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Catalizadores para el reciclaje de plásticos
Una botella de plástico arrojada a la papelera de reciclaje puede terminar siendo triturada y reutilizada para hacer un suéter o una alfombra, pero no se convertirá en otra botella de agua. Al menos no hasta ahora. Los catalizadores que están desarrollando investigadores de IBM y Stanford podrían hacer que resulte rentable descomponer los plásticos de tereftalato de polietileno, o PET, en sus componentes químicos para reutilizarlos como botellas. La compañía está trabajando para probar su catalizador de reciclaje de PET a gran escala para eventualmente desarrollarlo para uso industrial.
Reciclaje de plástico: James Hedrick, científico del Centro de Investigación de Almaden de IBM, está desarrollando catalizadores que ayudan a reciclar químicamente el plástico PET utilizado para fabricar estas botellas.
La mayoría de las botellas de plástico para bebidas están hechas de PET, al igual que cualquier cosa con el sello de reciclaje 1. Por lo general, el plástico se lava, se muele mecánicamente y se mezcla con PET virgen para hacer un polímero que no es adecuado para el empaque, pero que se puede usar para fabricar productos secundarios, como ropa y alfombras.
El reciclaje mecánico, en lugar de químico, se usa para el PET porque es demasiado costoso descomponer el polímero en sus partes químicas, dice Dennis Sabourin, director ejecutivo de la Asociación Nacional de Recursos de Envases de PET , una organización comercial. Hay dos métodos existentes para lograr la reacción química, dice Sabourin, pero consumen mucha energía y se han abandonado debido al costo. Incluso con el uso de catalizadores existentes para ayudar a las reacciones de reciclaje, estos procesos deben realizarse a altas temperaturas y bajo una gran presión, y llevar mucho tiempo. Si los nuevos catalizadores tienen un mínimo de éxito, sería una gran noticia, dice Sabourin.
Los investigadores de IBM y Stanford, que describieron hoy su trabajo en la revista Macromoléculas , han desarrollado varios catalizadores nuevos, uno de los cuales puede utilizarse para reciclar químicamente PET en poco tiempo a 75 ºC. El PET se fabrica a partir de dos materias primas, una de ellas un ácido orgánico y la otra etilenglicol, que es relativamente económico. El catalizador funciona en una solución de etilenglicol. Cuando las botellas de agua cortadas se colocan en la solución, el catalizador hace que el ácido orgánico del plástico reaccione con el etilenglicol en la solución para producir PET que es de la misma calidad que se utilizó para hacer la botella inicialmente.
Los nuevos catalizadores son el resultado de un proyecto de investigación de una década en IBM para desarrollar mejores formas de fabricar los polímeros utilizados como capa aislante en chips de computadora. Estas capas se preparan tradicionalmente utilizando catalizadores que contienen metal. Los catalizadores metálicos son muy activos, pero son difíciles de eliminar una vez que finaliza la reacción, dejando pequeñas impurezas que, no obstante, pueden interferir con el rendimiento de un chip. Estas impurezas metálicas también pueden filtrarse, convirtiéndose en un contaminante ambiental cuando el chip se destruye al final de su vida útil. Eliminar ese catalizador tiene un costo prohibitivo, por lo que comenzamos a buscar una nueva forma de fabricar polímeros, dice James Hedrick, científico principal de IBM Centro de Investigación de Almaden en San José, CA.
Los investigadores de IBM recurrieron a catalizadores orgánicos, cuyo diseño es similar a las enzimas biológicas.
Los catalizadores orgánicos han sido tradicionalmente muy criticados porque tienen baja actividad y se requieren grandes cantidades de ellos para ayudar en la reacción, dice Hedrick. Encontramos familias de catalizadores que son tan activos como los catalizadores metálicos, algunos de los cuales son buenos para trabajar con materiales aislantes para astillas y otros pueden funcionar con PET. Los investigadores de IBM colaboraron con un grupo de química computacional dentro de la empresa para modelar la actividad de los catalizadores, y los han demostrado experimentalmente en el laboratorio.
El catalizador de reciclaje de PET, un tipo de molécula llamada carbeno, se inspiró en la vitamina B1, dice el profesor de química de Stanford. Robert Waymouth . Los investigadores de Stanford e IBM supusieron que una pequeña molécula orgánica similar podría ser buena para catalizar reacciones que unen los ésteres para formar polímeros largos.
Los investigadores de IBM ahora colaborarán con investigadores en el Ciudad Rey Abdulaziz para la ciencia y la tecnología en Arabia Saudita para probar el reciclaje químico de PET a mayor escala. Necesitamos ver si lo que descubrimos en la mesa del laboratorio puede funcionar en grandes reactores, dice Waymouth. En las pruebas iniciales, se centrarán en descomponer el polímero en sus componentes. Sin embargo, la empresa también ha obtenido buenos resultados al utilizar sus catalizadores orgánicos para despolimerizar el PET y fabricar materiales especializados, como materias primas para plásticos de alta resistencia, que son más valiosos pero costosos de fabricar utilizando otras vías. Se comienza con la basura y se vuelve a construir en materiales de mayor valor, dice Robert Allen , director senior de química de materiales avanzados en IBM Almaden.