El reciclaje no necesariamente evita que un artículo termine en un vertedero, según Enrique Gómez, decano asociado interino de equidad e inclusión y profesor de ingeniería química en la Facultad de Ingeniería de Penn State. En cambio, el reciclaje simplemente retrasa su fin de vida. Las botellas de plástico que se reciclan y luego se convierten en alfombras, por ejemplo, acaban acabando en el vertedero cuando la alfombra se desgasta y se tira a la basura.
Sin embargo, la sinterización en frío (el proceso de combinar materiales a base de polvo en formas densas a bajas temperaturas mediante la aplicación de presión usando solventes) permite que los materiales se reciclen una y otra vez.
"Esa es la idea de la sinterización en frío:se pueden tomar dos o más materiales destinados al vertedero, combinarlos y crear un compuesto, y reciclar el compuesto una y otra vez, sin pérdida de rendimiento", dijo Gómez.
En tres artículos recientes, Gómez y su equipo describen tres nuevos usos de la sinterización en frío que promueven el reciclaje en la ciencia de los materiales.
En un artículo publicado en Materials Horizons , los investigadores utilizaron sinterización en frío para combinar polipropileno (un plástico de desecho común que es difícil de reciclar debido a problemas de procesamiento y clasificación) con un material cerámico. El resultado fue un compuesto que podría usarse para fabricar materiales de construcción estructurales como paneles de yeso o terrazas exteriores.
"La sinterización en frío de plástico con materiales cerámicos produce compuestos fuertes y resistentes, perfectos para su uso en la construcción", dijo Po-Hao Lai, estudiante de doctorado en ingeniería química y primer autor del artículo. "Estos compuestos pueden someterse a múltiples ciclos de reciclaje con solo agregar agua, lo que ofrece menores demandas de energía y agua en comparación con los materiales de construcción convencionales".
Además, el reciclaje tradicional a menudo conduce al downcycling, donde la calidad del material disminuye con cada ciclo de reciclaje, lo que resulta en la pérdida de propiedades valiosas, según los investigadores. Al combinar desechos plásticos con cerámica en compuestos, el método no solo aborda las limitaciones del reciclaje mecánico sino que también supera los inconvenientes de la cerámica, como la fragilidad.
Cuando los materiales de construcción llegan al final de su vida útil, se pueden volver a triturar en el proceso de sinterización en frío y reutilizar. Los investigadores demostraron competencia en el rectificado y sinterización en frío del composite hasta 10 veces.
"Si rehaces tu terraza usando estos materiales y luego decides que quieres cambiar su diseño, puedes simplemente recuperarla, pulirla y sinterizarla en frío, y rehacerla para convertirla en otra cosa, como un porche o un banco", dijo Bryan Vogt. , profesor de ingeniería química y coautor correspondiente del artículo Materials Horizons.
En un estudio publicado en ChemSusChem , los investigadores aplicaron sinterización en frío a los componentes de electrolitos sólidos y líquidos de las baterías de estado sólido. Las baterías de litio de estado sólido son densas en energía, seguras, no inflamables y pueden usarse en vehículos eléctricos, dispositivos portátiles o baterías de computadoras portátiles.
"Los defectos en las baterías, como huecos y grietas causados por la tensión mecánica en los electrolitos de estado sólido de las baterías, pueden bloquear las vías de transporte de iones de litio y provocar un cortocircuito en la batería", dijo Yi-Chen Lan, estudiante de doctorado en ingeniería química. y primer autor del artículo.
"Para reciclar electrolitos que han sufrido degradación mecánica, utilizamos sinterización en frío para redensificar las microestructuras y reprocesar electrolitos compuestos mezclando cerámica con polímeros y sales de litio."
La idea de sinterizar en frío los electrolitos líquidos necesarios en las baterías de estado sólido surgió en 2018, cuando un becario postdoctoral del Grupo Gómez rompió accidentalmente una muestra de electrolito líquido durante un experimento.
"Decidió reprocesar la muestra de electrolito mediante sinterización en frío y descubrimos que funcionaba igual de bien después de ser reprocesada", dijo Gómez. "En ese momento no nos dimos cuenta de que este era un concepto que podíamos explotar, y ese fue el nacimiento de este artículo".
El reprocesamiento y la reutilización de los electrolitos utilizados en estas baterías conduce a un menor consumo de energía y un menor impacto ambiental con el tiempo, lo que a su vez promueve la viabilidad y sostenibilidad de todos los tipos de baterías de estado sólido, según Lan.
En un artículo publicado en MRS Communications , los investigadores sinterizaron en frío un compuesto que se utiliza en los condensadores, que son componentes importantes de los vehículos eléctricos. En los experimentos combinaron titanato de bario cerámico con teflón o politetrafluoroetileno.
"Nuestro trabajo en MRS Communications demuestra el potencial de reciclar materiales que serán cruciales para la electrificación del transporte y, por lo tanto, la reducción de los gases de efecto invernadero", afirmó Hongtao Sun, profesor asistente de ingeniería industrial y de fabricación y coautor correspondiente del artículo.
La sinterización en frío fue desarrollada en 2016 por un equipo de investigadores dirigido por Clive Randall, director del Instituto de Investigación de Materiales de Penn State y profesor distinguido de ciencia e ingeniería de materiales.
"Ahora estamos viendo que muchos otros grupos de investigación adoptan el proceso de sinterización en frío en todo el mundo, en universidades, laboratorios nacionales e incluso dentro de la industria", afirmó Randall.
"Me ha sorprendido la diversidad de aplicaciones que están surgiendo, pero la investigación del Grupo Gómez establece un camino para una economía circular, una estrategia extremadamente importante que se requiere para un futuro sostenible."
Más información: Po-Hao Lai et al, Reciclaje de residuos plásticos en compuestos totalmente reciclables mediante sinterización en frío, Materials Horizons (2024). DOI:10.1039/D3MH01976D
Yi‐Chen Lan et al, La sinterización en frío permite el reprocesamiento de compuestos basados en LLZO, ChemSusChem (2024). DOI:10.1002/cssc.202301920
Juchen Zhang et al, Sinterización en frío y reciclaje de compuestos cerámicos asistidos por polímeros de tamaño nanométrico, MRS Communications (2024). DOI:10.1557/s43579-024-00524-9
Información de la revista: Horizontes de materiales
Proporcionado por la Universidad Estatal de Pensilvania
