En Virginia Tech, mediante una técnica innovadora, investigadores convierten el polietileno en jabón mediante supraciclaje. Este descubrimiento se basa en la inesperada similitud entre el polietileno y los ácidos grasos, que se utilizan para fabricar jabón. El equipo creó con éxito moléculas de polietileno de cadena corta mediante la descomposición de cadenas de polietileno mediante un nuevo proceso de termólisis por gradiente de temperatura. Esto ahora se puede utilizar para fabricar jabón.
Investigadores de Virginia Tech han desarrollado con éxito una técnica innovadora para fabricar jabón a partir de polietileno. El proceso implica la transformación de plásticos en valiosos surfactantes. Estos productos químicos se emplean ampliamente en la producción de productos básicos de uso diario, como jabón y detergente.
Los plásticos y los jabones difieren enormemente en cuanto a textura, apariencia y, aún más importante, en sus aplicaciones prácticas. Existe una sorprendente conexión molecular entre ambos. El polietileno, uno de los plásticos más utilizados en todo el mundo, presenta una estructura química notablemente similar a la de un ácido graso. Este ácido graso se utiliza como precursor químico para la producción de jabón. Si bien ambos materiales están compuestos por largas cadenas de carbono, hacia el final de la cadena en los ácidos grasos hay un grupo adicional de átomos.
Las similitudes entre el polietileno y los ácidos grasos llevaron a Guoliang “Greg” Liu , profesor asociado de química en la Facultad de Ciencias de Virginia Tech , a creer que era posible convertir el polietileno en ácidos grasos . Con algunos pasos adicionales, esto podría usarse para fabricar jabón. Necesitaba encontrar una manera de romper una larga cadena de polietileno en cadenas más cortas, pero no demasiado cortas.
La eficiencia también era importante. Liu creía firmemente que existía una inmensa oportunidad para revolucionar el proceso de reciclaje creativo, transformando los residuos plásticos aparentemente insignificantes en un producto valioso y práctico.
Fuente de inspiración
Mientras disfrutaba de una acogedora tarde de invierno junto a la chimenea, Liu tuvo un momento de inspiración. Observó el humo que salía del fuego y se dio cuenta de que consistía en pequeñas partículas que se creaban al quemar la madera. Si bien es importante evitar quemar plásticos en chimeneas por motivos de seguridad y medioambientales, la curiosidad de Liu se despertó al contemplar los posibles resultados de quemar polietileno de forma segura en un laboratorio.
Liu, becaria del programa Blackwood Junior Faculty Fellowship en Ciencias Biológicas del Departamento de Química, explicó: “La leña está compuesta principalmente de polímeros como la celulosa. La combustión de la leña descompone estos polímeros en cadenas cortas y luego en pequeñas moléculas gaseosas antes de su oxidación completa a dióxido de carbono”.
“Si descomponemos de forma similar las moléculas de polietileno sintético, pero detenemos el proceso antes de que se descompongan por completo en pequeñas moléculas gaseosas, entonces deberíamos obtener moléculas de cadena corta similares al polietileno”, añadió el profesor Liu.
Liu colaboró con Zhen Xu y Eric Munyaneza , dos estudiantes de doctorado en química de su laboratorio, para construir un reactor compacto y eficiente similar a un horno. Este diseño innovador facilitó la aplicación de la termólisis con gradiente de temperatura para calentar polietileno , obteniendo resultados extraordinarios.
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El Proceso
El horno alcanza una temperatura en la parte inferior lo suficientemente alta como para romper las cadenas de polímero , mientras que en la parte superior se enfría a una temperatura lo suficientemente baja como para evitar una mayor degradación. Tras el proceso de termólisis , recogieron la sustancia restante, de forma similar a la limpieza del hollín de una chimenea. Para su satisfacción, la intuición de Liu resultó ser correcta, ya que se trataba de polietileno de cadena corta , específicamente, en forma de ceras.
Según el profesor Liu, "Este fue el primer paso para desarrollar un método que permitiera reciclar plásticos y convertirlos en jabón".
