Un nuevo proceso utiliza la humedad del aire para reciclar residuos plásticos

El proceso, no tóxico, ecológico y sin disolventes, utiliza primero un catalizador económico para romper los enlaces del tereftalato de polietileno (PET), el plástico más común de la familia del poliéster. Posteriormente, los investigadores simplemente exponen los fragmentos rotos al aire ambiente. Aprovechando las trazas de humedad presentes en el aire, el PET descompuesto se convierte en monómeros, los componentes esenciales de los plásticos. A partir de ahí, los investigadores prevén que los monómeros podrían reciclarse en nuevos productos de PET u otros materiales más valiosos.

Más segura, más limpia, más barata y más sostenible que los métodos actuales de reciclaje de plástico, la nueva técnica ofrece un camino prometedor hacia la creación de una economía circular para los plásticos. El estudio fue publicado recientemente en la revista Green Chemistry.

«Estados Unidos es el mayor contaminante de plástico per cápita, y solo reciclamos el 5% de esos plásticos», afirma Yosi Kratish, de Northwestern, coautor del estudio. «Existe una necesidad imperiosa de mejores tecnologías que puedan procesar diferentes tipos de residuos plásticos. La mayoría de las tecnologías actuales funden botellas de plástico y las reciclan para obtener productos de menor calidad. Lo especialmente emocionante de nuestra investigación es que aprovechamos la humedad del aire para descomponer los plásticos, logrando un proceso excepcionalmente limpio y selectivo. Al recuperar los monómeros, que son los componentes básicos del PET, podemos reciclarlos o incluso suprarreciclarlos para obtener materiales más valiosos».

«Nuestro estudio ofrece una solución sostenible y eficiente a uno de los desafíos ambientales más acuciantes del mundo: los residuos plásticos», afirma Naveen Malik, primer autor del estudio. «A diferencia de los métodos tradicionales de reciclaje, que suelen generar subproductos nocivos como sales residuales y requieren un consumo considerable de energía o productos químicos, nuestro enfoque utiliza un proceso sin disolventes que aprovecha la humedad residual del aire ambiente. Esto lo hace no solo respetuoso con el medio ambiente, sino también muy práctico para aplicaciones prácticas».

El problema del plástico

Comúnmente utilizado en envases de alimentos y botellas de bebidas, el PET representa el 12 % del total de plásticos utilizados a nivel mundial. Debido a su dificultad para descomponerse, el PET contribuye significativamente a la contaminación plástica. Tras su uso, termina en vertederos o, con el tiempo, se degrada en diminutos microplásticos o nanoplásticos, que a menudo acaban en aguas residuales y cursos de agua.

Encontrar nuevas formas de reciclar el plástico es un tema candente en la investigación. Sin embargo, los métodos actuales para descomponerlo requieren condiciones rigurosas, como temperaturas extremadamente altas, un alto consumo de energía y disolventes, que generan subproductos tóxicos. Los catalizadores utilizados en estas reacciones también suelen ser caros (como el platino y el paladio) o tóxicos, lo que genera residuos aún más dañinos. Una vez realizada la reacción, los investigadores deben separar los materiales reciclados de los disolventes, un proceso que puede requerir mucho tiempo y energía.

En trabajos anteriores, el grupo de Marks en Northwestern fue el primero en desarrollar procesos catalíticos sin disolventes. En el nuevo estudio, el equipo volvió a diseñar un proceso sin disolventes.

«Usar disolventes tiene muchas desventajas», dice Kratish. «Pueden ser caros y hay que calentarlos a altas temperaturas. Luego, tras la reacción, se obtiene una mezcla de materiales que hay que clasificar para recuperar los monómeros. En lugar de usar disolventes, usamos vapor de agua del aire. Es una forma mucho más elegante de abordar los problemas del reciclaje de plástico».

Un proceso más limpio y ecológico

Para llevar a cabo el nuevo estudio, los investigadores utilizaron un catalizador de molibdeno y carbón activado, ambos materiales económicos, abundantes y no tóxicos. Para iniciar el proceso, añadieron PET al catalizador y al carbón activado y luego calentaron la mezcla. Los plásticos de poliéster son moléculas grandes con unidades repetitivas, unidas entre sí mediante enlaces químicos. Tras un breve periodo de tiempo, los enlaces químicos del plástico se rompieron.

A continuación, los investigadores expusieron el material al aire. Con la mínima humedad del aire, el material se convirtió en ácido tereftálico (TPA), el valioso precursor de los poliésteres. El único subproducto fue acetaldehído, una sustancia química industrial valiosa y fácil de eliminar.

«El aire contiene una cantidad significativa de humedad, lo que lo convierte en un recurso fácilmente disponible y sostenible para las reacciones químicas», afirmó Malik. «En promedio, incluso en condiciones relativamente secas, la atmósfera contiene entre 10.000 y 15.000 kilómetros cúbicos de agua. Aprovechar la humedad del aire nos permite eliminar disolventes a granel, reducir el consumo de energía y evitar el uso de productos químicos agresivos, lo que hace que el proceso sea más limpio y respetuoso con el medio ambiente».

«Funcionó a la perfección», dice Kratish. «Cuando añadimos más agua, dejó de funcionar porque era demasiada. Es un equilibrio delicado. Pero resultó que la cantidad de agua en el aire era la justa».

Ventajas infinitas

El proceso resultante es rápido y eficaz. En tan solo cuatro horas, se recuperó el 94 % del TPA posible. El catalizador, además, es duradero y reciclable, lo que significa que puede reutilizarse una y otra vez sin perder eficacia. Además, el método funciona con plásticos mixtos, reciclando selectivamente solo poliésteres. Gracias a su naturaleza selectiva, el proceso evita la necesidad de clasificar los plásticos antes de aplicar el catalizador, lo que supone una importante ventaja económica para la industria del reciclaje.

Cuando el equipo probó el proceso con materiales reales, como botellas de plástico, camisetas de poliéster y residuos plásticos mixtos, demostró ser igual de eficaz. Incluso descompuso plásticos de colores en TPA puro e incoloro.

A continuación, los investigadores planean ampliar la escala del proceso para su uso industrial. Al optimizarlo para aplicaciones a gran escala, buscan garantizar que pueda gestionar grandes cantidades de residuos plásticos.

«Nuestra tecnología tiene el potencial de reducir significativamente la contaminación por plásticos, disminuir su huella ambiental y contribuir a una economía circular donde los materiales se reutilizan en lugar de desecharse», afirma Malik. «Es un paso tangible hacia un futuro más limpio y ecológico, y demuestra cómo la química innovadora puede abordar los desafíos globales de forma respetuosa con la naturaleza».