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2022-10-07El nuevo proceso podría permitir un reciclaje de plásticos más eficiente

MIT |Los catalizadores a base de cobalto podrían usarse para convertir desechos plásticos mixtos en combustible, nuevos plásticos y otros productos.

La acumulación de desechos plásticos en los océanos, el suelo e incluso en nuestros cuerpos es uno de los principales problemas de contaminación de los tiempos modernos, con más de 5 mil millones de toneladas desechadas hasta el momento. A pesar de los grandes esfuerzos para reciclar productos de plástico, hacer uso de esa mezcla heterogénea de materiales sigue siendo un problema.

Un problema clave es que los plásticos vienen en tantas variedades diferentes, y los procesos químicos para descomponerlos en una forma que pueda reutilizarse de alguna manera tienden a ser muy específicos para cada tipo de plástico. Clasificar la mezcolanza de material de desecho, desde botellas de refresco hasta jarras de detergente y juguetes de plástico, no es práctico a gran escala. Hoy en día, gran parte del material plástico recolectado a través de los programas de reciclaje termina en los vertederos de todos modos. Seguramente hay una mejor manera.

Según una nueva investigación del MIT y otros lugares, parece que puede haber una forma mucho mejor. Se ha descubierto que un proceso químico que utiliza un catalizador a base de cobalto es muy eficaz para descomponer una variedad de plásticos, como el polietileno (PET) y el polipropileno (PP), las dos formas de plástico más producidas, en un solo producto. propano. Luego, el propano se puede usar como combustible para estufas, calentadores y vehículos, o como materia prima para la producción de una amplia variedad de productos, incluidos plásticos nuevos, lo que podría proporcionar al menos un sistema de reciclaje de circuito cerrado parcial.

El hallazgo se describe hoy en la revista de acceso abierto JACS Au, en un artículo del profesor de ingeniería química del MIT Yuriy Román-Leshkov, el posdoctorado Guido Zichitella y otros siete en el MIT, el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable.

El reciclaje de plásticos ha sido un problema espinoso, explica Román-Leshkov, porque las moléculas de cadena larga en los plásticos se mantienen unidas por enlaces de carbono, que son "muy estables y difíciles de romper". Las técnicas existentes para romper estos enlaces tienden a producir una mezcla aleatoria de diferentes moléculas, que luego requerirían métodos de refinado complejos para separarlos en compuestos específicos utilizables. “El problema es”, dice, “que no hay forma de controlar en qué parte de la cadena de carbono se rompe la molécula”.

Pero para sorpresa de los investigadores, un catalizador hecho de un material microporoso llamado zeolita que contiene nanopartículas de cobalto puede descomponer selectivamente varias moléculas de polímero plástico y convertir más del 80 por ciento de ellas en propano.

Aunque las zeolitas están plagadas de pequeños poros de menos de un nanómetro de ancho (que corresponde al ancho de las cadenas de polímero), una suposición lógica había sido que habría poca interacción entre la zeolita y los polímeros. Sorprendentemente, sin embargo, resultó ser lo contrario: no solo las cadenas de polímero entran en los poros, sino que el trabajo sinérgico entre el cobalto y los sitios ácidos en la zeolita puede romper la cadena en el mismo punto. Ese sitio de escisión resultó corresponder a cortar exactamente una molécula de propano sin generar metano no deseado, dejando el resto de los hidrocarburos más largos listos para someterse al proceso, una y otra vez.

“Una vez que tiene este compuesto, propano, disminuye la carga de las separaciones aguas abajo”, dice Román-Leshkov. “Esa es la esencia de por qué pensamos que esto es bastante importante. No solo estamos rompiendo los lazos, sino que estamos generando principalmente un solo producto” que puede usarse para muchos productos y procesos diferentes.

Los materiales necesarios para el proceso, zeolitas y cobalto, "son bastante baratos" y están ampliamente disponibles, dice, aunque hoy en día la mayor parte del cobalto proviene de áreas conflictivas de la República Democrática del Congo. Se está desarrollando una nueva producción en Canadá, Cuba y otros lugares. El otro material necesario para el proceso es el hidrógeno, que hoy en día se produce principalmente a partir de combustibles fósiles, pero se puede producir fácilmente de otras formas, incluida la electrólisis del agua utilizando electricidad libre de carbono, como la energía solar o eólica.

Los investigadores probaron su sistema en un ejemplo real de plástico reciclado mixto y produjeron resultados prometedores. Pero se necesitarán más pruebas en una mayor variedad de flujos de desechos mixtos para determinar cuánto ensuciamiento se produce a partir de varios contaminantes en el material, como tintas, pegamentos y etiquetas adheridas a los recipientes de plástico u otros materiales no plásticos que se mezclan en con los desechos, y cómo eso afecta la estabilidad a largo plazo del proceso.

Junto con los colaboradores de NREL, el equipo del MIT también continúa estudiando la economía del sistema y analizando cómo puede encajar en los sistemas actuales para el manejo de flujos de desechos plásticos y mixtos. “Aún no tenemos todas las respuestas”, dice Román-Leshkov, pero el análisis preliminar parece prometedor.

El equipo de investigación incluyó a Amani Ebrahim y Simone Bare en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC; Jie Zhu, Anna Brenner, Griffin Drake y Julie Rorrer en el MIT; y Greg Beckham en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable. El trabajo fue apoyado por el Departamento de Energía de EE. UU. (DoE), la Fundación Nacional de Ciencias de Suiza y la Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable, la Oficina de Fabricación Avanzada (AMO) y la Oficina de Tecnologías de Bioenergía (BETO) del DoE, como parte de la el Consorcio Tecnologías Bio-Optimizadas para Mantener los Termoplásticos Fuera de los Rellenos Sanitarios y el Medio Ambiente (BOTTLE).

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