Lunes, 5 de diciembre de 2022 | Un nuevo proceso desarrollado en la Universidad de California, Berkeley, y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) podría contribuir notablemente a solucionar el problema de la acumulación de residuos plásticos, más concretamente de bolsas de polietileno. La nueva tecnología desarrollada por estos científicos se sirve de catalizadores capaces de romper las cadenas largas de polietileno en trozos uniformes (moléculas de propileno de tres carbonos), que son la materia prima para fabricar otros plásticos de alto valor, como el polipropileno.

 

El proceso es capaz de reaprovechar productos de desechos como bolsas y envases de PE en productos de alto valor con una importante demanda en el mercado. Hasta ahora, las tecnologías que se venían utilizando para romper las cadenas de PE requerían de altas temperaturas y daban lugar a compuestos mezclados cuya demanda en el mercado es mucho menor. El nuevo proceso no solo reduce la necesidad de combustibles fósiles de propileno (también llamado propeno), sino que también puede ayudar a satisfacer la demanda no satisfecha de propileno.

 

“En la medida en que se reciclan, muchos plásticos de polietileno se convierten en materiales de baja calidad. No se puede recoger una bolsa de plástico usada y luego hacer otra bolsa de plástico con las mismas propiedades”, explica John Hartwig, presidente Henry Rapoport de Química Orgánica de UC Berkeley. “Pero si podemos devolver esa bolsa de polímero a sus monómeros, dividirla en pedazos pequeños y volver a polimerizarla; entonces, en lugar de extraer más carbono del suelo, lo usamos como fuente de carbono para hacer otras cosas, por ejemplo, polipropileno. Usaríamos menos gas de esquisto para ese propósito, o para los otros usos del propeno, y para rellenar la llamada brecha de propileno”.

Los plásticos de polietileno representan actualmente alrededor de un tercio de todo el mercado de plásticos en todo el mundo, con más de 100 millones de Tms. producidas anualmente a partir de combustibles fósiles, incluido el gas natural obtenido mediante fracturación hidráulica en EE.UU., a menudo llamado gas de esquisto. A pesar de los programas de reciclaje (los productos de PE reciclables se designan con los números de plástico 2 y 4), solo alrededor del 14 % de todos los productos de plástico de polietileno se reciclan. Debido a su estabilidad, los polímeros de polietileno son difíciles de descomponer en sus componentes (despolimerizar), por lo que la mayor parte del reciclaje consiste en fundirlos y moldearlos en otros productos, como muebles de jardín, o quemarlos como combustible. Despolimerizar el polietileno y convertirlo en propileno es una forma de reciclar, es decir, producir productos de mayor valor a partir de desechos esencialmente de valor cero, al tiempo que se reduce el uso de combustibles fósiles.

 

Hartwig es especialista en el uso de catalizadores metálicos para insertar enlaces poco comunes y reactivos en las cadenas de hidrocarburos, la mayoría de los cuales se basan en el petróleo. Luego se pueden agregar nuevos grupos químicos en estos enlaces reactivos para formar nuevos materiales. El polietileno de hidrocarburo, que generalmente se presenta como una cadena de polímero de unas 1.000 moléculas de etileno (cada etileno está compuesto por dos átomos de carbono y cuatro de hidrógeno), supuso un desafío para su equipo debido a su falta de reactividad general.

 

Hartwig y los estudiantes graduados Steven Hanna y Richard J. tuvieron la idea de romper dos enlaces carbono-hidrógeno en el polietileno con un catalizador; inicialmente, un catalizador de iridio y, más tarde, con catalizadores de platino-estaño y platino-zinc, para crear un doble enlace reactivo de carbono-carbono, que serviría como talón de Aquiles. Con esta grieta en la armadura de los enlaces carbono-hidrógeno del polímero, podrían desentrañar la cadena del polímero mediante la reacción con etileno y dos catalizadores adicionales que reaccionan de manera cooperativa.

 

“Tomamos un hidrocarburo saturado, todos enlaces simples carbono-carbono, y eliminamos algunas moléculas de hidrógeno del polímero para formar dobles enlaces carbono-carbono, que son más reactivos que los enlaces simples carbono-carbono. Algunas personas habían observado ese proceso, pero nadie lo había logrado en un polímero real”, dijo Hartwig. “Una vez que tienes ese doble enlace carbono-carbono, usas una reacción llamada metátesis de olefina, que fue objeto de un Premio Nobel en 2005, con etileno para romper el doble enlace carbono-carbono. Ahora, tomó este polímero de cadena larga y lo dividió en piezas más pequeñas que contienen un doble enlace carbono-carbono al final”. La adición de un segundo catalizador, hecho de paladio, permitió que las moléculas de propileno (moléculas de tres carbonos) se cortaran repetidamente del extremo reactivo. El resultado: el 80% del polietileno se redujo a propileno.