Cuando comenzamos a usar plásticos hace unos 70 años, no se pensó mucho, si es que se dio alguno, sobre las implicaciones de su vida útil y el hecho de que pueden tardar siglos en descomponerse. Como consecuencia, a medida que los plásticos se han diversificado y se han vuelto más fáciles de fabricar, el planeta se encuentra ahora a horcajadas sobre unos 8,3 mil millones de toneladas de material, casi todos los pedazos de plástico jamás producidos, sin suficiente tecnología o incentivos para reducir esa creciente pila. El plástico es más barato y más fácil de producir y desechar que reciclar.

Los investigadores de UC Santa Bárbara Susannah Scott y Mahdi Abu-Omar están preparados para cambiar este paradigma de décadas. ¿Cómo? Con una olla método catalítico de baja temperatura que recicla el polietileno, un polímero que se encuentra en aproximadamente un tercio de todos los plásticos producidos, con un valor global de alrededor de $ 200 mil millones anuales, en moléculas alquilaromáticas de alto valor que son la base de muchas sustancias químicas industriales y productos de consumo. Agregar valor a lo que de otro modo se convertiría en basura podría hacer que el reciclaje de desechos plásticos sea una actividad más atractiva y práctica con un resultado beneficioso para el medio ambiente.

"Aquí hay una posible solución, "dijo Scott, quien con sus colegas ahora ha publicado su investigación en la revista Ciencias . Su esfuerzo, ella dijo, es una en una lista creciente de posibles medidas que se pueden tomar para convertir el plástico en lineal, economía derrochadora en una más sostenible, circular uno.

"Esta es una demostración de lo que se puede hacer, " ella dijo.

Una segunda vida para los plásticos de desecho

No se puede negar que la existencia moderna le debe mucho a los plásticos, del envase que mantiene los alimentos frescos, a los materiales estériles utilizados en aplicaciones médicas, a lo barato, piezas livianas que se incluyen en muchos de nuestros asequibles productos duraderos.

"Hay muchas cosas positivas sobre los plásticos que debemos tener en cuenta, "dijo Scott, profesor de química e ingeniería química en UC Santa Barbara, quien ocupa la Cátedra UCSB Mellichamp en Procesamiento Catalítico Sostenible. "Al mismo tiempo, nos damos cuenta de que existe este problema del final de la vida realmente grave que es una consecuencia no deseada ".

La propiedad que hace que los plásticos sean tan útiles es también lo que los hace tan persistentes, explicaron los investigadores. Es su inercia química; por lo general, no reaccionan a otros componentes de su entorno. Las tuberías de plástico no se oxidan ni se filtran en el suministro de agua, Las botellas de plástico pueden almacenar productos químicos cáusticos. los revestimientos plásticos pueden resistir altas temperaturas.

"Puedes poner una de estas tuberías en el suelo y cien años después puedes desenterrarla y es exactamente la misma tubería y mantiene tu agua completamente segura, "Dijo Scott.

Pero esta cualidad de inercia también hace que los plásticos se descompongan con mucha lentitud de forma natural y que requieran mucha energía para hacerlo de forma artificial.

"Están hechos con carbono-carbono, y enlaces carbono-hidrógeno, y son muy difíciles de reciclar químicamente, "explicó el compañero profesor de ingeniería química Abu-Omar, que se especializa en catálisis energética y tiene la Cátedra UCSB Mellichamp en Química Verde. Aunque se ha dedicado mucho esfuerzo de investigación a aprender cómo reducir los plásticos a sus componentes básicos con fines de sostenibilidad, el costo de la energía "ha plagado el campo durante mucho tiempo, "Dijeron los investigadores. Incluso el beneficio de convertir estos componentes básicos en moléculas de alto valor es limitado cuando es más barato hacer lo mismo con el petróleo extraído.

"Por otra parte, si pudiéramos convertir directamente los polímeros en estas moléculas de mayor valor y eliminar por completo el paso de alta energía de volver a estas moléculas de bloques de construcción, luego tenemos un proceso de alto valor con una huella energética baja, "Dijo Scott.

Esa línea de pensamiento innovadora produjo un nuevo método catalítico en tándem que no solo crea moléculas alquilaromáticas de alto valor directamente a partir de residuos plásticos de polietileno, lo hace de manera eficiente, a bajo costo y con un bajo requerimiento energético.

"Redujimos la temperatura de la transformación en cientos de grados, "Scott dijo. Los métodos convencionales, según el periódico, requieren temperaturas entre 500 y 1000 ° C para romper las cadenas de poliolefina en trozos pequeños y volver a ensamblarlos en una mezcla de gas, líquido y coque, mientras que la temperatura óptima para este proceso catalítico ronda los 300 ° C. La condición de reacción relativamente suave ayuda a descomponer los polímeros de una manera más selectiva en la mayoría de moléculas más grandes dentro de un rango de lubricante. explicaron los investigadores. "Y, simplificamos la cantidad de pasos en el proceso porque no estamos haciendo múltiples transformaciones, "Dijo Scott.

Además, el proceso no requiere disolvente ni hidrógeno añadido, solo un catalizador de platino sobre alúmina (Pt / Al2O3) para una reacción en tándem que rompe esos duros enlaces carbono-carbono, y reordena el "esqueleto" molecular del polímero para formar estructuras con esos anillos característicos de seis lados:moléculas alquilaromáticas de alto valor que encuentran un uso generalizado en solventes, pinturas lubricantes detergentes, productos farmacéuticos y muchos otros productos industriales y de consumo.

"Formar moléculas aromáticas a partir de pequeños hidrocarburos es difícil, "agregó el autor principal del artículo, Fan Zhang." Aquí, durante la formación de aromáticos a partir de poliolefinas, El hidrógeno se forma como un subproducto y se usa además para cortar las cadenas de polímero para hacer que todo el proceso sea favorable. Como resultado, obtenemos alquilaromáticos de cadena larga, y ese es el resultado fascinante ".

Este método representa una nueva dirección en el ciclo de vida de los plásticos, uno en el que los polímeros de desecho podrían convertirse en materias primas valiosas en lugar de terminar en vertederos, o peor, en vías fluviales y otros hábitats sensibles.

"Este es un ejemplo de un segundo uso, donde podríamos hacer estas materias primas de manera más eficiente y con un mejor impacto ambiental que hacerlo a partir del petróleo, "Abu-Omar dijo. Aún se deben realizar investigaciones para ver dónde y cómo esta tecnología sería más efectiva, pero es una estrategia que podría ayudar a mitigar la acumulación de desechos plásticos, recuperar su valor y quizás reducir nuestra dependencia del petróleo del que provienen los plásticos.

"Cavamos un hoyo en el suelo, nosotros producimos, Hacemos, usamos, tiramos, "Abu-Omar dijo." Así que en cierto modo, esto realmente está rompiendo esa forma de pensar. Hay ciencia interesante por hacer aquí que nos llevará a nuevos descubrimientos, nuevos paradigmas y nuevas formas de hacer química ".