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(noticias nanowerk) Científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) han desarrollado un proceso que puede convertir la mayoría de los plásticos en ingredientes químicos útiles para el almacenamiento de energía utilizando diodos emisores de luz (LED) y un catalizador disponible comercialmente a temperatura ambiente.
El nuevo proceso es muy eficiente desde el punto de vista energético y, a diferencia de otros procesos de reciclaje impulsados por calor, como la pirólisis, en el futuro podrá funcionar fácilmente con energía renovable. Esta innovación supera los desafíos actuales en el reciclaje de plásticos como el polipropileno (PP), el polietileno (PE) y el poliestireno (PS), que normalmente se incineran o se envían a vertederos. Sólo el nueve por ciento de los plásticos se reciclan en todo el mundo y la contaminación plástica está aumentando a un ritmo alarmante.
El mayor desafío al reciclar estos plásticos son sus enlaces carbono-carbono inertes, que son muy estables y, por lo tanto, requieren una cantidad significativa de energía para romperse. Esta unión es también la razón por la que estos plásticos son resistentes a muchos productos químicos y tienen puntos de fusión relativamente altos.
Actualmente, la única opción comercial para reciclar dichos plásticos es la pirólisis, que genera altos costos de energía y produce grandes cantidades de emisiones de gases de efecto invernadero, lo que la hace demasiado costosa dado el menor valor del aceite de pirólisis resultante. Desarrollado por el profesor asociado Soo Han Sen, experto en fotocatálisis de la Facultad de Química, Ingeniería Química y Biotecnología de NTU, el nuevo método utiliza LED para activar los enlaces carbono-carbono inertes en los plásticos utilizando un catalizador de vanadio disponible comercialmente y de ruptura.
Publicado en la revista esta semana. química (“Reciclaje de plásticos no biodegradables mediante fotocatálisis de metales básicos”): el método NTU puede reciclar una variedad de plásticos, incluidos PP, PE y PS. Estos plásticos juntos representan más del 75 por ciento de los desechos plásticos del mundo.
Al desarrollar una solución respetuosa con el medio ambiente al problema de los residuos plásticos, el equipo quería garantizar que las emisiones de carbono adicionales al reciclar plásticos, que son largas cadenas de moléculas que contienen átomos de carbono, fueran mínimas.
El inventor Assoc Prof Soo dijo: «Nuestro avance no sólo ofrece una respuesta potencial al creciente problema de los desechos plásticos, sino que también reutiliza el carbono atrapado en estos plásticos en lugar de liberarlo a la atmósfera como gases de efecto invernadero a través de la combustión».
Cómo se descomponen los plásticos
Primero, los plásticos se disuelven o dispersan en el disolvente orgánico diclorometano, que se utiliza para dispersar las cadenas de polímeros para que sean más accesibles al fotocatalizador. Luego, la solución se mezcla con el catalizador y se pasa a través de una serie de tubos transparentes donde la luz LED la ilumina.
La luz proporciona la energía inicial para romper los enlaces carbono-carbono utilizando el catalizador de vanadio en un proceso de dos pasos. Los enlaces carbono-hidrógeno de los plásticos se oxidan, lo que los hace menos estables y más reactivos. Luego se rompen los enlaces carbono-carbono.
Una vez separados de la solución, los productos finales son ingredientes químicos como el ácido fórmico y el ácido benzoico, que pueden usarse para producir otros productos químicos para pilas de combustible y portadores de hidrógeno orgánico líquido (LOHC). Actualmente, los LOHC se están investigando en el sector energético, ya que desempeñan un papel fundamental en el desarrollo de energía limpia debido a su capacidad para almacenar y transportar gas hidrógeno de forma más segura.
A diferencia de las tecnologías actuales y otras emergentes para reciclar plásticos, como la pirólisis, que utiliza un proceso de alta temperatura para fundir los plásticos y descomponerlos en combustibles de baja calidad o nanotubos de carbono e hidrógeno, el nuevo método impulsado por LED requiere mucha menos energía.
El profesor Soo añade que su método es único porque puede utilizar la luz solar o LED alimentados por electricidad procedente de fuentes renovables como la solar, la eólica o la geotérmica para procesar y reciclar completamente una gama tan amplia de plásticos. Esto puede permitir una gestión limpia y energéticamente eficiente de los plásticos en una economía circular y aumentar la tasa de reciclaje de los plásticos.
El proceso también puede ayudar a Singapur a reducir la cantidad de residuos plásticos que se incineran o envían a vertederos, ayudando al país a cumplir su Plan Maestro de Residuos Cero, en el que pretende aumentar la tasa general de reciclaje al 70% para 2030 por ciento y reducir la cantidad. Se estima que el espacio en el vertedero de Semakau se agotará en 2035. Singapur genera alrededor de 1 millón de toneladas de residuos plásticos al año y sólo el seis por ciento de los residuos plásticos de Singapur se recicla.
Este estudio es parte de un proyecto más amplio titulado ABETO: Transformación plástica sostenible para una economía circularen el que también participan el profesor Xin (Simba) Chang, decano asociado (investigación) de la Escuela de Negocios de Nanyang y el profesor asociado Md Saidul Islam de la Facultad de Ciencias Sociales.
El equipo interdisciplinario estima que si Singapur pudiera reciclar el 80 por ciento de sus plásticos, podría resultar en una reducción de las emisiones de dióxido de carbono de al menos 2,1 millones de toneladas, alrededor del cuatro por ciento de las emisiones totales de gases de efecto invernadero del país. Además, cuando los plásticos se reciclan para convertirlos en materias primas químicas, se reduce la necesidad de la industria química de quemar combustibles fósiles para producir materias primas químicas, lo que reduce aún más las emisiones de gases de efecto invernadero.
Según las estimaciones del profesor Chang y otros miembros del equipo, el beneficio económico de reducir las emisiones de dióxido de carbono se estima en 41,40 millones de dólares singapurenses por año, mientras que el ahorro de costos estimado al eliminar el uso de vertederos en Singapur es de aproximadamente 41,35 millones de dólares singapurenses por año. Se prevé que la reutilización y el reciclaje de plásticos generarán hasta 60 mil millones de dólares en ganancias para la industria química en todo el mundo.
El profesor Chang, experto en finanzas corporativas, añadió: «Dado que la industria química de Singapur representó aproximadamente un tercio de la producción manufacturera en 2015, la integración de la tecnología de reciclaje de plástico en la industria tiene el potencial de generar importantes beneficios económicos y lograr impactos ecológicos». »
El experto en sociología Assoc Prof Islam dijo: «Este enfoque innovador, al convertir los desechos plásticos en recursos valiosos como el ácido fórmico, no solo reduce la carga de la contaminación plástica sino que también aborda la creciente demanda de productos químicos sostenibles». Esto contribuye a un medio ambiente más limpio » Mejora la salud pública y crea nuevas oportunidades laborales, particularmente en investigación, desarrollo y producción, promoviendo así el crecimiento económico con un cambio hacia economías circulares”.
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