Un nuevo proceso de reciclaje podría encontrar mercados para los residuos plásticos "basura"

Jul 17, 2023

Los residuos de plástico de bajo valor se pueden convertir en productos químicos de alto valor en un nuevo proceso desarrollado por investigadores de la UW-Madison. Joel Hallberg

Aunque muchos estadounidenses depositan diligentemente su basura plástica en los contenedores apropiados cada semana, muchos de esos materiales, incluidas películas flexibles, materiales multicapa y muchos plásticos de colores, no son reciclables utilizando métodos de reciclaje mecánico convencionales. Al final, sólo alrededor del 9 por ciento del plástico en Estados Unidos se reutiliza alguna vez, a menudo en productos de bajo valor. Sin embargo, con una nueva técnica, los ingenieros químicos de la Universidad de Wisconsin-Madison están convirtiendo residuos de plástico de bajo valor en productos de alto valor.

El nuevo método, descrito en la edición del 11 de agosto de la revista Science, podría aumentar los incentivos económicos para el reciclaje de plástico y abrir una puerta al reciclaje de nuevos tipos de plástico. Los investigadores estiman que sus métodos también podrían reducir las emisiones de gases de efecto invernadero procedentes de la producción convencional de estos productos químicos industriales en aproximadamente un 60 por ciento.

La nueva técnica se basa en un par de técnicas de procesamiento químico existentes. La primera es la pirólisis, en la que los plásticos se calientan a altas temperaturas en un ambiente libre de oxígeno. El resultado es aceite de pirólisis, una mezcla líquida de varios compuestos. El aceite de pirólisis contiene grandes cantidades de olefinas, una clase de hidrocarburos simples que son un componente central de los productos químicos y polímeros actuales, incluidos varios tipos de poliésteres, tensioactivos, alcoholes y ácidos carboxílicos.

En los procesos actuales que consumen mucha energía, como el craqueo con vapor, los fabricantes de productos químicos producen olefinas sometiendo el petróleo a calor y presión extremadamente altos. En este nuevo proceso, el equipo de UW-Madison recupera olefinas del aceite de pirólisis y las utiliza en un proceso químico que consume mucha menos energía llamado catálisis de hidroformilación homogénea. Este proceso convierte las olefinas en aldehídos, que luego pueden reducirse aún más a importantes alcoholes industriales.

"Estos productos se pueden utilizar para fabricar una amplia gama de materiales de mayor valor", afirma George Huber, profesor de ingeniería química y biológica que dirigió el trabajo junto con el investigador postdoctoral Houqian Li y el estudiante de doctorado Jiayang Wu.

Estos materiales de mayor valor incluyen ingredientes utilizados para fabricar jabones y limpiadores, así como otros polímeros más útiles.

Utilizando un proceso llamado hidroformilación, el profesor George Huber (izquierda) y el investigador postdoctoral Houqian Li pueden recuperar las olefinas en un aceite elaborado a partir de residuos de plástico y transformarlas en productos químicos de alto valor. Joel Hallberg

"Estamos muy entusiasmados con las implicaciones de esta tecnología", dice Huber, quien también dirige el Centro para el reciclaje químico de residuos plásticos, financiado por el Departamento de Energía. "Es una plataforma tecnológica para mejorar los residuos plásticos mediante la química de hidroformilación".

La industria del reciclaje podría adoptar el proceso pronto; En los últimos años, al menos 10 grandes empresas químicas han construido o anunciado planes de instalaciones para producir aceites de pirólisis a partir de residuos plásticos. Muchos de ellos pasan el aceite de pirólisis a través de craqueadores de vapor para producir compuestos de bajo valor. La nueva técnica de reciclaje químico podría proporcionar una forma más sostenible y lucrativa de utilizar esos aceites.

"Actualmente, estas empresas no tienen un enfoque realmente bueno para mejorar el aceite de pirólisis", dice Li. “En este caso, podemos obtener alcoholes de alto valor por valor de entre 1.200 y 6.000 dólares por tonelada a partir de plásticos de desecho, que sólo valen unos 100 dólares por tonelada. Además, este proceso utiliza tecnología y técnicas existentes. Es relativamente fácil ampliarlo”.

El estudio fue un esfuerzo de colaboración entre algunos departamentos diferentes de UW-Madison, dice Huber. Clark Landis, presidente del Departamento de Química y experto mundial en hidroformilación, sugirió la posibilidad de aplicar la técnica a los aceites de pirólisis. El profesor de ingeniería química y biológica Manos Mavrikakis utilizó modelos avanzados para proporcionar información a nivel molecular sobre los procesos químicos. Y el profesor de ingeniería química y biológica Víctor Zavala ayudó a analizar la economía de la técnica y el ciclo de vida de los residuos plásticos.

El siguiente paso del equipo es ajustar el proceso y comprender mejor qué plásticos reciclados y combinaciones de catalizadores producen qué productos químicos finales.

"Hay muchísimos productos diferentes y muchas rutas que podemos seguir con esta tecnología de plataforma", afirma Huber. “Existe un mercado enorme para los productos que fabricamos. Creo que realmente podría cambiar la industria del reciclaje de plástico”.

George Huber es el profesor Richard L. Antoine. Manos Mavrikakis es el catedrático distinguido Ernest Micek, el profesor James A. Dumesic y el profesor de logros distinguidos Vilas. Víctor Zavala es el profesor Baldovin-DaPra. Otros autores de UW-Madison incluyen a Zhen Jiang y Jiaze Ma.

Los autores agradecen el apoyo del Departamento de Energía de EE. UU., Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable, Oficina de Tecnologías de Bioenergía con el número de premio DEEE0009285; El Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE respaldada por la Oficina de Ciencias del DOE, bajo el contrato no. DE-AC02-05CH11231 utilizando el premio NERSC BES-ERCAP0022773; El Centro de Materiales a Nanoescala, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE ubicada en el Laboratorio Nacional Argonne, respaldada por el contrato DE-AC02-06CH11357 del DOE; y el Centro de Computación de Alto Rendimiento de UW-Madison, respaldado por UW-Madison, la Iniciativa de Computación Avanzada, la Fundación de Investigación de Antiguos Alumnos de Wisconsin, los Institutos de Descubrimiento de Wisconsin y la Fundación Nacional de Ciencias.

Etiquetas: ingeniería química y biológica, La idea de Wisconsin