Científicos descubren cómo convertir residuos plásticos en jabón

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La contaminación por plásticos es uno de los retos medioambientales más importantes y urgentes a los que se enfrenta la humanidad. Sin embargo, cada vez surgen más proyectos para hacer frente a este problema, y uno de ellos propone convertir el plástico en un precursor para la producción de jabón.

1 89Un equipo dirigido por investigadores de Virginia Tech desarrolló un novedoso método para reciclar plásticos y convertirlos en sustancias químicas de alto valor conocidas como tensioactivos. Estos tensioactivos se utilizan habitualmente en la producción de jabones, detergentes y otros productos.

Como explica la investigación, los plásticos y los jabones suelen diferir en cuanto a textura, aspecto y, lo que es más importante, sus aplicaciones previstas. Sin embargo, existe una sorprendente conexión a nivel molecular entre ambos: la estructura química del polietileno (PE), uno de los plásticos más utilizados en todo el mundo, es notablemente similar a la del ácido graso, un precursor químico clave para la producción de jabón. Ambos materiales están formados por largas cadenas de carbono, aunque los ácidos grasos tienen un grupo adicional de átomos al final de la cadena.

“El PE y el polipropileno (PP) son algo similares a los ácidos grasos, que suelen utilizarse para producir jabón. Así que hemos empezado a explorar la idea de convertir el PE y el PP en jabón”, explicó a Metro Guoliang “Greg” Liu, profesor asociado de química en la Facultad de Ciencias de Virginia Tech y autor de la investigación.

Al hacer este descubrimiento, Liu se enfrentó al reto de convertir el polietileno en ácidos grasos descomponiendo las largas cadenas de polietileno en cadenas más cortas, pero no excesivamente cortas, de una manera eficiente. Liu empezó a plantearse qué ocurriría si el polietileno se quemara de forma segura en un laboratorio. ¿La combustión incompleta del polietileno produciría un “humo” similar al de la leña? Si alguien capturara ese humo, ¿de qué se compondría?

Con la ayuda de dos estudiantes de doctorado de química, Zhen Xu y Eric Munyaneza, Liu construyó un pequeño reactor en forma de horno para someter el polietileno a un proceso denominado termólisis por gradiente de temperatura.

“Espero que esto pueda ser un buen comienzo para la guerra contra la contaminación por plásticos” —  Zhen Xu, estudiante de doctorado de la Facultad de Ciencias de Virginia Tech, EE.UU.

En la parte inferior del horno, la temperatura es lo suficientemente alta como para romper las cadenas del polímero, mientras que en la parte superior se enfría a una temperatura lo suficientemente baja como para detener la descomposición. Tras la termólisis, recogieron el residuo, similar a la limpieza del hollín de una chimenea, y confirmaron que la intuición de Liu había sido correcta: consistía en “polietileno de cadena corta”, o más exactamente, ceras.

Esto marcó el paso inicial en el desarrollo de un proceso para reciclar plásticos y convertirlos en jabón. Al incorporar varios pasos más, incluida la saponificación, el equipo consiguió producir el primer jabón del mundo a partir de plásticos. Para perfeccionar el proceso, el equipo recurrió a la experiencia de especialistas en modelización computacional y analistas económicos, entre otros.

Aunque el polietileno inspiró inicialmente este proyecto, el método de reciclado puede aplicarse también a otro tipo de plástico común, el polipropileno. Estos dos materiales constituyen una parte significativa de los plásticos que los consumidores encuentran a diario, desde los envases de productos y alimentos hasta los tejidos.

“Nuestra investigación demuestra una nueva vía para el suprarreciclaje de plásticos sin utilizar catalizadores novedosos ni procedimientos complejos. En este trabajo hemos demostrado el potencial de una estrategia en tándem para el reciclado de plásticos”, concluye Zhen Xu, estudiante de doctorado y autor principal del artículo.

3 163 productos en los que se podrían convertir los residuos plásticos

Hidrógeno

En 2018, investigadores de la Universidad de Swansea descubrieron una forma de convertir residuos plásticos en combustible de hidrógeno, afirmando que esto podría algún día alimentar vehículos.

Diamantes

Investigadores de Alemania y Estados Unidos encontraron una manera de replicar las condiciones planetarias de los gigantes de hielo Neptuno y Urano, donde los hidrocarburos se convierten en diamantes bajo presiones extremas y altas temperaturas, creando diamantes diminutos llamados nanodiamantes en el laboratorio usando poliestireno y tereftalato de polietileno.

Combustibles

En colaboración con investigadores del Instituto de Química Orgánica de Shanghai, químicos de la Universidad de California descubrieron un innovador método de reciclaje que disuelve los enlaces del plástico de polietileno para crear petróleo y otros productos combustibles.

Entrevista

Guoliang “Greg” Liu, profesor asociado de química de la Facultad de Ciencias de Virginia Tech, EE.UU.

P: ¿Cómo se le ocurrió convertir el plástico en jabón?

– Llevo pensando en el reciclaje de plástico desde 2018. En 2019, asistí a un taller de la NAE sobre reciclaje de plástico en Washington D.C. Después de ver los grandes trabajos de los líderes en este campo, empecé a hacerme preguntas sobre la mejor manera de utilizar los residuos plásticos existentes y adaptar su química característica para diseñar productos finales. Así que mi laboratorio empezó a trabajar con poliestireno (PS), polietileno (PE) y polipropileno (PP). Para el PS, pensamos que los aromáticos son la parte más valiosa, así que hemos ideado una estrategia para recuperar los aromáticos y luego utilizar el aromático intermedio (benceno concretamente) como plataforma genérica para producir otros compuestos aromáticos de alto valor. En el caso del PE y el PP, aprovechamos las largas cadenas lineales C-C, y nos dimos cuenta de que el PE y el PP segmentados son algo similares a los ácidos grasos, que suelen utilizarse para producir jabón. Así que hemos empezado a explorar la idea de convertir el PE y el PP en jabón.

P: ¿Qué hay detrás de la sorprendente conexión entre plástico y jabón a nivel molecular?

– Por un lado, la mayoría de las moléculas de PE son largas cadenas de carbono, a veces con grupos laterales. Por otro, el jabón suele estar hecho de ácidos grasos, que también son largas cadenas de carbono con grupos funcionales finales. Las moléculas de PE segmentadas, si tienen la longitud de cadena adecuada, se asemejan a la parte hidrófoba de los ácidos grasos. Por tanto, estos dos tipos de moléculas son bastante similares. Si funcionalizamos el PE segmentado, en principio deberíamos ser capaces de producir ácidos grasos y, por tanto, jabón. Si permitimos un poco más de tolerancia para la parte hidrófoba de los ácidos grasos (es decir, la cantidad de grupos laterales), también deberíamos poder convertir el PP en ácidos grasos. Sin embargo, debido a los grupos metilo laterales, estos ácidos grasos no serán de tan alta calidad como los derivados del PE.

P: ¿Cómo se convierte el plástico en precursores químicos del jabón?

– El proceso consta de dos pasos. En el primer paso, utilizamos calor gradiente para romper las largas cadenas de carbono en segmentos cortos, es decir, cera. En el segundo paso, oxidamos la cera para convertirla en ácidos grasos, que pueden someterse a procesos de saponificación estándar para producir jabón.

P: ¿Cómo podría combatir su técnica la contaminación por plásticos?

– Este proceso será una forma económicamente atractiva de utilizar residuos plásticos, especialmente PE y PP, para producir productos químicos de alto valor. Puede minimizar la cantidad de residuos que acabarán en vertederos, incineradoras y otros lugares. /Con información de Plubimetro-