Cómo se transforman los residuos plásticos en productos de mayor valor
Unos químicos de la ETH han desarrollado un proceso sencillo para reciclar residuos de polietileno y polipropileno y convertirlos en adhesivos de alto rendimiento.
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Un equipo de investigadores de la ETH de Zúrich está reciclando residuos de polietileno y polipropileno —dos de los plásticos más utilizados del mundo— para convertirlos en un adhesivo extremadamente resistente, entre otras muchas cosas.
Cada año se producen en todo el mundo alrededor de 450 millones de toneladas de plásticos. La mayor parte de este enorme volumen se utiliza una sola vez y acaba en una incineradora o en vertederos. Esto también se aplica a las denominadas poliolefinas, entre las que se incluyen el polietileno (PE) y el polipropileno (PP). En forma de materiales de embalaje y láminas, representan aproximadamente la mitad de nuestro consumo de plástico.
Reciclaje de baja calidad o alto consumo energético
Aunque las poliolefinas pueden fundirse y moldearse de nuevo, este proceso conlleva importantes pérdidas de calidad. Los colorantes presentes en los residuos confieren un color oscuro al material reciclado, mientras que el proceso de calentamiento deteriora su calidad: como resultado, el material solo es apto para aplicaciones de baja calidad, como macetas o losas de pavimento.
Hasta ahora, ha resultado imposible descomponer selectivamente las poliolefinas en sus componentes básicos —los monómeros— a partir de los cuales se pudieran sintetizar nuevos polímeros de alta calidad. Las olefinas, que se componen exclusivamente de carbono e hidrógeno, carecen de los átomos de oxígeno, nitrógeno o cloro necesarios para las reacciones de escisión selectivas. Hasta la fecha, el único método viable es la descomposición aleatoria mediante un proceso de calentamiento que consume mucha energía, conocido como pirólisis. Esto produce materias primas derivadas del petróleo a partir de las cuales deben reconstruirse los monómeros.
Reciclaje creativo para obtener adhesivos de alto rendimiento
Ahora, un equipo de investigadores dirigido por el químico especializado en polímeros y profesor de la ETH Tae-Lim Choi ha desarrollado un proceso que permite el «upcycling» de las poliolefinas para convertirlas en plásticos de mayor valor, en lugar de simplemente reciclarlas de una forma que reduzca su valor. Para lograrlo, injertan en los plásticos cadenas poliméricas adicionales con nuevas funcionalidades. La ETH de Zúrich ha patentado el proceso y lo ha presentado como candidato al Premio Spark. Con este galardón, la universidad distingue a la solicitud de patente más prometedora del año.
Hongsik Kim, el científico sénior del grupo de Choi que fue el principal responsable del desarrollo del método, fabricó adhesivos como primer producto utilizando bolsas y botellas de plástico estándar. Su fuerza adhesiva con diversos materiales, como el metal, el vidrio o la madera, cumple los requisitos de un adhesivo industrial empleado en uniones que soportan carga y están sometidas a grandes tensiones en la fabricación de vehículos o equipos. Sin embargo, el abanico de aplicaciones potenciales es mucho más amplio: las cadenas poliméricas adicionales permiten introducir en las poliolefinas todo el espectro de funcionalidades químicas; desde grupos polares que interactúan con el agua en distintos grados, pasando por ácidos y bases, hasta grupos químicos capaces de sufrir reacciones muy específicas.
Los átomos de cloro reactivos activan las cadenas poliméricas
Los disolventes clorados son un componente químico clave del proceso. Al ser irradiados con luz de longitud de onda corta, estos disolventes pueden generar átomos de cloro individuales altamente reactivos, conocidos como radicales. Estos transfieren su reactividad a los átomos de carbono de las cadenas de poliolefina, lo que da lugar a radicales de carbono, que pueden utilizarse como punto de partida para la síntesis de cadenas poliméricas adicionales.
La idea de utilizar disolventes clorados para crear sitios reactivos en las cadenas de poliolefina surge de una colaboración entre Choi y el grupo dirigido por Athina Anastasaki, catedrática de Polímeros Sostenibles en la ETH de Zúrich. Ella ha aplicado este principio al reciclaje del vidrio acrílico, también conocido bajo la marca Plexiglas.
Sencillo y controlable con precisión
Las principales ventajas del método recién patentado son su extrema simplicidad, el hecho de que no requiera reactivos ni catalizadores especiales y costosos, y que no necesite altas temperaturas de proceso.
Todo el proceso se lleva a cabo en un único paso: los residuos plásticos se disuelven en un disolvente clorado, tras lo cual se añaden los monómeros necesarios para la síntesis del polímero injertado deseado.
Además, el proceso puede controlarse con precisión: «Podemos controlar cuántos radicales se generan —y, por consiguiente, cuántos sitios de las cadenas de poliolefina se activan para el injerto— ajustando el grado de cloración del disolvente y la longitud de onda de la luz según sea necesario», explica Kim.
Se abre la puerta a plásticos con nuevas propiedades
Además del adhesivo que se ha fabricado ahora, se pueden imaginar muchas otras aplicaciones de esta tecnología, como explica Choi: «El adhesivo es un producto de primera generación. En el futuro, será posible obtener plásticos con propiedades totalmente nuevas. En principio, se pueden injertar en las poliolefinas polímeros adicionales con cualquier funcionalidad química imaginable».
Desde que se publicó la patente hace seis meses, los investigadores ya han establecido numerosos contactos con la industria. Una colaboración concreta se centra en los envases alimentarios fabricados con plásticos de poliolefina, que no solo serán impermeables, sino que también impedirán la penetración de oxígeno. Como resultado, los alimentos se oxidan menos en el congelador («se estropean menos») que con los envases actuales de polietileno y polipropileno.
Adhesivo capaz de mejorar los productos reciclados
Además, la funcionalidad adhesiva del primer producto abre nuevas posibilidades, según Kim: «Como agente aglutinante, estos materiales podrían, entre otras cosas, unir plástico reciclado de baja calidad para convertirlo en un material mucho más duradero y, por lo tanto, de mayor calidad».
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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