Sostenibilidad
CRISPR para editar polímeros podría remodelar los esfuerzos globales de reciclaje
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Desbloqueando el reciclaje de plásticos
Desde que la industria manufacturera los adoptó de forma generalizada en la década de 1960, los plásticos se han convertido en un material omnipresente en nuestra vida cotidiana. También provocan una contaminación muy grave, en especial por los microplásticos: fragmentos microscópicos de plástico degradado que contaminan todo el planeta y sus océanos.
Se ha demostrado que los microplásticos reducen la efectividad de los antibióticos, que se encuentran en fetos, nuestros corazones y cerebros, son ingeridos por la fauna marina, etc.
Existen muchas estrategias que se están explorando para abordar la contaminación por microplásticos ya existente, por ejemplo, adoptar métricas de sostenibilidad, usar solventes repelentes al agua no tóxicos, o reutilizar plásticos con láseres o fotocatálisis impulsada por luz.
Mientras tanto, empresas como ExxonMobil están siendo demandadas debido a la baja tasa de reciclaje del plástico producido con petróleo (XOM ).
El problema con la mayoría de las soluciones a la contaminación plástica es que son algo costosas, lo que lleva a que muchos países no estén dispuestos o no puedan implementar soluciones a lo que es un problema globalizado. Una mejor solución sería convertir los desechos plásticos en un recurso para producir material valioso, creando un fuerte incentivo económico para que los desechos plásticos sean recolectados.
En ello han trabajado investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge. Descubrieron una forma de «suprarreciclar residuos plásticos para convertirlos en plásticos de mayor rendimiento» y publicaron sus resultados en Journal of the American Chemical Society con el título «Polialquenámeros como aditivos directos para la polimerización por metátesis con apertura de anillo: un paradigma prometedor de suprarreciclaje»1.
¿Por qué el reciclaje tradicional no es suficiente?
El plástico ya se recicla, pero el proceso dista mucho de ser perfecto. Los autores de la publicación lo describen acertadamente como «fundir y esperar lo mejor».
Esto es un problema, ya que cada ciclo de reciclaje de plástico crea polímeros cada vez menos valiosos, con el producto resultante mostrando resistencia, color, durabilidad, etc., inferiores. Esto ocurre porque la fusión no dirigida cambia la forma en que se forman y enlazan entre sí las cadenas de polímeros plásticos.
Así, con la tecnología de reciclaje actual, los plásticos pueden reutilizarse solo un número limitado de veces, pero terminarán como basura de todos modos, después de solo unos pocos ciclos de reciclaje en lugar de un solo uso.
Además, algunos tipos de plásticos realmente no pueden reciclarse con este método y, por lo general, terminan incinerados o en vertederos.
De hecho, solo el 9 % de la producción mundial de plástico se recicla.
Fuente: PureCycle Technologies
Suprarreciclaje en lugar de reciclaje
El concepto de «suprarreciclaje» consiste en que el producto obtenido del proceso sea superior al material inicial.
Esto solo se puede lograr reorganizando de forma controlada las cadenas de polímeros que forman el plástico. Este tipo de “edición” precisamente dirigida de la estructura del plástico ha llevado a los investigadores a comparar su nuevo método con CRISPR, una tecnología utilizada para modificar a voluntad las cadenas de ADN y ARN.
Trabajaron con moléculas que hoy se reciclan poco o nada. Entre ellas se encontraban el polibutadieno flexible, habitual en los neumáticos de caucho, y el resistente acrilonitrilo butadieno estireno, empleado en juguetes de plástico, teclados de ordenador, conductos de ventilación, cascos protectores, molduras de vehículos y electrodomésticos de cocina.
“Estamos abordando un componente significativo del flujo de residuos con esta tecnología. Eso tendría un gran impacto solo por la conservación de masa y energía de materiales que ahora van a los vertederos.”
El proceso presenta una «economía atómica» muy elevada, lo que significa que recupera en el producto final casi todo el plástico introducido para su reciclaje.
Cómo funciona
Para volver a crear polímeros plásticos resistentes a partir del material reciclable, primero desarrollaron un aditivo que se incorpora al plástico existente.
Para fabricar el aditivo, trituraron polibutadieno y acrilonitrilo butadieno estireno y los sumergieron en diclorometano. La reacción química funcionó a bajas temperaturas (40 °C / 104 °F) y en menos de dos horas.
La reacción también necesitó un catalizador, y se utilizó rutenio. Este es un catalizador bien conocido en la fabricación de plásticos y también se usa para convertir biomasa, como aceites vegetales, en combustibles y otros compuestos orgánicos de alto valor.
Los átomos de rutenio esencialmente “transportan” los elementos plásticos más pequeños y los llevan a los polímeros para alargarlos.
El proceso de “metátesis” utiliza enlaces dobles fuertes entre átomos de carbono para aumentar las probabilidades de reacciones químicas.
Una parte del método, llamada polimerización por metátesis con apertura de anillo, abre moléculas de carbono circulares y las convierte en polímeros largos útiles. Otra parte, llamada metátesis cruzada, inserta cadenas de subunidades poliméricas de una cadena de polímero a otra.
Fuente: Sigma Aldrich
El trabajo fue colaborativo: algunos investigadores optimizaron la polimerización, otros utilizaron espectroscopia de RMN (resonancia magnética nuclear) para analizar las reacciones en tiempo real y un tercer grupo evaluó las propiedades mecánicas y térmicas de los materiales finales.
