El futuro del reciclaje podría significar algún día disolver el plástico con electricidad
Los químicos de CU Boulder han desarrollado una nueva forma de reciclar un tipo común de plástico que se encuentra en las botellas de refrescos y otros envases. El método del equipo se basa en la electricidad y algunas reacciones químicas ingeniosas, y es lo suficientemente simple como para que puedas ver cómo se rompe el plástico frente a tus ojos.
Los investigadores describieron su nuevo enfoque para el reciclaje químico en la revista Chem Catalysis .
por Daniel Strain, Universidad de Colorado en Boulder
El estudio aborda el creciente problema de la basura plástica en todo el mundo. Según la Agencia de Protección Ambiental, solo Estados Unidos produjo casi 36 millones de toneladas de productos plásticos en 2018. La mayoría de los desechos terminan en vertederos, dijo la coautora del estudio, Oana Luca.
«Nos damos palmaditas en la espalda cuando arrojamos algo a la papelera de reciclaje , pero la mayor parte de ese plástico reciclable nunca termina siendo reciclado», dijo Luca, profesor asistente en el Departamento de Química. «Queríamos descubrir cómo podríamos recuperar materiales moleculares, los componentes básicos de los plásticos, para que podamos usarlos nuevamente».
En la nueva investigación, ella y sus colegas dieron un paso más cerca de hacer precisamente eso.
El grupo se centró en un tipo de plástico llamado tereftalato de polietileno (PET), que los consumidores encuentran todos los días en botellas de agua , blisters e incluso en algunas telas de poliéster. En experimentos de laboratorio a pequeña escala, los investigadores mezclaron trozos de ese plástico con un tipo especial de molécula y luego aplicaron un pequeño voltaje eléctrico. En cuestión de minutos, el PET comenzó a desintegrarse.
El equipo tiene mucho más trabajo por hacer antes de que su herramienta de reciclaje pueda dar un mordisco realista al problema mundial de la basura plástica. Pero aun así fue divertido ver desaparecer los desechos, que pueden quedarse en montones de basura durante siglos, en cuestión de horas o días, dijo el autor principal del estudio, Phuc Pham.
«Fue increíble observar el progreso de la reacción en tiempo real», dijo Pham, estudiante de doctorado en química. «La solución primero se vuelve de un color rosa intenso, luego se vuelve transparente a medida que el polímero se rompe».
La basura de una persona
Luca dijo que es una forma completamente nueva de pensar sobre las posibilidades de la basura. Los contenedores de reciclaje, señaló, pueden parecer una buena solución para el problema mundial de los plásticos. Pero la mayoría de los municipios de todo el mundo han tenido problemas para recolectar y clasificar la pequeña montaña de basura que la gente produce todos los días. El resultado: menos de un tercio de todo el plástico PET en los EE. UU. está cerca de ser reciclado (otros tipos de plástico se quedan aún más atrás). Incluso entonces, métodos como derretir desechos plásticos o disolverlos en ácido pueden alterar las propiedades del material en el proceso.
https://www.youtube.com/embed/PTvwtrNOPYA?color=whiteEn un laboratorio del campus, Phuc Pham aplica electricidad a una solución que contiene plástico PET molido. La solución se vuelve rosa cuando el plástico comienza a disolverse. El paso final en el proceso es exponer la solución al oxígeno, lo que la vuelve amarilla y finalmente vuelve a aclararse cuando el plástico se descompone por completo. Crédito: Universidad de Colorado en Boulder
«Terminas cambiando los materiales mecánicamente», dijo Luca. «Usando los métodos actuales de reciclaje, si derrite una botella de plástico, puede producir, por ejemplo, una de esas bolsas de plástico desechables que ahora tenemos que pagar dinero en la tienda de comestibles».
Ella y su equipo, por el contrario, quieren encontrar una manera de utilizar los ingredientes básicos de las botellas de plástico viejas para hacer botellas de plástico nuevas. Es como destrozar tu castillo de Lego para que puedas recuperar los bloques y crear un edificio completamente nuevo.
el tesoro de otro
Para lograr esa hazaña, el grupo recurrió a un proceso llamado electrólisis, o uso de electricidad para romper moléculas. Los químicos, por ejemplo, saben desde hace mucho tiempo que pueden aplicar un voltaje a los vasos de precipitados llenos de agua y sales para dividir esas moléculas de agua en gas hidrógeno y oxígeno.
Pero el plástico PET es mucho más difícil de dividir que el agua. En el nuevo estudio, Pham trituró botellas de plástico y luego mezcló el polvo en una solución. Luego, él y sus colegas agregaron a la solución un ingrediente adicional, una molécula conocida como sal [N-DMBI]+. Pham explicó que en presencia de electricidad, esta molécula forma un «mediador reactivo» que puede donar su electrón adicional al PET, lo que hace que los granos de plástico se deshagan. Piense en ello como el equivalente químico de dar un golpe de kárate a una tabla de madera.
Los investigadores todavía están tratando de comprender cómo se producen exactamente estas reacciones, pero pudieron descomponer el PET en sus componentes básicos, que el grupo podría recuperar y, potencialmente, utilizar para hacer algo nuevo.
Al implementar solo equipos de mesa en su laboratorio, los investigadores informaron que podían descomponer alrededor de 40 miligramos (una pequeña pizca) de PET durante varias horas.
«Aunque este es un gran comienzo, creemos que se necesita mucho trabajo para optimizar el proceso y ampliarlo para que eventualmente pueda aplicarse a escala industrial», dijo Pham.
Luca, al menos, tiene algunas ideas generales para la tecnología.
«Si tuviera que salirme con la mía como un científico loco, usaría estos métodos electroquímicos para descomponer muchos tipos diferentes de plástico a la vez», dijo Luca. «De esa manera, podrías, por ejemplo, ir a estos enormes parches de basura en el océano, llevar todos esos desechos a un reactor y recuperar muchas moléculas útiles».
Más información: Phuc H. Pham et al, Reciclado de plásticos de éster impulsado por la electricidad usando electro-organocálisis de un electrón, Chem Catalysis (2023). DOI: 10.1016/j.checat.2023.100675