News.- Guoliang ‘Greg’ Liu, del Departamento de Química, ha descubierto un nuevo método para reciclar plásticos, desde cartones de leche, envases de alimentos y bolsas de plástico, en jabón. El método: Caliente las largas cadenas de carbono en los plásticos y luego enfríelas rápidamente.
Un equipo dirigido por investigadores de Virginia Tech ha desarrollado un nuevo método para reciclar plásticos en productos químicos de alto valor conocidos como surfactantes, que se utilizan para crear jabón, detergente y más.
Los plásticos y los jabones tienden a tener poco en común cuando se trata de textura, apariencia y, lo que es más importante, cómo se usan. Pero hay una conexión sorprendente entre los dos a nivel molecular: la estructura química del polietileno, uno de los plásticos más utilizados en el mundo hoy en día, es sorprendentemente similar a la de un ácido graso, que se utiliza como precursor químico de jabón. Ambos materiales están formados por largas cadenas de carbono, pero los ácidos grasos tienen un grupo adicional de átomos al final de la cadena.
Guoliang “Greg” Liu , profesor asociado de química en la Facultad de Ciencias de Virginia Tech, había sentido durante mucho tiempo que esta similitud implicaba que debería ser posible convertir el polietileno en ácidos grasos, y con algunos pasos adicionales al proceso, para producir jabón. El desafío era cómo dividir una cadena larga de polietileno en muchas cadenas cortas, pero no demasiado cortas, y cómo hacerlo de manera eficiente. Liu creía que existía el potencial de un nuevo método de reciclaje que podría tomar desechos plásticos de bajo valor y convertirlos en un producto útil de alto valor.
Después de haber considerado la pregunta durante algún tiempo, Liu se inspiró mientras disfrutaba de una noche de invierno junto a una chimenea. Observó el humo que salía del fuego y pensó en cómo el humo estaba formado por diminutas partículas producidas durante la combustión de la madera. Aunque los plásticos nunca deben quemarse en una chimenea por razones de seguridad y ambientales, Liu comenzó a preguntarse qué pasaría si el polietileno pudiera quemarse en un laboratorio seguro. ¿La combustión incompleta del polietileno produciría “humo” como lo hace la quema de madera? Si alguien fuera a capturar ese humo, ¿de qué estaría hecho?
“La leña está hecha principalmente de polímeros como la celulosa. La combustión de la leña rompe estos polímeros en cadenas cortas y luego en pequeñas moléculas gaseosas antes de la oxidación total a dióxido de carbono”, dijo Liu, titular de la Beca de Ciencias de la Vida de la Facultad Junior de Blackwood en el Departamento de Química. “Si descomponemos de manera similar las moléculas de polietileno sintético pero detenemos el proceso antes de que se descompongan en pequeñas moléculas gaseosas, entonces deberíamos obtener moléculas similares al polietileno de cadena corta”.
Con la ayuda de Zhen Xu y Eric Munyaneza, dos Ph.D. estudiantes de química en el laboratorio de Liu, Liu construyó un pequeño reactor similar a un horno donde podían calentar polietileno en un proceso llamado termólisis de gradiente de temperatura. En la parte inferior, el horno está a una temperatura lo suficientemente alta como para romper las cadenas de polímeros, y en la parte superior, el horno se enfría a una temperatura lo suficientemente baja como para evitar que se rompa más. Después de la termólisis, recolectaron el residuo, similar a limpiar el hollín de una chimenea, y descubrieron que la corazonada de Liu había sido correcta: estaba compuesto de “polietileno de cadena corta”, o más precisamente, ceras.
Este fue el primer paso en el desarrollo de un método para convertir plásticos en jabón, dijo Liu. Luego de agregar algunos pasos más, incluida la saponificación, el equipo fabricó el primer jabón del mundo con plásticos. Para continuar con el proceso, el equipo contó con la ayuda de expertos en modelado computacional, análisis económico y más.
Algunos de estos expertos fueron presentados al equipo a través de conexiones con el Instituto de Innovación de Macromoléculas en Virginia Tech. Juntos, el grupo documentó y perfeccionó el proceso de upcycling hasta que estuvo listo para compartirlo con la comunidad científica. El trabajo fue publicado hoy en la popular revista Science .
“Nuestra investigación demuestra una nueva ruta para el reciclaje de plástico sin utilizar catalizadores novedosos ni procedimientos complejos. En este trabajo, hemos demostrado el potencial de una estrategia en tándem para el reciclaje de plástico”, dijo Xu, autor principal del artículo. “Esto iluminará a las personas para desarrollar diseños más creativos de procedimientos de reciclaje en el futuro”.
Aunque el polietileno fue el plástico que inspiró este proyecto, el método upcycling también puede funcionar con otro tipo de plástico conocido como polipropileno. Estos dos materiales constituyen gran parte del plástico que los consumidores encuentran todos los días, desde envases de productos hasta envases de alimentos y telas. Una de las características interesantes del nuevo método de reciclaje de Liu es que se puede usar en ambos plásticos a la vez, lo que significa que no es necesario separarlos. Esta es una gran ventaja sobre algunos métodos de reciclaje utilizados hoy en día, que requieren una clasificación cuidadosa de los plásticos para evitar la contaminación. Ese proceso de clasificación puede ser bastante difícil, debido a lo similares que son los dos plásticos entre sí.
Otro de los beneficios de la técnica del upcycling es que tiene unos requisitos muy sencillos: plástico y calor. Aunque los últimos pasos del proceso requieren algunos ingredientes adicionales para convertir las moléculas de cera en ácidos grasos y jabón, la transformación inicial del plástico es una reacción sencilla. Esto contribuye a la rentabilidad del método, así como a su impacto ambiental comparativamente pequeño.
Para que el upcycling sea efectivo a gran escala, el producto final debe ser lo suficientemente valioso como para cubrir los costos del proceso y hacerlo económicamente más atractivo que las opciones alternativas de reciclaje.
Si bien los jabones pueden no parecer inicialmente un producto particularmente costoso, en realidad pueden valer el doble o el triple del precio de los plásticos en comparación con el peso. Actualmente, el precio promedio del jabón y detergente asciende a alrededor de $3.550 por tonelada métrica, y el del polietileno es de alrededor de $1.150 por tonelada métrica. Además, la demanda de jabones y productos relacionados es comparable a la demanda de plásticos.
Esta investigación sienta las bases para una nueva forma de reducir los desechos al canalizar los plásticos usados hacia la producción de otros materiales útiles, dijo Liu. Con el tiempo, espera que las instalaciones de reciclaje de todo el mundo comiencen a implementar esta técnica. Si es así, los consumidores pueden esperar algún día tener la oportunidad de comprar productos de jabón sostenibles revolucionarios que también conduzcan a una reducción de los desechos plásticos en los vertederos.
Por esta razón, se puede demostrar que convertir plásticos en jabones es económicamente viable, agregó Liu, quien también es miembro afiliado de la facultad del programa de nanociencia , parte de la Academia de Ciencias Integradas de la Facultad de Ciencias , así como del Departamento de Ciencia de Materiales y Ingeniería en Virginia Tech College of Engineering .
“Debe tenerse en cuenta que la contaminación plástica es un desafío global en lugar de un problema de unos pocos países principales. En comparación con un proceso sofisticado y un catalizador o reactivo complejo, un proceso simple puede ser más accesible para muchos otros países del mundo”, dijo Xu. “Espero que esto pueda ser un buen comienzo para la guerra contra la contaminación plástica”.
Investigadores del Departamento de Ingeniería Química también formaron parte de este proyecto y del trabajo de investigación resultante.
