Un nuevo proceso vaporiza bolsas y botellas de plástico para producir gases con los que fabricar plásticos reciclados

Este método de reciclaje químico se puede aplicar con gran eficacia a residuos de polietileno y polipropileno, dos tipos de poliolefinas presentes en multitud de objetos cotidianos y productos desechables.

Un nuevo proceso de reciclaje químico puede, en esencia, vaporizar los plásticos que hoy dominan el flujo de residuos y convertirlos en bloques de construcción de hidrocarburos para nuevos plásticos.

El proceso catalítico, desarrollado en la Universidad de California en Berkeley, funciona igual de bien con los dos tipos dominantes de residuos plásticos postconsumo: el polietileno, componente de la mayoría de las bolsas de plástico de un solo uso, y el polipropileno, material de los plásticos duros, desde los platos para microondas hasta las maletas. También degrada eficazmente una mezcla de estos tipos de plásticos.

Según los investigadores, el uso extendido de este proceso podría contribuir a crear una economía circular para muchos plásticos de usar y tirar, ya que los residuos plásticos se convertirían de nuevo en los monómeros utilizados para fabricar polímeros, reduciendo así los combustibles fósiles empleados para fabricar nuevos plásticos.

Cuando pensamos en residuos plásticos, muchas veces nos vienen a la cabeza las botellas de agua de plástico transparente fabricadas con tetraftalato de polietileno (PET), un poliéster. Pero el volumen de plásticos de poliéster es minúsculo comparado con el de los plásticos de polietileno y polipropileno, denominados poliolefinas.

«Tenemos una enorme cantidad de polietileno y polipropileno en objetos cotidianos, desde bolsas de almuerzo hasta botellas de jabón de lavandería o garrafas de leche: gran parte de lo que nos rodea está hecho de estas poliolefinas», explica John Hartwig, profesor de química de la UC Berkeley que ha dirigido la investigación. «Lo que ahora podemos hacer, en principio, es tomar esos objetos y devolverlos al monómero de partida mediante reacciones químicas que hemos ideado para romper los enlaces carbono-carbono, que suelen ser estables. Al hacerlo, nos hemos acercado más que nadie a dar al polietileno y al polipropileno el mismo tipo de circularidad que tienen los poliésteres de las botellas de agua».

Los detalles del proceso catalítico se han publicado recientemente en la revista Science.

Una economía circular para los plásticos

Los plásticos de polietileno y polipropileno constituyen alrededor de dos tercios de los residuos plásticos postconsumo de todo el mundo. Alrededor del 80% acaban en vertederos, se incineran o simplemente se desechan, y a menudo terminan como microplásticos en los ríos y el océano. El resto se recicla como plástico de menor valor, convirtiéndose en materiales para terrazas, macetas, etc.

Para reducir estos residuos, los investigadores han estado buscando formas de convertir los plásticos en algo más valioso, como los monómeros que se polimerizan para producir nuevos plásticos. Así, aseguran, se crearía una economía circular de polímeros para plásticos, reduciendo la necesidad de fabricar nuevos plásticos a partir del petróleo, que genera gases de efecto invernadero.

Hace dos años, Hartwig y su equipo de la UC Berkeley idearon un proceso para descomponer las bolsas de plástico de polietileno en el monómero propileno -también llamado propeno-, que luego podría reutilizarse para fabricar plásticos de polipropileno. Este proceso químico empleaba tres catalizadores diferentes de metales pesados hechos a medida: uno para añadir un doble enlace carbono-carbono al polímero de polietileno y los otros dos para romper la cadena en este doble enlace y cortar repetidamente un átomo de carbono y, con etileno, hacer moléculas de propileno (C3H6) hasta que el polímero desapareciera. Pero los catalizadores se disolvían en la reacción líquida y duraban poco, por lo que era difícil recuperarlos en forma activa.

En el nuevo proceso, los costosos catalizadores metálicos solubles se han sustituido por otros sólidos más baratos y de uso común en la industria química para procesos de flujo continuo que reutilizan el catalizador. Los procesos de flujo continuo pueden ampliarse para manejar grandes volúmenes de material.

