Millones de toneladas de plástico terminan en los vertederos cada año. Es un gran problema social y una amenaza ambiental aún mayor.

En los Estados Unidos, menos del 9% de los residuos plásticos se recicla. En lugar de, más del 75% de los residuos plásticos terminan en vertederos y hasta un 16% se quema, un proceso que libera gases tóxicos a la atmósfera.

Investigadores del Centro de Innovación de Plásticos (CPI) de la Universidad de Delaware han desarrollado un método directo para convertir los desechos plásticos de un solo uso:bolsas de plástico, envases de yogur, botellas de plástico y tapones de botellas, envases y más, hasta moléculas listas para usar para combustibles de aviación, diesel y lubricantes.

La obra, informó en un artículo en Avances de la ciencia El miércoles, 21 de abril se centra en utilizar un catalizador novedoso y un proceso único para descomponer rápidamente estos plásticos más difíciles de reciclar, conocidas como poliolefinas. Las poliolefinas representan del 60 al 70% de todos los plásticos fabricados en la actualidad.

El proceso desarrollado por UD requiere aproximadamente un 50% menos de energía que otras tecnologías, y no implica agregar dióxido de carbono a la atmósfera, un ahorro de emisiones en comparación con otras técnicas de uso común. Se puede hacer en solo un par de horas a baja temperatura, alrededor de 250 grados centígrados. Esto es un poco más alto que la temperatura del horno de 450 grados Fahrenheit que podría usar para asar verduras u hornear un hojaldre en casa.

En tono rimbombante, El método del equipo de UD puede tratar una variedad de plásticos, incluso cuando se mezclan, una ventaja teniendo en cuenta la forma en que se gestionan los reciclables.

"La conversión química es el enfoque más versátil y sólido para combatir el desperdicio de plásticos, "dijo Dion Vlachos, el investigador principal del proyecto y Catedrático de Energía Unidel Dan Rich de Ingeniería Química y Biomolecular de la UD.

Los coautores del artículo incluyen a Sibao Liu, un ex investigador postdoctoral de la UD, ahora es profesor asociado de ingeniería química y tecnología en la Universidad de Tianjin; y los investigadores de CPI Pavel Kots, becario postdoctoral de la UD; Brandon Vance, un estudiante de posgrado de la UD; y Andrew Danielson, un senior con especialización en ingeniería química.

Creando moléculas listas para usar

El equipo de investigación de la UD utilizó un proceso químico llamado hidrocraqueo para descomponer los sólidos plásticos en moléculas de carbono más pequeñas. luego se agregaron moléculas de hidrógeno en cada extremo para estabilizar el material para su uso.

El agrietamiento catalítico no es nuevo. Las refinerías lo han utilizado para convertir crudo pesado en gasolina durante años.

El método del equipo de investigación, sin embargo, hace más que romper el plástico. También convierte el material en moléculas ramificadas que permiten que se traduzcan más directamente en un producto final.

"Esto los convierte en moléculas listas para usar para aplicaciones de lubricantes o combustibles de alto valor, "dijo Vlachos, quien también dirige el Delaware Energy Institute y el Catalysis Center for Energy Innovation en UD.

El catalizador en sí es en realidad un material híbrido, una combinación de zeolitas y óxidos metálicos mixtos.

Se sabe que las zeolitas tienen propiedades que las hacen buenas para crear moléculas ramificadas. Las zeolitas se encuentran en cosas como sistemas de purificación de agua o suavizantes y detergentes caseros, donde contrarrestan minerales como el calcio y el magnesio, suavizando el agua dura y mejorando el proceso de lavado.

Óxidos metálicos mixtos, mientras tanto, son conocidos por su capacidad para descomponer moléculas grandes en la cantidad justa sin exagerar. El antiácido en su botiquín, por ejemplo, es un óxido de metal que se usa para descomponer, o neutralizar, el ácido que le causa malestar estomacal.

"Por sí solos, estos dos catalizadores funcionan mal. Juntos, la combinación hace magia, derritiendo los plásticos y sin dejar plástico atrás, "Dijo Vlachos.

Esto le da al método desarrollado por CPI una ventaja sobre las técnicas actuales que se utilizan en la actualidad, aunque Vlachos enfatizó que se necesita más trabajo para trasladar estos métodos científicos a la industria. Otra ventaja:los materiales catalizadores del equipo se utilizan comúnmente y, por lo tanto, bastante económico y abundante.

"Estos no son materiales exóticos, para que podamos empezar a pensar rápidamente en cómo utilizar la tecnología, ", dijo. Él y Liu han presentado una patente provisional sobre el nuevo bi-catalizador y método único a través de la Oficina de Innovación Económica y Asociaciones de la UD.

Soluciones sostenibles, economía circular

Reducir los desechos plásticos convirtiéndolos químicamente en combustibles puede desempeñar un papel importante en el impulso de una economía circular. donde los materiales se reciclan en algo nuevo al final de su vida útil, en lugar de ser desechado. Los componentes reciclados se pueden usar para hacer lo mismo nuevamente o, en el caso de los combustibles, reciclado en productos de mayor valor, creando beneficios tanto económicos como ambientales.

"Este innovador enfoque catalítico es un avance significativo en nuestra búsqueda de procesos de despolimerización que involucran vías de menor consumo de energía y generan objetivos de ruptura altamente específicos". dijo la directora de CPI, LaShanda Korley, Profesor Distinguido de Ciencia e Ingeniería de Materiales e Ingeniería Química y Biomolecular. "Este conocimiento fundamental abre una nueva ruta hacia la valorización de los residuos plásticos".

Para Andrew Danielson, un estudiante de ingeniería química senior de la UD involucrado en el proyecto, los beneficios ambientales potenciales de la conversión de plástico son emocionantes.

"Los desechos plásticos son un problema ambiental serio. Creo que esta investigación puede ayudar a conducir a mejores métodos de reutilización del plástico, "dijo Danielson, cuyas contribuciones al trabajo incluyeron la verificación de los datos recopilados durante el proyecto mediante la reproducción de los experimentos.

Después de la graduación en mayo, Danielson pondrá esta experiencia en investigación a trabajar en la industria química. Ya consiguió un trabajo en controles de procesos, una parte del proceso de fabricación que implica el control de variables, como la temperatura, presión y conductividad, entre otras cosas.

Los siguientes pasos en la investigación de CPI incluyen explorar qué otros plásticos puede tratar el método del equipo y qué productos puede fabricar. Empezar, Vlachos dijo que el equipo espera expandir las colaboraciones con colegas en todo el campus y en el Centro de Innovación de Plásticos para explorar otras vías para fabricar productos valiosos mediante la eliminación de desechos.

"A medida que avanza esta economía circular, el mundo tendrá que fabricar menos plásticos originales porque reutilizaremos materiales fabricados hoy en el futuro, " él dijo.

Otro objetivo es desarrollar métodos para mejorar el proceso de reciclaje en sí.

"Queremos usar electricidad verde para impulsar el procesamiento químico involucrado en la fabricación de cosas nuevas. Estamos muy lejos en este momento de ver esto, pero ahí es hacia donde nos dirigimos en los próximos 10 a 20 años, "Dijo Vlachos.