Una botella de plástico para bebidas es uno de los objetos más “reciclables” en el flujo de residuos moderno. Es ligero y se recoge en grandes volúmenes. Sin embargo, incluso para este artículo, la realidad del reciclaje es complicada: etiquetas, tintas, tapas, residuos de alimentos, colorantes y, ocasionalmente, plástico incorrecto, todo se agrupa. La química puede ser simple, pero los desechos no lo son.
Mi equipo está desarrollando una nueva forma de lidiar con los desechos plásticos contaminados. En lugar de suponer una clasificación perfecta, partimos de la realidad de que los flujos de residuos son mixtos, inconsistentes y a menudo sucios, y diseñamos una química que pueda tolerar eso.
Utilizando catalizadores basados en nanomateriales, impulsamos la despolimerización, un proceso que descompone los plásticos en sus componentes moleculares. Al ajustar la reacción, es posible apuntar selectivamente a plásticos específicos incluso en corrientes mixtas o impuras. El objetivo es un proceso construido para desechos del mundo real, no para condiciones de laboratorio.
Este trabajo es importante porque la escala del problema es enorme. A nivel mundial, solo alrededor del 9% de los residuos plásticos se recicla después de contabilizar las pérdidas y los residuos. Gran parte del resto se envía a vertederos, se quema o se filtra al medio ambiente.
El reciclaje puede parecer engañosamente exitoso cuando solo se realiza un seguimiento de lo que se recolecta.
El tereftalato de polietileno (PET) es el único polímero (material molecular) que se utiliza en muchas botellas. En Europa, la recogida de botellas de bebidas de PET ha alcanzado en los últimos años alrededor de las tres cuartas partes. Pero la recolección es sólo el comienzo. Lo que sucede a continuación determina si el plástico realmente circula o sale silenciosamente del sistema.
Hoy en día, la mayor parte del PET se recicla mecánicamente: el plástico se clasifica, se lava, se funde y se remodela. Esto funciona bien para materiales limpios e incoloros, pero es sensible a la contaminación y los aditivos. Una pequeña cantidad del polímero incorrecto puede debilitar un lote. Pueden persistir colorantes y estabilizantes. Cada ciclo de calentamiento puede reducir ligeramente el rendimiento. Con el tiempo, el material se aleja de la calidad requerida para el embalaje de calidad alimentaria y, a menudo, se recicla para convertirlo en productos de menor valor.
Por eso llama la atención el reciclaje químico. En lugar de fundir plásticos para darles nuevas formas, el objetivo es descomponer el polímero nuevamente en pequeñas moléculas que puedan purificarse y usarse nuevamente, devolviéndolo efectivamente a sus componentes químicos.
Revisiones recientes del reciclaje químico resaltan tanto las promesas como los desafíos técnicos, especialmente cuando los flujos de desechos se mezclan. La dificultad no es demostrar que los plásticos se puedan descomponer en un laboratorio. Se trata de lograr que la química funcione de manera confiable con los desechos del mundo real.
Los nanomateriales se diseñan a escala muy pequeña (miles de veces más delgados que un cabello humano), lo que les confiere una gran superficie reactiva. Esa superficie se puede ajustar para fomentar reacciones químicas específicas y desalentar otras, haciendo que la despolimerización sea más rápida y controlable. Una investigación más amplia sobre la despolimerización catalítica destaca cómo los materiales avanzados pueden ayudar a que estos procesos sean más prácticos a escala.
Abrazando las imperfecciones
La tolerancia a la contaminación da forma a la economía del reciclaje. Los estudios sobre gestión de residuos muestran que los plásticos mezclados o contaminados aumentan los costos de reciclaje porque requieren una separación y limpieza adicionales. Se gasta agua, energía y trabajo en pos de la pureza. Una química que pueda aceptar insumos más sucios podría cambiar el lugar donde se crea valor.
Cuando los plásticos no se pueden reciclar para convertirlos en nuevos productos, a menudo se incineran o se depositan en vertederos. Una hoja de ruta de la ONU sobre la contaminación plástica sostiene que enfoques más circulares podrían reducir significativamente los desechos y las emisiones. Eso requiere ver el plástico no sólo como basura, sino como carbono almacenado que puede ser redirigido.
Los plásticos a menudo se tratan como basura, pero químicamente son carbono e hidrógeno concentrados. Si esas moléculas pueden reorganizarse en lugar de descartarse, los residuos de plástico se convierten en una materia prima potencial para la producción de hidrógeno. Se habla ampliamente del hidrógeno como combustible y materia prima industrial del futuro, pero la mayor parte del hidrógeno actual todavía se produce a partir de combustibles fósiles.
Según la Agencia Internacional de Energía, la producción mundial de hidrógeno en 2023 emitió alrededor de 920 millones de toneladas de dióxido de carbono. Si crece la demanda de hidrógeno para la industria, el transporte y el almacenamiento de energía, su huella de carbono será importante. Algunas investigaciones emergentes exploran la conversión de desechos plásticos en gas rico en hidrógeno utilizando catalizadores para guiar la descomposición de largas moléculas de plástico. Al controlar cuidadosamente las condiciones de reacción, el proceso puede favorecer la producción de hidrógeno en lugar de subproductos no deseados.
De esta manera, los residuos de plástico pasan de ser un mero desafío de reciclaje a convertirse en una materia prima potencial para sistemas energéticos con bajas emisiones de carbono.
La prueba práctica para cualquiera de estos enfoques es sencilla: ¿siguen funcionando cuando la materia prima cambia día a día? Un fardo que consta principalmente de botellas pero que incluye bandejas. Un lote con demasiado tinte. Un arroyo con restos de papel y pegamento.
La realidad industrial rara vez es ordenada. Si esa variabilidad se puede abordar en condiciones que no son ideales en lugar de tener que eliminarla, los desechos plásticos se convierten en una materia prima imperfecta, pero aún así increíblemente útil. En un mundo donde el desperdicio es inevitable, diseñar procesos que funcionen con el desorden puede resultar más importante que diseñar procesos que solo funcionen sin él.
Conor Boland, profesor asistente de ciencia de materiales, Universidad de la ciudad de Dublín