Sintetizando un catalizador de sodio sobre alúmina, los investigadores descubrieron que rompía o resquebrajaba eficazmente varios tipos de cadenas poliméricas de poliolefina, dejando uno de los dos trozos con un doble enlace carbono-carbono reactivo en el extremo. Un segundo catalizador, óxido de wolframio sobre sílice, añadía el átomo de carbono del extremo de la cadena al gas etileno, que se hace pasar constantemente por la cámara de reacción para formar una molécula de propileno. Este último proceso, denominado metátesis de olefinas, deja tras de sí un doble enlace al que el catalizador puede acceder una y otra vez hasta que toda la cadena se ha convertido en propileno.

La misma reacción se produce con el polipropileno para formar una combinación de propeno y un hidrocarburo llamado isobutileno. El isobutileno se utiliza en la industria química para fabricar polímeros para productos que van desde balones de fútbol hasta cosméticos y para fabricar aditivos de alto octanaje para la gasolina.

Sorprendentemente, el catalizador de tungsteno fue incluso más eficaz que el de sodio para romper las cadenas de polipropileno.

«No se puede conseguir mucho más barato que el sodio», dijo Hartwig. «Y el wolframio es un metal que abunda en la tierra y se utiliza en la industria química a gran escala, a diferencia de nuestros catalizadores de metal de rutenio, que eran más sensibles y más caros». Esta combinación de óxido de tungsteno sobre sílice y sodio sobre alúmina es como coger dos tipos distintos de tierra y hacer que juntos desmonten toda la cadena polimérica en rendimientos aún mayores de propeno a partir de etileno y de una combinación de propeno e isobutileno a partir de polipropileno que los que conseguimos con aquellos catalizadores más complejos y caros.»

Como un collar de perlas

Una ventaja clave de los nuevos catalizadores es que evitan la necesidad de eliminar el hidrógeno para formar un doble enlace carbono-carbono rompible en el polímero, que era una característica del proceso anterior de los investigadores para deconstruir el polietileno. Estos dobles enlaces son el talón de Aquiles de un polímero, del mismo modo que los enlaces reactivos carbono-oxígeno del poliéster o el PET hacen que el plástico sea más fácil de reciclar. El polietileno y el polipropileno no tienen este talón de Aquiles: sus largas cadenas de enlaces simples de carbono son muy resistentes.

«Piense en el polímero de poliolefina como en un collar de perlas», explica Hartwig. «Los cierres del extremo impiden que se caigan. Pero si cortas la cuerda por la mitad, puedes quitar una perla cada vez».

Los dos catalizadores juntos convirtieron una mezcla casi igual de polietileno y polipropileno en propileno e isobutileno -ambos gases a temperatura ambiente- con un rendimiento cercano al 90%. En el caso del polietileno o el polipropileno solos, el rendimiento era aún mayor.

El equipo añadió aditivos plásticos y diferentes tipos de plásticos a la cámara de reacción para ver cómo afectaban los contaminantes a las reacciones catalíticas. Pequeñas cantidades de estas impurezas apenas afectaron a la eficacia de la conversión, pero pequeñas cantidades de PET y cloruro de polivinilo -PVC- redujeron significativamente la eficacia. Sin embargo, esto puede no ser un problema, porque los métodos de reciclado ya separan los plásticos por tipos.

Hartwig señala que, aunque muchos investigadores esperan rediseñar los plásticos desde cero para que sean fácilmente reutilizables, los plásticos actuales, difíciles de reciclar, serán un problema durante décadas.

«Se puede argumentar que deberíamos acabar con todo el polietileno y el polipropileno y utilizar sólo nuevos materiales circulares. Pero el mundo no va a hacer eso durante décadas y décadas. Las poliolefinas son baratas y tienen buenas propiedades, así que todo el mundo las utiliza», explica Hartwig. «La gente dice que si pudiéramos encontrar la manera de hacerlas circulares, sería un gran negocio, y eso es lo que hemos hecho. Uno puede empezar a imaginar una planta comercial que lo haga».