Químicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) ha descubierto un método que podría convertir los desechos plásticos en valiosos productos químicos mediante el uso de la luz solar.

En experimentos de laboratorio, el equipo de investigación mezcló plásticos con su catalizador en un solvente, lo que permite que la solución aproveche la energía de la luz y convierta los plásticos disueltos en ácido fórmico, una sustancia química que se utiliza en las pilas de combustible para producir electricidad.

Informar su trabajo en Ciencia avanzada , el equipo dirigido por el profesor asistente de NTU Soo Han Sen de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas hizo su catalizador a partir de lo asequible, vanadio metálico biocompatible, comúnmente utilizado en aleaciones de acero para vehículos y aleaciones de aluminio para aeronaves.

Cuando el catalizador a base de vanadio se disolvió en una solución que contenía un plástico de consumo no biodegradable como el polietileno y se expuso a la luz solar artificial, rompió los enlaces carbono-carbono dentro del plástico en seis días.

Este proceso convirtió el polietileno en ácido fórmico, un conservante y agente antibacteriano de origen natural, que también se puede utilizar para la generación de energía en centrales eléctricas y en vehículos de pila de combustible de hidrógeno.

"Nuestro objetivo era desarrollar métodos sostenibles y rentables para aprovechar la luz solar para fabricar combustibles y otros productos químicos, ", dijo Asst Prof Soo." Este nuevo tratamiento químico es el primer proceso informado que puede romper completamente un plástico no biodegradable como el polietileno utilizando luz visible y un catalizador que no contiene metales pesados ​​".

En Singapur, la mayoría de los residuos plásticos se incineran, produciendo gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono, y las cenizas sobrantes quemadas en masa, se transportan al vertedero de Semakau, que se estima que se quedará sin espacio para 2035.

Desarrollar soluciones innovadoras de cero residuos, como este catalizador respetuoso con el medio ambiente para convertir los residuos en recursos, es parte de la visión de NTU Smart Campus para desarrollar un futuro sostenible.

Usando energía del sol para convertir químicos

El catalizador a base de vanadio, que es apoyado por grupos orgánicos y típicamente abreviado como LV (O), utiliza energía luminosa para impulsar una reacción química y se conoce como fotocatalizador.

Los fotocatalizadores permiten que las reacciones químicas sean impulsadas por la luz solar, a diferencia de la mayoría de las reacciones realizadas en la industria que requieren calor, generalmente se genera mediante la quema de combustibles fósiles.

Otras ventajas del nuevo fotocatalizador son que es de bajo costo, abundante, y respetuoso con el medio ambiente, a diferencia de los catalizadores comunes hechos de metales costosos o tóxicos como el platino, paladio o rutenio.

Si bien los científicos han probado otros enfoques para convertir plásticos de desecho en productos químicos útiles, muchos enfoques implican reactivos indeseables o demasiados pasos para escalar.

Un ejemplo es un enfoque llamado fotorreformación, donde el plástico se combina con agua y luz solar para producir gas hidrógeno, pero esto requiere el uso de catalizadores que contengan cadmio, un metal pesado tóxico. Otros métodos requieren que los plásticos se traten con soluciones químicas agresivas que son peligrosas de manipular.

La mayoría de los plásticos no son biodegradables porque contienen enlaces químicos extraordinariamente inertes llamados enlaces carbono-carbono. que no se degradan fácilmente sin la aplicación de altas temperaturas.

El nuevo fotocatalizador a base de vanadio desarrollado por el equipo de investigación de NTU fue especialmente diseñado para romper estos enlaces, y lo hace agarrándose a un grupo químico cercano conocido como grupo alcohol y usando la energía absorbida de la luz solar para desenredar la molécula como una cremallera.

Como los experimentos se realizaron a escala de laboratorio, las muestras de plástico se disolvieron primero calentándolas a 85 grados Celsius en un disolvente, antes del catalizador, que está en forma de polvo, se disolvió. A continuación, la solución se expuso a la luz solar artificial durante unos días. Usando este enfoque, el equipo demostró que su fotocatalizador era capaz de romper los enlaces carbono-carbono en más de 30 compuestos diferentes y los resultados demostraron el concepto de un medio ambiente, fotocatalizador de bajo costo.

El equipo de investigación ahora está buscando mejoras en el proceso que pueden permitir la descomposición de los plásticos para producir otros combustibles químicos útiles. como el gas hidrógeno.