Los científicos convierten los plásticos en productos químicos útiles utilizando la luz solar

Los químicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) han descubierto un método que podría convertir los desechos plásticos en productos químicos valiosos mediante el uso de la luz solar.

En experimentos de laboratorio, el equipo de investigación mezcló plásticos con su catalizador en un solvente, lo que permite que la solución aproveche la energía de la luz y convierta los plásticos disueltos en ácido fórmico, un químico utilizado en las celdas de combustible para producir electricidad.

Al informar su trabajo en Ciencias Avanzadas, el equipo dirigido por el Profesor Asistente NTU Soo Han Sen de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas hizo su catalizador a partir del vanadio de metal biocompatible y asequible, comúnmente utilizado en aleaciones de acero para vehículos y aleaciones de aluminio para aviones.

Cuando el catalizador a base de vanadio se disolvió en una solución que contenía un plástico de consumo no biodegradable como el polietileno y se expuso a la luz solar artificial, rompió los enlaces carbono-carbono dentro del plástico en seis días.

Este proceso convirtió el polietileno en ácido fórmico, un conservante natural y agente antibacteriano, que también puede ser utilizado para la generación de energía por las centrales eléctricas y en los vehículos con pilas de combustible de hidrógeno.

"Aspiramos a desarrollar métodos sostenibles y rentables para aprovechar la luz solar para fabricar combustibles y otros productos químicos", dijo Asst Prof Soo. "Este nuevo tratamiento químico es el primer proceso reportado que puede descomponer completamente un plástico no biodegradable como el polietileno usando luz visible y un catalizador que no contiene metales pesados".

En Singapur, la mayoría de los desechos plásticos se incineran, produciendo gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono, y la masa sobrante, quemar cenizas, se transporta al vertedero de Semakau, que se estima que se quedará sin espacio para 2035. Desarrollar soluciones innovadoras sin desperdicio, como este catalizador ecológico para convertir los desechos en recursos, es parte de la visión de NTU Smart Campus para desarrollar un futuro sostenible.

El uso de la energía del sol para convertir productos químicos

El catalizador a base de vanadio, que está respaldado por grupos orgánicos y típicamente abreviado como LV (O), usa energía de la luz para impulsar una reacción química, y se conoce como un fotocatalizador. Los fotocatalizadores permiten que las reacciones químicas sean impulsadas por la luz solar, a diferencia de la mayoría de las reacciones realizadas en la industria que requieren calor, generalmente generadas a través de la quema de combustibles fósiles.

Otras ventajas del nuevo fotocatalizador son su bajo costo, abundante y respetuoso con el medio ambiente, a diferencia de los catalizadores comunes hechos de metales caros o tóxicos como el platino, el paladio o el rutenio.

Si bien los científicos han probado otros enfoques para convertir los plásticos de desecho en productos químicos útiles, muchos enfoques involucran reactivos indeseables o demasiados pasos para escalar. Un ejemplo es un enfoque llamado fotorreformación, donde el plástico se combina con agua y luz solar para producir gas hidrógeno, pero esto requiere el uso de catalizadores que contengan cadmio, un metal pesado tóxico. Otros métodos requieren que los plásticos sean tratados con soluciones químicas agresivas que son peligrosas de manejar.

La mayoría de los plásticos no son biodegradables porque contienen enlaces químicos extraordinariamente inertes llamados enlaces carbono-carbono, que no se descomponen fácilmente sin la aplicación de altas temperaturas.

El nuevo fotocatalizador a base de vanadio desarrollado por el equipo de investigación de NTU fue especialmente diseñado para romper estos enlaces, y lo hace al engancharse a un grupo químico cercano conocido como grupo de alcohol y usar la energía absorbida de la luz solar para desentrañar la molécula como una cremallera.

Como los experimentos se llevaron a cabo a escala de laboratorio, las muestras de plástico se disolvieron primero calentándolas a 85 grados Celsius en un disolvente, antes de disolver el catalizador, que está en forma de polvo. La solución se expuso a la luz solar artificial durante unos días. Usando este enfoque, el equipo demostró que su fotocatalizador fue capaz de romper los enlaces carbono-carbono en más de 30 compuestos diferentes y los resultados demostraron el concepto de un fotocatalizador ecológico y de bajo costo.

El equipo de investigación ahora está buscando mejoras en el proceso que pueden permitir la descomposición de los plásticos para producir otros combustibles químicos útiles, como el gas hidrógeno.    @mundiario