Convertir plásticos y CO2 en combustibles sostenibles a través de energía solar

Los investigadores, de la Universidad de Cambridge, desarrollaron el sistema, que puede convertir dos flujos de residuos en dos productos químicos al mismo tiempo, la primera vez que se consigue en un reactor alimentado por energía solar.

El reactor convierte el dióxido de carbono (CO2) y los plásticos en distintos productos útiles en diversas industrias. En las pruebas, el CO2 se convirtió en gas de síntesis, un componente clave de los combustibles líquidos sostenibles, y las botellas de plástico se transformaron en ácido glicólico, muy utilizado en la industria cosmética. El sistema puede ajustarse fácilmente para producir distintos productos cambiando el tipo de catalizador utilizado en el reactor.

Convertir plásticos y gases de efecto invernadero -dos de las mayores amenazas para la naturaleza- en productos útiles y valiosos mediante energía solar es un paso importante en la transición hacia una economía circular más sostenible. Los resultados se publican en la revista Nature Synthesis.

"Convertir los residuos en algo útil utilizando la energía solar es uno de los principales objetivos de nuestra investigación", afirma el profesor Erwin Reisner, del Departamento de Química Yusuf Hamied y autor principal del artículo. "La contaminación por plásticos es un problema enorme en todo el mundo y, a menudo, muchos de los plásticos que tiramos a los contenedores de reciclaje se incineran o acaban en los vertederos".

Reisner también dirige el Centro de Plásticos Circulares de Cambridge (CirPlas), cuyo objetivo es eliminar los residuos plásticos combinando el pensamiento optimista con medidas prácticas.

Otras tecnologías de "reciclaje" impulsadas por energía solar son prometedoras para hacer frente a la contaminación por plásticos y reducir la cantidad de gases de efecto invernadero en la atmósfera, pero hasta la fecha no se han combinado en un único proceso.

"Una tecnología basada en la energía solar que pudiera ayudar a combatir la contaminación por plásticos y los gases de efecto invernadero al mismo tiempo podría cambiar las reglas del juego en el desarrollo de una economía circular", afirma Subhajit Bhattacharjee, coautor del artículo.

"También necesitamos algo que se pueda ajustar para poder hacer cambios fácilmente en función del producto final que queramos", añade Motiar Rahaman, coautor del trabajo.

Los investigadores desarrollaron un reactor integrado con dos compartimentos separados: uno para el plástico y otro para los gases de efecto invernadero. El reactor utiliza un absorbedor de luz basado en perovskita, una prometedora alternativa al silicio para la próxima generación de células solares.

El equipo diseñó distintos catalizadores, que se integraron en el absorbedor de luz. Cambiando el catalizador, los investigadores podían modificar el producto final. Las pruebas realizadas con el reactor en condiciones normales de temperatura y presión demostraron que éste podía convertir eficazmente botellas de plástico PET y CO2 en distintos combustibles basados en el carbono, como CO, gas de síntesis o formiato, además de ácido glicólico. El reactor desarrollado en Cambridge producía estos productos a un ritmo también muy superior al de los procesos fotocatalíticos convencionales de reducción de CO2.

"Por lo general, la conversión del CO2 requiere mucha energía, pero con nuestro sistema, básicamente basta con dirigirle una luz y empieza a convertir los productos nocivos en algo útil y sostenible", explica Rahaman. "Antes de este sistema, no teníamos nada que pudiera fabricar productos de alto valor de forma selectiva y eficiente".

"Lo especial de este sistema es su versatilidad y capacidad de ajuste: ahora mismo estamos fabricando moléculas de carbono bastante sencillas, pero en el futuro podríamos ajustar el sistema para fabricar productos mucho más complejos con sólo cambiar el catalizador", explica Bhattacharjee.

Reisner ha recibido recientemente nuevos fondos del Consejo Europeo de Investigación para contribuir al desarrollo de su reactor solar. En los próximos cinco años esperan seguir desarrollando el reactor para producir moléculas más complejas. Los investigadores afirman que algún día podrían utilizarse técnicas similares para desarrollar una planta de reciclaje totalmente solar.

"El desarrollo de una economía circular, en la que hagamos cosas útiles a partir de los residuos en lugar de arrojarlos a los vertederos, es vital si queremos abordar de forma significativa la crisis climática y proteger el mundo natural", afirma Reisner. "Y alimentar estas soluciones utilizando el Sol significa que lo estamos haciendo de forma limpia y sostenible".

La investigación ha sido financiada en parte por la Unión Europea, el Consejo Europeo de Investigación, el Cambridge Trust, Hermann and Marianne Straniak Stiftung, y el Consejo de Investigación en Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC), que forma parte de Investigación e Innovación del Reino Unido (UKRI). Erwin Reisner es miembro del St John's College de Cambridge.