25.08.2022 - Pacific Northwest National Laboratory

Reciclaje de plásticos: De residuo a combustible por menos dinero

Los plásticos problemáticos podrían desviarse de los vertederos y convertirse en fuentes de combustible con una nueva tecnología

Una innovación en el reciclado de plásticos que hace más con menos, presentada en la reunión de otoño de la Sociedad Química Americana en Chicago, aumenta simultáneamente la conversión en productos útiles y utiliza menos el precioso metal rutenio.

"El descubrimiento clave del que informamos es la bajísima carga de metal", dijo el químico del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico Janos Szanyi, que dirigió el equipo de investigación. "Esto hace que el catalizador sea mucho más barato".

El nuevo método convierte de forma más eficaz los plásticos en valiosos productos químicos básicos, un proceso denominado "upcycling". Además, produce mucho menos metano, un gas de efecto invernadero indeseable, como subproducto, en comparación con otros métodos conocidos.

"Nos pareció muy interesante que no se hubiera publicado nada anteriormente que mostrara este resultado", dijo la investigadora postdoctoral Linxiao Chen, que presentó la investigación en la ACS. "Esta investigación muestra la oportunidad de desarrollar catalizadores eficaces, selectivos y versátiles para el upcycling de plásticos".

Menos metal es más en el upcycling de plásticos

Los residuos plásticos derivados del petróleo constituyen una fuente sin explotar de sustancias químicas basadas en el carbono que pueden servir como material de partida para materiales duraderos y combustibles útiles. Actualmente se recicla muy poco plástico, principalmente por razones económicas y prácticas. Pero los científicos del PNNL están tratando de cambiar la dinámica aplicando su experiencia en la ruptura eficiente de enlaces químicos.

Es bien sabido que la adición de hidrógeno -reacción conocida como hidrogenólisis- a plásticos difíciles de reciclar, como el polipropileno y el polietileno, constituye una estrategia prometedora para convertir los residuos plásticos en pequeños hidrocarburos de valor añadido. Este proceso requiere catalizadores eficaces y selectivos para que sea económicamente viable.

Ahí es donde esta reciente investigación dirigida por el PNNL ha destacado.

El equipo de investigación descubrió que la reducción de la cantidad del metal precioso rutenio mejoraba realmente la eficacia y la selectividad del reciclado de polímeros. En un estudio publicado recientemente en ACS Catalysis, demostraron que la mejora de la eficiencia se producía cuando la baja proporción de metal con respecto a la estructura de soporte hacía que la estructura pasara de ser un conjunto ordenado de partículas a balsas desordenadas de átomos.

Átomos atrapados

La experiencia del PNNL en catalizadores de un solo átomo ayudó al equipo a comprender por qué menos es más. El equipo de investigación observó la transición al desorden a nivel molecular y luego utilizó la teoría establecida para demostrar que los átomos individuales son en realidad catalizadores más eficaces en este trabajo experimental.

El trabajo se basa en la investigación sobre el atrapamiento de átomos y los catalizadores de un solo átomo realizada por Yong Wang, profesor de ingeniería química de la Universidad Estatal de Washington, Pullman, y becario del Laboratorio PNNL.

"Se ha hecho un gran esfuerzo desde el punto de vista de los materiales para tratar de entender cómo los átomos individuales o las agrupaciones muy pequeñas pueden hacer catalizadores eficaces", dijo Gutiérrez.

En la ACS, Chen también describió un nuevo trabajo que explora el papel del material de soporte en la mejora de la eficiencia del sistema.

"Hemos investigado materiales de soporte más baratos y fáciles de conseguir para sustituir el óxido de cerio", dijo Chen. "Descubrimos que un óxido de titanio modificado químicamente puede permitir una vía más eficaz y selectiva para el upcycling de polipropileno".

Aprender a tolerar el cloro

Para que el método resulte práctico para su uso con flujos de reciclaje de plástico mixtos, el equipo de investigación está estudiando ahora cómo afecta la presencia de cloro a la eficacia de la conversión química.

"Estamos estudiando condiciones de extracción más exigentes", afirma el químico Oliver Y. Gutiérrez, experto en aplicaciones industriales de la catálisis. "Cuando no se tiene una fuente de plástico limpia, en un proceso industrial de upcycling, se tiene cloro procedente del cloruro de polivinilo y de otras fuentes. El cloro puede contaminar la reacción de reciclaje del plástico. Queremos entender qué efecto tiene el cloro en nuestro sistema".

Ahora, esa comprensión fundamental puede ayudar a convertir en productos útiles los residuos de plástico que normalmente acabarían contaminando el medio ambiente.

  • Linxiao Chen et al.; Disordered, Sub-Nanometer Ru Structures on CeO2 are Highly Efficient and Selective Catalysts in Polymer Upcycling by Hydrogenolysis; ACS Catal. 2022

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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