Los plásticos de base biológica, como el ácido poliláctico (PLA), se inventaron para ayudar a resolver la crisis de los residuos plásticos, pero a menudo terminan dificultando la gestión de residuos.

Debido a que estos materiales se ven y se sienten tan similares a los plásticos convencionales a base de petróleo, muchos productos no terminan en compostadores, donde se descomponen según lo diseñado, sino que consumidores bien intencionados los agregan al flujo de reciclaje. Allí, los productos se trituran y se funden con los plásticos reciclables, lo que reduce la calidad de la mezcla y dificulta la fabricación de productos funcionales a partir de resina plástica reciclada.

La única solución, actualmente, es intentar separar los diferentes plásticos en instalaciones de reciclaje. Sin embargo, incluso con las herramientas de clasificación automatizadas más sofisticadas, algunos plásticos de base biológica terminan contaminando los flujos clasificados.

Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) y el Instituto Conjunto de BioEnergía (JBEI) están colaborando con X, la incubadora de lanzamiento a la luna dirigida por Alphabet, la empresa matriz de Google, no solo para saltarse el problemático paso de separación, sino también para mejorar el producto final. para el planeta.

El equipo ha inventado un proceso simple de "un solo recipiente" para descomponer mezclas de plásticos a base de petróleo y de origen biológico utilizando soluciones salinas de origen natural combinadas con microbios especializados. En una sola tina, las sales actúan como catalizador para descomponer los materiales de los polímeros, grandes estructuras de moléculas repetidas unidas entre sí, en moléculas individuales llamadas monómeros, que luego los microbios fermentan para formar un nuevo tipo de polímero biodegradable que se puede fabricar. en productos básicos frescos. El proceso se describe en un One Earth. artículo publicado el 17 de noviembre.

"Es algo irónico porque el propósito del uso de plásticos de origen biológico es ser más sostenible, pero está causando problemas", dijo el primer autor Chang Dou, asociado senior de ingeniería científica en la Unidad de Desarrollo de Procesos de Biocombustibles y Bioproductos Avanzados (ABPDU) en Laboratorio de Berkeley.

Dou fue nombrado recientemente como uno de los 35 menores de 35 del Instituto Americano de Ingenieros Químicos. "Nuestro proyecto está tratando de solucionar el problema de la separación y hacer que no tengas que preocuparte por si mezclas tu contenedor de reciclaje. Puedes poner todo el plástico en un cubo."

Además de agilizar el reciclaje, el enfoque del equipo podría permitir la fabricación biológica de otros productos valiosos utilizando las mismas bacterias que mastican felizmente monómeros plásticos. Imagine un mundo en el que se pudieran producir biocombustibles o incluso medicamentos a partir de residuos plásticos, de los cuales hay alrededor de 8.300 millones de toneladas en los vertederos.

"Existe un debate abierto sobre si podemos utilizar los plásticos de desecho como fuente de carbono para la biofabricación. Es una idea muy avanzada. Pero hemos demostrado que utilizando plásticos de desecho podemos alimentar a los microbios. Con más herramientas de ingeniería genética, los microbios podrían ser capaces crecer en múltiples tipos de plásticos al mismo tiempo. Prevemos el potencial de continuar con este estudio donde podamos reemplazar los azúcares, fuentes tradicionales de carbono para los microbios, con plásticos mixtos procesados ​​​​difíciles de reciclar que se pueden convertir en productos valiosos. mediante fermentación", afirmó Zilong Wang, investigador postdoctoral de UC Berkeley que trabaja en JBEI.

El siguiente paso de los científicos del Laboratorio de Berkeley es experimentar con otros catalizadores de sales orgánicas para tratar de encontrar uno que sea altamente efectivo para descomponer polímeros y que pueda reutilizarse en múltiples lotes para reducir costos. También están modelando cómo funcionaría el proceso a gran escala en instalaciones de reciclaje del mundo real.

En su artículo, los científicos demostraron el potencial de su enfoque en experimentos de laboratorio con mezclas de tereftalato de polietileno (PET), el plástico a base de petróleo más común, utilizado en cosas como botellas de agua e hilado en fibras de poliéster, y PLA. el plástico de base biológica más común.

Utilizaron un catalizador de sal a base de aminoácidos desarrollado previamente por colegas de JBEI y una cepa de Pseudomonas putida diseñada por científicos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge.

Esta combinación descompuso con éxito el 95% de la mezcla de PET/PLA y convirtió las moléculas en un tipo de polímero de polihidroxialcanoato (PHA). Los PHA son una nueva clase de sustitutos del plástico biodegradables diseñados para descomponerse de manera eficiente en una variedad de entornos naturales, a diferencia de los plásticos a base de petróleo.

Hemant Choudhary, miembro del equipo, señaló que aunque su proceso de reciclaje químico actualmente solo está probado para plásticos PET contaminados con PLA biodegradable, aún sería beneficioso para los diversos flujos de plástico que se encuentran en las instalaciones de reciclaje reales.

"Se puede integrar completamente con las fuentes de plástico existentes", dijo Choudhary, científico del personal de los Laboratorios Nacionales Sandia que trabaja en JBEI. La mayoría de los productos comerciales no son sólo un tipo de plástico, sino varios tipos diferentes combinados, explicó. Por ejemplo, una chaqueta polar se fabrica con poliésteres a base de PET junto con poliolefinas o poliamidas.

"Podemos incluirlo en nuestro proceso de un solo recipiente y procesar fácilmente el componente de poliéster de esa mezcla y convertirlo en un bioplástico. Estos monómeros son solubles en agua, pero las partes sobrantes, las poliolefinas o poliamidas, no lo son". Los restos se pueden eliminar fácilmente mediante una simple filtración y luego enviarse a un proceso de reciclaje mecánico tradicional donde el material se tritura y se funde, dijo Choudhary.

"El reciclaje químico ha sido un tema candente, pero es difícil lograrlo a escala comercial porque todos los pasos de separación son muy costosos", dijo Ning Sun, científico de la ABPDU, autor principal e investigador principal de este proyecto. .

"Pero al usar un catalizador biocompatible en agua, los microbios pueden convertir directamente los plásticos despolimerizados sin pasos de separación adicionales. Estos resultados son muy interesantes, aunque reconocemos que todavía se necesitan una serie de mejoras para lograr la viabilidad económica del proceso desarrollado. "

Las coautoras Nawa R. Baral y Corinne Scown, expertas en análisis tecnoeconómico del JBEI y el Área de Biociencias del Laboratorio Berkeley, también demostraron que una vez optimizado con una solución salina reutilizable, el proceso podría reducir el costo y la huella de carbono de los PHA en un 62% y un 29%. %, respectivamente, en comparación con la producción comercial actual de PHA.

Más información: Ning Sun et al, Un enfoque híbrido químico-biológico puede reciclar residuos plásticos mixtos con costos y huella de carbono reducidos, One Earth (2023). DOI:10.1016/j.oneear.2023.10.015. www.cell.com/one-earth/fulltex... 2590-3322(23)00490-6

Información de la revista: Una Tierra

Proporcionado por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley