla. Los plásticos de poliéster son moléculas grandes con unidades repetitivas unidas por enlaces químicos. Al cabo de poco tiempo, los enlaces químicos del plástico se rompieron.
A continuación, los investigadores expusieron el material al aire. Con la pequeña humedad del aire, el material se convirtió en ácido tereftálico (TPA), el valioso precursor de los poliésteres. El único subproducto fue el acetaldehído, un producto químico industrial valioso y fácil de eliminar.
«El aire contiene una cantidad significativa de humedad, lo que lo convierte en un recurso fácilmente disponible y sostenible para las reacciones químicas», explicó Malik. «Por término medio, incluso en condiciones relativamente secas, la atmósfera contiene entre 10.000 y 15.000 kilómetros cúbicos de agua. Aprovechar la humedad del aire nos permite eliminar disolventes a granel, reducir el consumo de energía y evitar el uso de productos químicos agresivos, lo que hace que el proceso sea más limpio y respetuoso con el medio ambiente.»
«Funcionó a la perfección», afirma Kratish. «Cuando añadimos agua extra, dejó de funcionar porque era demasiada agua. Es un equilibrio muy fino. Pero resulta que la cantidad de agua en el aire era la justa».
Un sinfín de ventajas
El proceso resultante es rápido y eficaz. En sólo cuatro horas se recuperó el 94% del TPA posible. El catalizador también es duradero y reciclable, lo que significa que puede utilizarse una y otra vez sin perder eficacia. Y el método funciona con plásticos mezclados, reciclando selectivamente sólo los poliésteres. Gracias a su naturaleza selectiva, el proceso evita la necesidad de clasificar los plásticos antes de aplicar el catalizador, lo que supone una gran ventaja económica para la industria del reciclado.
Cuando el equipo probó el proceso con materiales del mundo real, como botellas de plástico, camisetas y residuos plásticos mezclados, resultó igual de eficaz. Incluso descompuso plásticos coloreados en TPA puro e incoloro.
A continuación, los investigadores planean aumentar la escala del proceso para su uso industrial. Al optimizar el proceso para aplicaciones a gran escala, los investigadores pretenden garantizar que pueda tratar grandes cantidades de residuos plásticos.
«Nuestra tecnología tiene el potencial de reducir significativamente la contaminación por plásticos, disminuir la huella medioambiental de los plásticos y contribuir a una economía circular en la que los materiales se reutilicen en lugar de desecharse», afirma Malik. «Es un paso tangible hacia un futuro más limpio y ecológico, y demuestra cómo la química innovadora puede abordar los desafíos globales de una manera que se alinea con la naturaleza.»
Amanda Morris
Amanda Morris es la redactora jefe de Ciencia e Ingeniería de Northwestern Now.
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