Científicos de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, la Universidad de California, Santa Bárbara y Dow han desarrollado un proceso innovador para transformar el plástico más producido, el polietileno (PE), en el segundo plástico más producido, el polipropileno (PP). , que podría reducir las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI).

"El mundo necesita más y mejores opciones para extraer la energía y el valor molecular de sus residuos plásticos", dijo la coautora principal Susannah Scott, profesora distinguida y presidenta de Mellichamp de procesamiento catalítico sostenible en UC Santa Barbara. Los métodos convencionales de reciclaje de plástico dan como resultado moléculas de plástico de bajo valor y, por lo tanto, ofrecen pocos incentivos para reciclar las montañas de desechos plásticos que se han acumulado en las últimas décadas.

Pero, agregó Scott, "convertir el polietileno en propileno, que luego se puede usar para fabricar un nuevo polímero, es cómo comenzamos a construir una economía circular para los plásticos".

"Comenzamos por conceptualizar este enfoque y demostramos su promesa primero a través del modelado teórico; ahora hemos demostrado que se puede hacer experimentalmente de una manera que es escalable y potencialmente aplicable a las demandas actuales de la industria", dijo el coautor principal Damien Guironnet, un profesor de ingeniería química y biomolecular en Illinois, quien publicó el primer estudio que describe las reacciones catalíticas necesarias en 2020.

El nuevo estudio publicado en el Journal of the American Chemical Society anuncia una serie de reacciones catalíticas acopladas que transforman el PE, que es el plástico n.º 2 y n.º 4 que representa el 29 % del consumo mundial de plástico, en el componente básico propileno, que es el ingrediente clave para producir PP, también conocido como plástico n.º 5 que representa cerca del 25% del consumo mundial de plástico.

Este estudio establece una prueba de concepto para reciclar plástico PE con más del 95 % de selectividad en propileno. Los investigadores han construido un reactor que crea un flujo continuo de propileno que se puede convertir fácilmente en PP utilizando la tecnología actual, lo que hace que este descubrimiento sea escalable y se implemente rápidamente.

"Nuestro análisis preliminar sugiere que si solo el 20 % del PE del mundo pudiera recuperarse y convertirse a través de esta ruta, podría representar un ahorro potencial de emisiones de GEI comparable a sacar 3 millones de automóviles de las carreteras", dijo Garrett Strong, estudiante graduado. asociado con el proyecto.

El objetivo es cortar cada molécula de PE muy larga muchas veces para obtener muchos pedazos pequeños, que son las moléculas de propileno. Primero, un catalizador elimina el hidrógeno del PE, creando una ubicación reactiva en la cadena. Luego, la cadena se divide en dos en este lugar usando un segundo catalizador, que tapa los extremos usando etileno. Finalmente, un tercer catalizador mueve el sitio reactivo a lo largo de la cadena de PE para que el proceso pueda repetirse. Eventualmente, todo lo que queda es una gran cantidad de moléculas de propileno.

"Piense en cortar una barra de pan por la mitad y luego cortar piezas del tamaño exacto del extremo de cada mitad, donde la velocidad a la que corta controla el tamaño de cada rebanada", dijo Guironnet.

"Ahora que hemos establecido la prueba de concepto, podemos comenzar a mejorar la eficiencia del proceso mediante el diseño de catalizadores que sean más rápidos y productivos, lo que hace posible la ampliación", dijo Scott. "Dado que nuestro producto final ya es compatible con los procesos de separación de la industria actual, mejores catalizadores harán posible implementar este avance rápidamente".

El trabajo presentado en esta publicación es altamente complementario a un artículo publicado en Science la semana pasada. Ambos grupos utilizaron plásticos vírgenes y productos químicos similares. Sin embargo, el equipo de Science usó un proceso diferente en un reactor por lotes cerrado, que requiere una presión mucho más alta, que consume mucha energía, y la necesidad de reciclar más etileno.

"Si vamos a reciclar una fracción significativa de los más de 100 millones de toneladas de desechos plásticos que generamos cada año, necesitamos soluciones que sean altamente escalables", dijo Guironnet. "Nuestro equipo demostró la química en un reactor de flujo que desarrollamos para producir propileno de manera altamente selectiva y continua. Este es un avance clave para abordar el inmenso volumen del problema al que nos enfrentamos".

Los investigadores de Dow también participaron en este trabajo. "Dow está asumiendo un papel de liderazgo en el impulso de una economía más circular al diseñar para la circularidad, construir nuevos modelos de negocios para materiales circulares y asociarse para acabar con los desechos plásticos", dijo Ivan Konstantinov, científico senior y coautor de Dow. "Como financiador de este proyecto, estamos comprometidos a encontrar nuevas formas de eliminar los desechos plásticos y este enfoque nos alienta". + Explora más

El proceso convierte bolsas de polietileno y plásticos en bloques de construcción de polímeros