Una nueva forma de reciclar plástico captura carbono

En medio de crecientes preocupaciones sobre el estado del clima y el medio ambiente, se han realizado importantes esfuerzos para desarrollar soluciones innovadoras para reducir los desechos plásticos y absorber dióxido de carbono de la atmósfera, la mayoría de las cuales abordan una crisis a la vez.

Sin embargo, los investigadores han ideado recientemente un proceso sostenible y de circuito cerrado para producir y reciclar plástico de policarbonato y al mismo tiempo capturar carbono, abordando eficazmente ambos desafíos simultáneamente.

El reciclaje de plástico tradicional es un proceso mecánico que implica clasificar, limpiar y granular el plástico en escamas antes de calentarlo a alta temperatura, y no todos los plásticos se pueden reciclar de esta manera, aunque es más ecológico que la incineración o la eliminación en vertederos.

«pero, [mechanical recycling] «Los plásticos tienen un problema crítico porque la exposición repetida a altas temperaturas puede causar cambios permanentes en la composición química del plástico, lo que resulta en la producción de plásticos reciclados de mala calidad», explicó Hoyoung Chung, profesor de la Universidad Estatal de Florida y científico del estudio actual. Estancia.

Aprovechamiento de residuos de lignina en la fabricación de nuevos materiales plásticos.

El método de reciclaje desarrollado por Zhong y el investigador postdoctoral Arijit Goray es fundamentalmente diferente del reciclaje mecánico. Implica convertir el policarbonato en sus componentes básicos originales en un proceso conocido como despolimerización.

La clave para este proceso es la lignina, un componente clave de la biomasa que ahora es conocido por su capacidad para reemplazar al menos parcialmente los combustibles fósiles en la producción de plásticos y otros productos comerciales debido a su potencial renovable, amplio mercado y bajo costo. También es un importante subproducto no deseado de las industrias de biocombustibles y de pulpa y papel, estas últimas producen aproximadamente entre 50 y 70 mil millones de toneladas de lignina al año. Gran parte de esta lignina se desperdicia.

El concepto de “convertir los residuos en riqueza” no es nuevo. Los científicos han convertido todo tipo de desechos que normalmente se desechan, como restos de poda de aguacate y virutas de metal, en productos útiles como plásticos y combustible de hidrógeno.

Los químicos también saben desde hace décadas que el dióxido de carbono se puede convertir en plástico de policarbonato, pero el proceso tradicional no es el más sostenible. Normalmente, el dióxido de carbono reacciona con compuestos derivados de combustibles fósiles, y la reacción requiere no sólo altas temperaturas y presiones – lo que significa un alto consumo de energía – sino también catalizadores metálicos diseñados con precisión, lo que añade complejidad al proceso y también costos financieros, dependiendo de la tipo de material. El metal utilizado.

Para hacer el proceso más sostenible, Chung y Gorai utilizaron lignina en lugar de materias primas derivadas de combustibles fósiles, así como un catalizador sin metales. La lignina es una buena alternativa porque su estructura química es rica en grupos funcionales que pueden reaccionar con el dióxido de carbono en presencia de un catalizador adecuado.

Esta reacción, que los investigadores catalizaron utilizando una molécula orgánica, produce carbonato cíclico, el componente básico o «monómero» del policarbonato. El segundo paso, la polimerización de carbonatos cíclicos en policarbonato, se puede realizar a temperatura ambiente y presión atmosférica normal, condiciones mucho más suaves que las requeridas para la síntesis convencional.

Al ajustar el catalizador, la cantidad de catalizador y el tiempo de reacción, se pueden controlar las propiedades del plástico, como su estabilidad térmica y resistencia, lo que permite adaptar el policarbonato a aplicaciones específicas. Después de su uso previsto, se puede reciclar mediante despolimerización, donde el plástico se convierte nuevamente en su monómero.

Economía circular del plástico

Reciclaje químicoEl reciclaje químico, que es la conversión de residuos plásticos en productos de mayor valor, parece ser el eslabón perdido en la transición a la nueva tecnología. Economía plástica circular.

El enfoque de Chung y Gurai respecto del reciclaje químico era relativamente sencillo; Para obtener el ciclocarbonato nativo, calentaron el policarbonato a 90°C durante 12 horas usando el mismo catalizador orgánico para acelerar la reacción de despolimerización.

«Podemos utilizar estos monómeros reciclados para remanufacturar el polímero original de alta calidad», explicó Goray. «Al adoptar este método, podemos evitar cualquier degradación de la calidad del polímero después del reciclaje».

«[Ideally]El policarbonato avanzado es capaz de producir [repeated] Señaló el reciclaje en un circuito cerrado sin comprometer sus propiedades originales.

Goray y Zhong confirmaron mediante análisis que las propiedades del polímero reciclado eran similares a las del polímero original. Sin embargo, se necesitan más pruebas para determinar cuántas veces se puede reciclar realmente el polímero sin degradarse.

La viabilidad, seguridad y eficiencia de este proceso también deben estudiarse fuera del laboratorio a una escala mucho mayor, pero los investigadores esperan que eventualmente se utilice para producir sustancias químicas de alto valor y polímeros especiales para aplicaciones biomédicas y almacenamiento de energía.

«A corto plazo, el polímero podría usarse en productos plásticos de bajo costo y corta duración en sectores como la construcción, la agricultura, el embalaje, los cosméticos, los textiles, los pañales y los utensilios de cocina desechables», afirmó Zhong.

El estudio no evaluó cuantitativamente cuánto dióxido de carbono fue capturado por la lignina, pero los investigadores nos dicen que tales experimentos están en curso. También planean procesar el policarbonato, que prepararon en forma de polvo, en diferentes formas, como películas, para uso comercial.

Aunque aún queda trabajo por hacer, este estudio muestra que una economía plástica circular para el policarbonato puede ser posible.

Referencia: Arijit Gorai y Hoyoung Chung, una compañía₂ y polímeros sostenibles a base de lignina con reciclaje químico de circuito cerrado, Materiales funcionales avanzados (2024). doi: 10.1002/adfm.202403035

Crédito de la imagen destacada: Claudio Schwartz en Unsplash