Sostenibilidad
CRISPR para editar polímeros podría remodelar los esfuerzos globales de reciclaje
Añade Securities.io a tus fuentes preferidas en Google
Desbloqueando el reciclaje de plásticos
Since their widespread adoption by the manufacturing industry in the 1960s, plastics have become an omnipresent material in our daily lives. They are also the cause of very serious pollution, especially microplásticos – the broken down, microscopic fragments of plastic polluting the entirety of the Earth and its oceans.
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 sostenibilidads, 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.
This is what researchers at Oak Ridge National Laboratory have been working on. They discovered a way to “upcycle plastic waste into higher-performance plastics”, publishing their results in the Journal of the American Chemical Society under the title “Polyalkenamers as Drop-In Additives for Ring-Opening Metathesis Polymerization: A Promising Upcycling Paradigm”1.
¿Por qué el reciclaje tradicional no es suficiente?
Plastic is already recycled, but the process is far from perfect. The researchers who worked on this publication describe it accurately as “melt and hope for the best”.
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 [securities_stock_price_tag symbol="PCT" exchange="NASDAQ"]
Upciclado en lugar de reciclaje
The concept of “upcycling” is that the resulting product of the recycling process is actually superior to the initial material.
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.
They worked with molecules poorly or not at all recycled today. This included soft polybutadiene, a common material in rubber tires, and tough acrylonitrile butadiene styrene, used in plastic toys, computer keyboards, ventilation pipes, protective headgear, vehicle trims and molding, and kitchen appliances.
“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.”
Jeffrey Foster, Alvin M. Weinberg Distinguished Staff Fellow
The process has a very high “atom economy”, meaning that it recovers in the final product almost all the plastic to recycle that goes in.
Cómo funciona
In order to recreate strong plastic polymers from material to recycle, they first created an additive to add to the existing plastic.
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 apertura de anillos de metástasis, abre moléculas de carbono circulares y las convierte en polímeros largos útiles. Otra parte, llamada cross-metathesis, inserta cadenas de subunidades poliméricas de una cadena de polímero a otra.
Fuente: Sigma Aldrich
The work was a collaborative task, with some researchers tasked with optimizing polymerization, others using NMR (nuclear magnetic resonance) spectroscopy to analyze the reactions in real time, and others testing the mechanical and thermal properties of final materials.
Resultados sólidos
The Oak Ridge National Laboratory scientists demonstrated that the process, which uses less energy and produces fewer emissions than traditional recycling, efficiently integrates waste materials without compromising polymer quality.
The resulting upcycled plastic displayed strong thermal and mechanical performance, making it superior to the original material, and much superior to plastic recycled with traditional methods.
Los próximos pasos en el upciclado de plásticos
Upciclado de todos los plásticos
This method, now demonstrated for certain plastics, could be expanded to all other plastics. More environment-friendly solvents could be an improvement as well.
“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.
Jeffrey Foster, Alvin M. Weinberg Distinguished Staff Fellow
The details of the procedure’s economics also need to be clarified, but it should be okay as it uses low temperature, short reaction time, and a commonly used catalyst.
Más allá de los plásticos
The method used worked with plastics but could be deployed to other chemicals as well.
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 upciclado 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 upciclado final podría ser superior al original. Los materiales upciclados 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
Upcycling is a promising option to boost the rate of plastic recycling, as it should provide the economic incentive that was missing until now to get more than 10% of plastic recycled globally.
Reducir el uso de plástico, eliminar los microplásticos, desarrollar bioplásticos (ver “Top 5 Bioplastics Companies”), y el upciclado 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
