Convertir los desechos plásticos en productos útiles a través del reciclaje químico es una estrategia para abordar el creciente problema de contaminación plástica de la Tierra. Un nuevo estudio puede mejorar la capacidad de un método, llamado pirólisis, para procesar plásticos mixtos difíciles de reciclar, como los envases de alimentos de varias capas, y generar combustible como subproducto, dijeron los científicos.

La pirólisis consiste en calentar plástico en un ambiente libre de oxígeno, lo que hace que los materiales se descompongan y se creen nuevos combustibles líquidos o gaseosos en el proceso. Sin embargo, las aplicaciones comerciales actuales operan por debajo de la escala necesaria o solo pueden manejar cierto tipo de plásticos, dijeron los científicos.

"Tenemos una comprensión muy limitada de la pirólisis de plástico mixto", dijo Hilal Ezgi Toraman, profesor asistente de ingeniería energética e ingeniería química en Penn State. "Comprender los efectos de interacción entre diferentes polímeros durante el reciclaje avanzado es muy importante mientras tratamos de desarrollar tecnologías que puedan reciclar plásticos de desecho reales".

Los científicos realizaron la copirolisis de dos de los tipos más comunes de plástico, el polietileno de baja densidad (LDPE) y el tereftalato de polietileno (PET), junto con diferentes catalizadores para estudiar los efectos de interacción entre los plásticos. Descubrieron que un catalizador puede ser un buen candidato para convertir residuos mixtos de LDPE y PET en valiosos combustibles líquidos. Los catalizadores son materiales agregados a la pirólisis que pueden ayudar en el proceso, como inducir al plástico a descomponerse selectivamente y a temperaturas más bajas.

"Este tipo de trabajo puede permitirnos brindar pautas o sugerencias a la industria", dijo Toraman, miembro de la facultad de Virginia S. y Philip L. Walker Jr. en el Departamento de Ingeniería de Energía y Minerales de la familia John y Willie Leone en Penn. Estado. "Es importante descubrir qué tipo de sinergias existen entre estos materiales durante el reciclaje avanzado y para qué tipos de aplicaciones pueden ser adecuados antes de ampliar".

Los plásticos, LDPE y PET, se encuentran comúnmente en los envases de alimentos, que a menudo consisten en capas de diferentes materiales plásticos diseñados para mantener los productos frescos y seguros, pero también son difíciles de reciclar con los procesos tradicionales porque las capas deben separarse. lo cual es un proceso costoso.

"Si desea reciclarlos, básicamente necesita separar esas capas y tal vez hacer algo con las corrientes individuales", dijo Toraman. "Pero la pirólisis puede manejarlo, por lo que es una opción muy importante. No es fácil encontrar una técnica que pueda aceptar la complicada complejidad de estos diferentes materiales plásticos".

El primer paso para desarrollar nuevos procesos comerciales de pirólisis depende de tener una mejor comprensión mecánica de cómo se descomponen e interactúan las mezclas dinámicas de desechos plásticos, dijeron los científicos.

Los científicos realizaron pirólisis en LDPE y PET por separado y juntos y observaron los efectos de interacción entre los dos polímeros durante las pruebas con cada uno de los tres catalizadores que utilizaron. Los científicos publicaron los hallazgos en la revista Reaction Chemistry &Engineering .

"Vimos productos que pueden ser muy buenos candidatos para la aplicación de gasolina", dijo Toraman.

El equipo también desarrolló un modelo cinético que pudo modelar con precisión los efectos de interacción observados durante la copirolisis de LDPE y PET con cada uno de los catalizadores. Los modelos cinéticos intentan predecir el comportamiento de un sistema y son importantes para comprender mejor por qué ocurren las reacciones.

El grupo de investigación de Toraman se centra en realizar experimentos en condiciones bien definidas y controladas para comprender los efectos de interacción durante el reciclaje avanzado de plásticos mixtos y los mecanismos de reacción correspondientes.

"Los estudios sistemáticos y fundamentales sobre la comprensión de las vías de reacción y el desarrollo de modelos cinéticos son los primeros pasos hacia la optimización de procesos", dijo Toraman. "Si no tenemos nuestros modelos cinéticos correctos, nuestros mecanismos de reacción con precisión, entonces si ampliamos la escala para plantas piloto u operaciones a gran escala, los resultados no serán precisos".

Toraman dijo que espera que la investigación conduzca a una mejor responsabilidad ambiental en la recuperación, el procesamiento y la utilización de los recursos de la Tierra.

Un análisis global de todos los plásticos producidos en masa encontró que se estima que se generará un total de 8.300 millones de toneladas métricas de nuevos plásticos en todo el mundo hasta la fecha. A partir de 2015, el 79 % de los desechos plásticos, que contienen numerosas sustancias químicas peligrosas, se acumularon en vertederos o entornos naturales con aproximadamente un 12 % incinerado y solo un 9 % reciclado.

"Hagamos lo que hagamos es mejor que no hacer nada", dijo Toraman. "Necesitamos incluir esos plásticos en la economía nuevamente, para tener una economía circular, de lo contrario, simplemente terminarán en los vertederos, filtrando sustancias potencialmente tóxicas en el suelo y el agua o contaminando los océanos. Entonces, hacer algo, encontrar un valor, es mejor". que nada. Actualmente, los plásticos se consideran desechos porque tratamos estos valiosos recursos como tales".

Other Penn State researchers on this project were Sean Timothy Okonsky, doctoral student in the Department of Chemical Engineering, and J.V. Jayarama Krishna, postdoctoral researcher in the John and Willie Leone Family Department of Energy and Mineral Engineering. + Explora más

How we can turn plastic waste into green energy