Vaporizar plásticos los recicla y convertirlos en nada más que gas
Nuestro planeta se está ahogando con los plásticos. Algunos de los peores infractores, que pueden tardar décadas en degradarse en los vertederos, son el polipropileno (que se utiliza para envases de alimentos y parachoques) y el polietileno, que se encuentra en bolsas de plástico, botellas, juguetes e incluso en los techos.
El polipropileno y el polietileno se pueden reciclar, pero el proceso puede ser difícil y a menudo produce grandes cantidades de metano, un gas de efecto invernadero. Ambas son poliolefinas, que son productos de la polimerización de etileno y propileno, materias primas derivadas principalmente de combustibles fósiles. Los enlaces de poliolefina también son muy difíciles de romper.
Ahora, investigadores de la Universidad de California, Berkeley, han creado un método para reciclar estos polímeros que utiliza catalizadores que rompen fácilmente sus enlaces, convirtiéndolos en propileno e isobutileno, que son gases a temperatura ambiente. Estos gases luego se pueden reciclar en nuevos plásticos.
“Dado que el polipropileno y el polietileno se encuentran entre los plásticos más difíciles y costosos de separar entre sí en un flujo de residuos mixtos, es fundamental que [a recycling] El proceso se aplica a ambas poliolefinas”, dijo el equipo de investigación en un estudiar publicado recientemente en Science.
rompiendo todo
El proceso de reciclaje que utilizó el equipo se conoce como etenólisis isomerizante, que se basa en un catalizador para descomponer las cadenas de polímeros de olefinas en sus pequeñas moléculas. Los enlaces de polietileno y polipropileno son muy resistentes a las reacciones químicas porque ambas poliolefinas tienen largas cadenas de enlaces simples carbono-carbono. La mayoría de los polímeros tienen al menos un doble enlace carbono-carbono, que es mucho más fácil de romper.
Aunque los mismos investigadores ya habían intentado isomerizar la etenólisis, los catalizadores anteriores eran metales costosos que no permanecían lo suficientemente puros como para convertir todo el plástico en gas. El uso de sodio sobre alúmina seguido de óxido de tungsteno sobre sílice resultó ser mucho más económico y eficaz, aunque las altas temperaturas requeridas para la reacción aumentaron un poco el costo.
En ambos plásticos, la exposición al sodio en la alúmina rompió cada cadena de polímero en cadenas de polímero más cortas y creó dobles enlaces carbono-carbono rompibles en los extremos. Las cadenas continuaron rompiéndose repetidamente. Luego, ambos se sometieron a un segundo proceso conocido como metátesis de olefinas. Fueron expuestos a una corriente de gas etileno que fluía hacia una cámara de reacción mientras se les introducía óxido de tungsteno en sílice, lo que provocó la ruptura de los enlaces carbono-carbono.
La reacción rompe todos los enlaces carbono-carbono en el polietileno y el polipropileno, y los átomos de carbono liberados durante la ruptura de estos enlaces terminan unidos a las moléculas de etileno. «El etileno es fundamental para esta reacción, ya que es un correactivo», dijo a Ars Technica el investigador RJ Conk, uno de los autores del estudio. “Los eslabones rotos reaccionan con etileno, lo que elimina los eslabones de la cadena. Sin etileno, la reacción no puede ocurrir”.
Se cataliza toda la cadena hasta que el polietileno se convierte completamente en propileno y el polipropileno se convierte en una mezcla de propileno e isobutileno.
Este método tiene una alta selectividad, lo que significa que produce una gran cantidad del producto deseado. Esto significa propileno derivado del polietileno, y tanto propileno como isobutileno derivados del polipropileno. Ambos productos químicos tienen una gran demanda, ya que el propileno es una materia prima importante para la industria química, mientras que el isobutileno es un monómero que se utiliza a menudo en muchos polímeros diferentes, incluido el caucho sintético y un aditivo para gasolina.
Mezclandolo todo
Debido a que los plásticos a menudo se mezclan en los centros de reciclaje, los investigadores querían ver qué pasaría si el polipropileno y el polietileno se sometieran juntos a una etenólisis isomerizante. La reacción fue exitosa, convirtiendo la mezcla en propileno e isobutileno, con un poco más de propileno que isobutileno.
Las mezclas también suelen contener contaminantes en forma de plásticos adicionales. Entonces, el equipo también quería ver si la reacción seguiría funcionando si hubiera contaminantes. Así que experimentaron con objetos de plástico que de otro modo se tirarían a la basura, incluida una centrífuga y una bolsa de pan, los cuales contenían trazas de polímeros distintos del polipropileno y el polietileno. La reacción produjo sólo ligeramente menos propileno e isobutileno que con las versiones no adulteradas de las poliolefinas.
Otra prueba implicó introducir diferentes plásticos, como PET y PVC, en polipropileno y polietileno para ver si esto marcaba la diferencia. Esto redujo significativamente el rendimiento. Si este enfoque tiene éxito, habrá que eliminar todos los rastros de contaminantes de los productos de polipropileno y polietileno, excepto los más pequeños, antes de que puedan reciclarse.
Si bien este método de reciclaje parece ser capaz de evitar toneladas y toneladas de residuos, será necesario ampliarlo enormemente para que esto suceda. Cuando el equipo de investigación amplió el experimento, obtuvo el mismo rendimiento, lo que parece prometedor para el futuro. Aun así, necesitaremos construir una infraestructura considerable antes de que esto pueda hacer mella en nuestros residuos plásticos.
“Esperamos que el trabajo descrito… conduzca a métodos prácticos para…[producing] nuevos polímeros”, dijeron los investigadores en el mismo estudiar. «Al hacerlo, se podría reducir considerablemente la demanda de producción de estos productos químicos esenciales a partir de fuentes de carbono fósiles y las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas».
Ciencia, 2024. DOI: 10.1126/ciencia.adq731