Resultados sólidos
Los científicos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge demostraron que el proceso, que consume menos energía y genera menos emisiones que el reciclaje tradicional, integra eficazmente los residuos sin comprometer la calidad del polímero.
El plástico suprarreciclado resultante mostró un gran rendimiento térmico y mecánico, superior al material original y muy por encima del plástico reciclado mediante métodos tradicionales.
Los próximos pasos en el suprarreciclaje de plásticos
Suprarreciclaje de todos los plásticos
Este método, ya demostrado con determinados plásticos, podría ampliarse a todos los demás. El uso de solventes más respetuosos con el medioambiente también supondría una mejora.
“La visión es que este concepto podría extenderse a cualquier polímero que tenga algún tipo de grupo funcional en la cadena para reaccionar con él.
Si se escala y se amplía para emplear otros aditivos, se podrían extraer clases más amplias de desechos como bloques de construcción moleculares, reduciendo drásticamente el impacto ambiental de otros plásticos difíciles de procesar.
También deben aclararse los detalles económicos del procedimiento, aunque sus perspectivas parecen favorables porque utiliza una temperatura baja, un tiempo de reacción corto y un catalizador de uso común.
Más allá de los plásticos
El método funcionó con plásticos, pero también podría aplicarse a otras sustancias químicas.
Los investigadores lo ven como especialmente prometedor para una clase de material polimérico llamado termoestable. Esto incluye resinas epoxi, caucho vulcanizado, poliuretano y silicona.
Los materiales termoestables no pueden volver a fundirse o remodelarse una vez fijados, lo que hace que su reciclaje sea un desafío.
El método de suprarreciclaje desarrollado aquí, que ataca la estructura molecular entrecruzada de los plásticos, podría aplicarse a la misma estructura en materiales termoestables.
Debido a que el proceso de repolimerización es altamente personalizable, el producto suprarreciclado final podría ser superior al original. Los materiales suprarreciclados podrían ser, por ejemplo, más suaves y elásticos que los polímeros originales o, quizás, más fáciles de moldear y endurecer en productos termoestables duraderos.
Conclusión
El suprarreciclaje es una opción prometedora para elevar la tasa de reciclaje de plásticos, ya que podría aportar el incentivo económico que faltaba para superar el 10 % de reciclaje a escala mundial.
Reducir el uso de plástico, eliminar los microplásticos, desarrollar bioplásticos (ver “Las 5 principales empresas de bioplásticos”), y el suprarreciclaje en lugar de un reciclaje deficiente probablemente serán parte de la solución a la contaminación plástica.
En conjunto, serán un componente clave para desarrollar una economía circular que sea mucho más intensiva en recursos y mucho menos contaminante.
Empresa de reciclaje
PureCycle Technologies
PCT Gráfico de precios
PureCycle es una empresa de reciclaje de plásticos centrada en el polipropileno (PP), convirtiendo el PP de desecho en una resina de PP reciclado ultra pura.
Han creado un procedimiento propietario para “limpiar” el PP de desecho de todo el material añadido en los productos terminados, como polietileno, material sólido, pigmentos, contaminantes, etc.
Fuente: PureCycle Technologies
Este proceso de extracción difiere del sistema de filtración mecánica comúnmente usado, que genera PP de calidad demasiado baja para la mayoría de aplicaciones industriales, incluso cuando se utiliza materia prima de alta calidad.
El reciclaje químico es otra opción, pero está lejos de ser ecológico y no es rentable.
Fuente: PureCycle Technologies
El producto final de PureCycle es aceptado por la FDA para varias aplicaciones habituales de PP, incluyendo almacenamiento de alimentos, contenedores calientes o pasteurizados, y almacenamiento de alimentos congelados. Los productos futuros deberían incluir fibra, empaques de película, moldes de inyección para empaques y plásticos automotrices.
Además de reciclar plástico de desecho, el proceso es mucho más eficiente energéticamente, con un consumo 79 % menor que el del “PP virgen”, y una huella de emisiones de gases de efecto invernadero 35 % menor.
La empresa ha estado construyendo su instalación de producción de pellets en Ironton, con la primera producción en junio de 2023, para desplegar su proceso de reciclaje.
También está construyendo otras instalaciones en Norteamérica y Europa, y más adelante planeadas en Japón y Corea del Sur con una empresa conjunta con SK geo centric, con el objetivo de alcanzar una capacidad de reciclaje anual de 630 millones de libras para 2027
Fuente: PureCycle Technologies
La producción de pellets de la instalación de Ironton alcanzó 3,5 millones de libras en el tercer trimestre de 2024, triplicando la cifra del trimestre anterior, además de observar un aumento en la calidad del producto resultante.
En general, PureCycle es una buena empresa en la que apostar para mejorar la tecnología de reciclaje de plásticos, y cuenta con la experiencia para desplegar progresivamente nuevas tecnologías alejándose de la tecnología de reciclaje heredada.
Referencia del estudio:
1. Jeffrey C. Foster, et al. (2024) Polyalkenamers as Drop-In Additives for Ring-Opening Metathesis Polymerization: A Promising Upcycling Paradigm. Journal of the American Chemical Society 2024 146 (48), 33084-33092 DOI: 10.1021/jacs.4c10588
