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El trabajo allana el camino para el reciclado de plásticos energéticamente eficiente, reduciendo la contaminación por plásticos y fomentando la producción sostenible de combustible.
Los plásticos son apreciados por su durabilidad, pero esa cualidad también dificulta su descomposición. Pequeños fragmentos de residuos conocidos como microplásticos persisten en el suelo, el agua y el aire y amenazan los ecosistemas y la salud humana. El reciclado tradicional reprocesa los plásticos para fabricar nuevos productos, pero cada vez que se hace, el material pierde calidad debido a la contaminación y la degradación de los polímeros de los plásticos. Además, el reciclado por sí solo no puede seguir el ritmo del creciente volumen de residuos plásticos en el mundo.
Ahora, un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Delaware ha desarrollado un nuevo tipo de catalizador que mejora la conversión de los residuos plásticos en combustibles líquidos más rápidamente y con menos subproductos indeseados que los métodos actuales. Este trabajo piloto, que aparece en la portada del número del 18 de septiembre de la revista Chem Catalysis, contribuye a allanar el camino hacia métodos energéticamente eficientes para reciclar plásticos, reducir su contaminación y fomentar la producción sostenible de combustibles.
"En lugar de dejar que los plásticos se acumulen como residuos, el upcycling los trata como combustibles sólidos que pueden transformarse en combustibles líquidos y productos químicos útiles, lo que ofrece una solución más rápida, eficiente y respetuosa con el medio ambiente", afirma Dongxia Liu, autor principal y catedrático Robert K. Grasseli de Ingeniería Química y Biomolecular de la Facultad de Ingeniería de la UD.
Un método prometedor es la hidrogenólisis, que utiliza hidrógeno gaseoso y un catalizador para convertir los polímeros de los plásticos en combustibles líquidos para el transporte y la industria. Sin embargo, los catalizadores convencionales tienen una eficacia limitada porque a las voluminosas moléculas de polímero les cuesta interactuar con los sitios activos del catalizador donde tiene lugar la reacción. Para solucionar este problema, los investigadores transformaron los MXenos, un tipo de nanomaterial, en MXenos mesoporosos, una forma con poros más grandes y abiertos que no se había utilizado antes para el reciclado de plásticos.
"Los MXenos forman capas bidimensionales, como las páginas de un libro. Estas capas apiladas en el libro cerrado dificultan el paso del plástico fundido, lo que limita el contacto con el catalizador", explicó el primer autor, Ali Kamali, doctorando del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular. "Para mejorar el diseño, insertamos pilares de sílice para abrir el espacio entre las capas de MXeno, permitiendo que los polímeros y compuestos intermedios que se forman durante la reacción fluyan más fácilmente".
Probaron su catalizador mesoporoso de rutenio soportado por MXene con polietileno de baja densidad (LDPE), un plástico utilizado a menudo en bolsas de la compra y películas de plástico. En un pequeño reactor presurizado, el equipo combinó el polietileno de baja densidad con el catalizador y gas hidrógeno y calentó la mezcla, fundiendo el plástico en un jarabe espeso.
El catalizador alcanzó velocidades de reacción casi dos veces superiores a las registradas anteriormente para la hidrogenólisis del LDPE. El catalizador también presentaba una alta selectividad, lo que permitía la producción selectiva de combustibles líquidos y minimizaba los subproductos no deseados, como el metano, un gas de efecto invernadero. Los investigadores atribuyen esta selectividad a la estabilización de las nanopartículas de rutenio en el espacio mesoporoso entre las capas de MXeno.
"Hemos sido capaces de producir un material que no sólo acelera la conversión, sino que también mejora la calidad de los productos del combustible. Este avance pone de relieve el potencial de los catalizadores mesoporosos nanoestructurados para mejorar el reciclado de plásticos", afirmó Liu.
De cara al futuro, el equipo de investigación tiene previsto seguir perfeccionando el catalizador y desarrollar una biblioteca más amplia de catalizadores basados en MXene para su uso con distintos tipos de plásticos. En última instancia, esperan colaborar con socios industriales para convertir los residuos plásticos de un problema en un recurso, transformándolos en combustibles y productos químicos que no sólo ayuden al medio ambiente, sino que también aporten valor económico a las comunidades locales.
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