Los plásticos son valorados por su durabilidad, pero esa misma cualidad también los hace difíciles de degradar. Pequeños fragmentos de desecho conocidos como microplásticos persisten en el suelo, el agua y el aire, y representan una amenaza para los ecosistemas y la salud humana.

El reciclaje tradicional reprocesa los plásticos para fabricar nuevos productos, pero cada vez que esto se hace, el material pierde calidad debido a la contaminación y a la degradación de los polímeros que componen los plásticos. Además, el reciclaje por sí solo no puede seguir el ritmo del creciente volumen mundial de residuos plásticos.

Ahora, un equipo de investigación liderado por la Universidad de Delaware ha desarrollado un nuevo tipo de catalizador que mejora la conversión de residuos plásticos en combustibles líquidos de manera más rápida y con menos subproductos no deseados que los métodos actuales. Destacado en la portada de Chem Catalysis, este trabajo en etapa piloto ayuda a allanar el camino hacia métodos energéticamente eficientes para el suprareciclaje (upcycling) de plásticos, reduciendo la contaminación plástica y promoviendo la producción sostenible de combustibles.

“En lugar de permitir que los plásticos se acumulen como residuos, el suprareciclaje los trata como combustibles sólidos que pueden transformarse en combustibles líquidos y productos químicos útiles, ofreciendo una solución más rápida, eficiente y ambientalmente amigable”, afirmó la autora principal sénior Dongxia Liu, profesora Robert K. Grasselli de Ingeniería Química y Biomolecular en la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Delaware.

Uno de los enfoques prometedores para el suprareciclaje es la hidrogenólisis, que utiliza gas hidrógeno y un catalizador para convertir los polímeros de los plásticos en combustibles líquidos para el transporte y usos industriales. Sin embargo, los catalizadores convencionales presentan una eficiencia limitada porque las voluminosas moléculas poliméricas tienen dificultades para interactuar con los sitios activos del catalizador donde ocurre la reacción.

Para abordar este problema, los investigadores transformaron los MXenes (pronunciado max-eins), un tipo de nanomaterial, en MXenes mesoporosos, una forma con poros más grandes y abiertos que no se había utilizado previamente para el suprareciclaje de plásticos.

“Los MXenes forman capas bidimensionales, como las páginas de un libro. Estas capas apiladas, como un libro cerrado, dificultan que el plástico fundido se desplace con facilidad, limitando 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 MXene, permitiendo que los polímeros y los compuestos intermedios que se forman durante la reacción fluyan con mayor facilidad”.

El equipo probó su catalizador de rutenio soportado en MXenes mesoporosos con polietileno de baja densidad (LDPE), un plástico utilizado comúnmente en bolsas de compra y películas plásticas. En un pequeño reactor presurizado, combinaron el LDPE con el catalizador y gas hidrógeno, y calentaron la mezcla hasta que el plástico se fundió, formando un jarabe espeso.

El catalizador alcanzó velocidades de reacción casi dos veces mayores que las reportadas previamente para la hidrogenólisis del LDPE. Además, mostró una alta selectividad, permitiendo la producción dirigida de combustibles líquidos mientras se minimizaban subproductos no deseados, como el gas de efecto invernadero metano. Los investigadores atribuyen esta selectividad a la estabilización de nanopartículas de rutenio en el espacio mesoporoso entre las capas de MXene.

“Logramos producir un material que no solo acelera la conversión, sino que también mejora la calidad de los productos combustibles. Este avance resalta el potencial de los catalizadores mesoporosos nanoestructurados para mejorar el suprareciclaje de plásticos”, señaló Liu.

De cara al futuro, el equipo de investigación planea seguir optimizando el catalizador y desarrollar una biblioteca más amplia de catalizadores basados en MXenes para su uso con diferentes tipos de plásticos. En última instancia, esperan colaborar con socios industriales para transformar los residuos plásticos de un problema en un recurso, convirtiéndolos en combustibles y productos químicos que no solo beneficien al medio ambiente, sino que también aporten valor económico a las comunidades locales.

Información tomada de comunicado de prensa publicado en Phys Org.