Power Shift es la serie de Ellyn Lapointe en Gizmodo que explora los avances en tecnologías ecológicas, con foco en energías renovables, modernización de redes eléctricas y reducción de emisiones.
El reciclaje de plásticos y la descarbonización de la energía representan dos de los desafíos de sustentabilidad más acuciantes de nuestros tiempos. Un nuevo estudio ofrece una solución que podría resolver ambos temas de manera simultánea: transformar la basura plástica en hidrógeno limpio.
No es un concepto nuevo, aunque sí lo es la estrategia que se presenta en un trabajo publicado este mes en Proceedings of the National Academy of Sciences y que mejora de manera significativa los métodos convencionales. Se le denomina ATT, por tratamiento térmico alcalino (alkaline thermal treatment, en inglés), una reacción que produce hidrógeno de alta pureza a temperaturas mucho más bajas sin que haya que clasificar demasiado los residuos. Y además no genera directamente emisiones de gases invernadero.
Dos problemas, una solución
Como el reciclado del plástico requiere de clasificación y procesamiento a grandes escalas, en realidad se recicla apenas una fracción del plástico que se descarta, en todo el mundo.
“En la práctica los plásticos descartados suelen estar mezclados, contaminados con comida, adhesivos, etiquetas, tintas y otros aditivos, o en combinación con empaquetado de múltiples capas”, le dijo a Gizmodo en un e-mail Woo Jae Kim, profesor de ingeniería química y ciencia de los materiales de la Universidad Ewha Womans de Corea del Sur. “Clasificar y limpiar los plásticos puede ser técnicamente difícil y más costoso que producir plástico nuevo a partir de recursos fósiles”.
En estudios anteriores se encontró que en 2022 la tasa de reciclado local había permanecido estancada en solo un 9%, mientras el 40% terminaba en rellenos de terreno y el 34% se incineraba. Mientras tanto, se espera que aumente el consumo de plástico, de 464 megatoneladas en 2020 a 884 megatoneladas para 2050, según una proyección.
Al mismo tiempo el mundo tiene gran urgencia de encontrar fuentes de energía limpia, y el hidrógeno a menudo se menciona como combustible que promete, porque puede quemarse como el petróleo o el gas pero no emite dióxido de carbono (CO2) que calienta el planeta. El problema está en que no hay fuentes de hidrógeno puro fácilmente extraíble, y si queremos usarlo tenemos que fabricarlo.
Como solución a estos problemas los ingenieros químicos exploran diferentes formas de transformar basura plástica en hidrógeno limpio, y hay dos métodos que captaron mucha atención en los últimos años: la pirólisis y la gasificación.
La pirólisis calienta el plástico en un entorno sin oxígeno y lo convierte en aceite, un sólido carbonoso, y gases (que incluyen hidrógeno). El proceso produce emisiones relativamente bajas en carbono pero solo funciona con determinados tipos de plástico y por eso requiere de mucha clasificación y refinado.
La gasificación funciona de otro modo, oxidando parcialmente los plásticos a temperaturas mucho más elevadas para producir una mezcla de hidrógeno, monóxido de carbono e hidrocarburos. Como la gasificación se puede hacer con plásticos mixtos y sin tanta clasificación, en general se la considera más efectiva en términos de costos pero consume demasiada energía a causa de las altas presiones y temperaturas que requiere, lo que resulta en importantes emisiones de CO2.
Para eliminar estas desventajas el nuevo trabajo propone utilizar el tratamiento térmico alcalino para reciclar basura plástica mixta. Los autores adaptaron su proceso ATT de un método que había desarrollado Kim con Ah-Hyung “Alissa” Park, profesora de ingeniería química y biomolecular de la Universidad de California, Los Ángeles. Diseñaron el proceso original para convertir biomasa, como por ejemplo las algas, en hidrógeno sin emisión de carbono, pero se preguntaban si podría haber utilidad en este método para el reciclado del plástico mixto.
Conversión más limpia
En el laboratorio, Kim, Park y sus colegas utilizaron el ATT modificado para convertir en hidrógeno puro tres de los plásticos más comunes: el tereftalato de polietileno (PET, el polietileno (PE) y el polipropileno (PP). El ATT descompone el plástico al mezclarlo con hidróxido de sodio (NaOH) y calentarlo. Gracias a las condiciones alcalinas que brinda el NaOH, no requiere tanto calor como la gasificación.
Al principio el proceso producía más hidrógeno a partir del PET, en comparación con el PE o el PP. Esos dos plásticos consisten enteramente de vínculos de carbono e hidrógeno por lo que son químicamente inertes en condiciones alcalinas. Para resolver ese problema los investigadores expusieron brevemente el PE y el PP a algo de calor y oxígeno antes d ela reacción principal. Y ese pretratamiento permitió que los tres plásticos se descompusieran de manera eficiente.
Con este proceso los investigadores produjeron hidrógeno de 43,7, 51.9 y 30.2 milimoles de gas de hidrógeno por gramo de PET, PE Y PP respectivamente, resultados comparables con los obtenidos mediante la pirólisis y la gasificación. Además su análisis post-reacción demostró que las emisiones de carbono de la reacción eran mínimas y negligibles.
Julie Zimmerman, profesora de química e ingeniería ambiental y vice provost de soluciones planetarias de la Universidad de Yale, dijo que el estudio presenta “un concepto de reacción interesante y potencialmente importante” pero que es demasiado temprano para decir que es ya una ruta sustentable y escalable para la conversión de plástico mixto en hidrógeno limpio.
“Los autores demuestran un camino químico creíble para producir hidrógeno de alta pureza a partir del PET y PE y PP pretratados, incluyendo una mezcla controlada de los tres plásticos”, afirmó Zimmerman. “Pero los experimentos a escala de miligramos, el prolongado pretratamiento de oxidación, el uso sustancial de alcalino y las elevadas temperaturas finales establecen la factibilidad química más que la viabilidad técnica o económica».
Los investigadores concuerdan en que hará falta seguir estudiando para optimizar el proceso y evaluar su viabilidad económica. Aunque la reacción produjo emisiones directas negligibles de CO2, necesitarán un análisis del ciclo completo para entender cuál es su huella de carbono, según Kim. El equipo además necesita desarrollar una forma eficiente de reciclar el reagente de hidróxido de sodio y probar si el método funciona con residuo plástico que contenga residuos de alimentos, humedad, aditivos y otros contaminantes.
Aunque todavía hay mucho trabajo por delante para hacer, el estudio marca un paso importante hacia una forma más eficiente y potencialmente más limpia de convertir el plástico en hidrógeno. A medida que sigan acumulándose más emisiones de carbono y más residuos, será cada vez más importante encontrar soluciones innovadoras a estos problemas.
