Investigadores de ETH Zurich mejoran la eficiencia del reciclaje químico para producir combustibles

Cada año se generan en todo el mundo cientos de millones de toneladas de residuos plásticos. Los científicos trabajan incansablemente para encontrar nuevos métodos que permitan reciclar una gran parte de estos residuos y convertirlos en productos de alta calidad, lo que permitiría una auténtica economía circular. Sin embargo, las prácticas de reciclaje actuales no alcanzan este objetivo. La mayor parte de los residuos plásticos se reciclan mecánicamente: se trituran y luego se funden. Aunque este proceso da lugar a nuevos productos plásticos, su calidad se deteriora con cada paso del reciclaje.

Una alternativa a esto es el reciclaje químico, que evita la pérdida de calidad. Este método implica la descomposición de las moléculas de plástico de cadena larga (polímeros) en sus bloques de construcción fundamentales (monómeros), que pueden volver a ensamblarse para formar nuevos plásticos de alta calidad, creando un ciclo verdaderamente sostenible.

Combustibles a partir de residuos plásticos

En el proceso de desarrollo del reciclaje químico, el objetivo inicial es descomponer las largas cadenas de polímeros en moléculas de cadena más corta que se puedan utilizar como combustibles líquidos o lubricantes, por ejemplo. De este modo, los residuos plásticos pueden volver a utilizarse como gasolina, combustible para aviones o aceite de motor. Los científicos de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich han sentado las bases para el desarrollo de este proceso, que permitirá a la comunidad científica mundial realizar un trabajo de desarrollo del reciclaje más específico y eficaz.

El polietileno está compuesto de moléculas de cadena larga cuyos componentes básicos se repiten miles o decenas de miles de veces. Los investigadores están buscando formas de romper estas cadenas de forma controlada

Los investigadores del grupo dirigido por Javier Pérez-Ramírez, catedrático de Ingeniería de Catálisis, han estudiado cómo descomponer el polietileno y el polipropileno con hidrógeno. En este caso, el primer paso es fundir el plástico en un tanque de acero. A continuación, se introduce hidrógeno gaseoso en el plástico fundido. Un paso crucial consiste en añadir un catalizador en polvo que contiene metales como el rutenio. Al seleccionar cuidadosamente un catalizador adecuado, los investigadores pueden aumentar la eficiencia de la reacción química, promoviendo la formación de moléculas con longitudes de cadena específicas y minimizando los subproductos como el metano o el propano.

La velocidad de rotación y la geometría son claves

“El plástico fundido es mil veces más espeso que la miel. La clave está en cómo se remueve en el tanque para que el polvo catalizador y el hidrógeno se mezclen bien”, explica Antonio José Martín, científico del grupo de Pérez-Ramírez. Mediante experimentos y simulaciones por ordenador, el equipo de investigación ha demostrado que el plástico se agita mejor utilizando un rodete con álabes paralelos al eje. En comparación con una hélice con álabes en ángulo o un agitador con forma de turbina, esto da como resultado una mezcla más uniforme y menos vórtices de flujo. La velocidad de agitación es igualmente crucial. No debe ser ni demasiado lenta ni demasiado rápida; la velocidad ideal es cercana a las 1.000 revoluciones por minuto.

Un impulsor es la mejor herramienta para mezclar las sustancias a través de la masa plástica viscosa

Los investigadores han conseguido desarrollar una fórmula matemática que describe todo el proceso de reciclado químico con todos sus parámetros. “El sueño de cualquier ingeniero químico es tener a mano una fórmula como ésta para su proceso”, afirma Pérez-Ramírez. Todos los científicos del campo de la investigación pueden ahora calcular con precisión el efecto de la geometría y la velocidad del agitador.

Con esta fórmula, los experimentos futuros pueden centrarse en comparar directamente diferentes catalizadores con la influencia de la mezcla bajo control. Además, los principios desarrollados aquí son fundamentales para ampliar la tecnología desde el laboratorio a las grandes plantas de reciclaje. “Pero por ahora, nuestro enfoque sigue siendo investigar mejores catalizadores para el reciclaje químico de plásticos”, dice Martín.

Referencia

Jaydev SD, Martín AJ, Garcia D, Chikri K, Pérez-Ramírez J: Assessment of transport phenomena in catalyst effectiveness for chemical polyolefin recycling. Nature Chemical Engineering, 28. August 2024, doi: 10.1038/s44286-024-00108-3