Los investigadores transformaron el polietileno en jabón mediante el reciclaje creativo, convirtiéndose así en el primer jabón del mundo fabricado con plásticos . Posteriormente, el equipo añadió algunos pasos más, como la saponificación, un proceso utilizado en la elaboración del jabón . Para perfeccionar aún más el proceso, el equipo solicitó la colaboración de expertos en modelado computacional, analistas económicos y otros profesionales.
Varios de estos expertos se incorporaron gracias a sus vínculos con el Instituto de Innovación en Macromoléculas de Virginia Tech. El grupo trabajó en colaboración para documentar y optimizar cuidadosamente el proceso de supraciclaje, hasta el punto de que ahora está listo para compartirse con la comunidad científica.
Zhen Xu , autor principal del artículo, afirmó: «Nuestra investigación demuestra una nueva vía para el reciclaje creativo de plásticos sin utilizar catalizadores novedosos ni procedimientos complejos. En este trabajo, hemos demostrado el potencial de una estrategia en tándem para el reciclaje de plásticos. Esto inspirará a desarrollar diseños más creativos para los procedimientos de reciclaje creativo en el futuro».
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Aplicable a otros plásticos
El polietileno fue el plástico que inicialmente motivó este proyecto. Sin embargo, el método de reciclaje creativo también se puede aplicar a otro plástico llamado polipropileno . Desde envases de productos hasta recipientes para alimentos y telas, estos dos materiales constituyen una parte importante de los plásticos con los que los consumidores entran en contacto a diario.
Ventajas de la técnica del upcycling
El innovador método de reciclaje de Liu presenta ventajas de las siguientes maneras:
- En comparación con ciertas técnicas de reciclaje que se utilizan actualmente, elimina la necesidad de una clasificación específica del plástico para evitar la contaminación.
- Puede procesar sin problemas ambos tipos de plásticos simultáneamente, eliminando la necesidad de una separación laboriosa.
- Esto no sólo contribuye a la rentabilidad del método, sino que también minimiza su huella ambiental.
- Esta técnica de reciclaje creativo solo requiere plástico y calor para empezar. Si bien las etapas posteriores del proceso requieren ingredientes adicionales para convertir las moléculas de cera en ácidos grasos y jabón, la conversión inicial del plástico es una reacción simple y directa.
Requisitos para que el upcycling sea efectivo
Para que el supraciclaje tenga un impacto significativo, el producto final debe poseer suficiente valor como para no solo compensar los gastos del proceso, sino también hacerlo más atractivo económicamente que las alternativas de reciclaje disponibles. El jabón y productos afines tienen una gran demanda, similar a la de los plásticos.
El profesor Liu afirmó: "Esta investigación sienta las bases para una nueva forma de reducir los residuos, canalizando los plásticos usados hacia la producción de otros materiales útiles".
Espera que las plantas de reciclaje de todo el mundo adopten gradualmente esta técnica. Con el tiempo, los consumidores podrán adquirir jabones innovadores y sostenibles que ayuden a reducir los residuos plásticos en los vertederos.
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“Por este motivo, se puede demostrar que convertir los plásticos en jabones es económicamente viable”, añadió el profesor Liu.
El autor principal, Zhen Xu, afirmó: «Es importante comprender que la contaminación por plásticos es un desafío global, no un problema exclusivo de unos pocos países. En comparación con un proceso sofisticado y un catalizador o reactivo complejo, un proceso sencillo puede ser más accesible para muchos otros países del mundo. Espero que esto sea un buen comienzo en la lucha contra la contaminación por plásticos».
El profesor Liu es miembro del programa de nanociencia, una prestigiosa sección de la prestigiosa Academia de Ciencias Integradas de la Facultad de Ciencias. Además, está afiliado al Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la prestigiosa Facultad de Ingeniería de Virginia Tech. Los investigadores convierten el polietileno en jabón mediante supraciclaje, y el proyecto contó con la colaboración de investigadores del Departamento de Ingeniería Química. Esta colaboración fue fundamental para el desarrollo del artículo de investigación.
Fuente: Reciclaje químico de polietileno, polipropileno y mezclas para obtener tensioactivos de alto valor.
