Como todos sabemos la demanda mundial de plásticos ha ido en aumento, disparándose de manera exponencial su producción en los últimos 50 años, las cifras de producción a nivel mundial de este material rondan cerca de los 400 millones de toneladas al año, esto se traduce en una gran cantidad de desechos, y aunque el éxito de este material se debe a su versatilidad y bajo costo, los problemas de contaminación por sus residuos se deben a que en su mayoría no son biodegradables y su recuperación es muy costosa, especialmente las bolsas plásticas utilizadas para las compras son un gran problema, ya que la mayoría son desechadas inmediatamente después de su primer uso.
Las bolsas y otros residuos plásticos representan un gran problema de contaminación. Fuente: Pxhere.com.
Un gran porcentaje de estas bolsas terminan en los vertederos, o peor aún, son transportadas fácilmente por el viento hasta los océanos causando grandes problemas de contaminación, ya que muchas especies marinas, como las tortugas, las confunden por alimento, o por acción del sol y el viento se fragmentan en pequeños pedazos denominados microplasticos, que también son ingeridos por peces y otras especies de menor tamaño, acumulándose en este ecosistema.
Siempre he pensado que el problema con el plástico es que resulta más viable producirlo desde materia prima virgen que reciclarlo, y aunque se ha realizado esfuerzos por desarrollar métodos de aprovechamiento económicos, lo cierto es que han sido poco adoptados por las pobres características de los productos obtenidos. Por lo que una forma de resolver el problema podría ser encontrar un mejor uso para este tipo de residuos, un uso que les proporcione mayor valor añadido.
En este sentido, un proceso de conversión térmica que está llamando mucho la atención como una posible solución a este problema es la pirolisis catalítica.
Pirolisis
Los métodos de tratamiento térmico de los residuos han existido desde hace mucho tiempo, pero básicamente consisten en la incineración de los mismos, lo que a veces genera una gran cantidad de emisiones más contaminantes que los propios residuos.
Pero a diferencia de una simple quema de desechos, la pirolisis se centra en su conversión térmica en otros productos de mayor valor. Este procedimiento requiere suministrar calor bajo condiciones anaerobias controladas a los residuos, los cuales, debido a la inestabilidad de los materiales orgánicos frente al calor, comienzan a descomponerse en otros productos, especialmente gases y líquidos.
Esquema general del proceso. Imagen elaborada en Powerpoint.
El proceso de pirolisis suele llevarse a cabo a temperaturas de entre 350°C y los 850°C, y mediante este se obtienen una gran variedad de productos entre ellos un sólido carbonizado (coque) y una fracción volátil que es separada en hidrocarburos condensables (aceite) y no condensables (gases), cuya composición depende las condiciones de operación y el tipo de materia prima.
Pirolisis Catalítica de polimeros
Con el fin de mejorar el proceso y tener mayor control sobre la composición de los hidrocarburos líquidos obtenidos de la pirolisis de polímeros, se desarrolló la pirolisis catalítica, incorporando un catalizador al reactor de pirolisis con la finalidad de mejorar la selectividad durante la reaccion de craqueo de los polímeros. Y entre los catalizadores utilizados se pueden encontrar solidos porosos como la alúmina, la silica y materiales mesoporosos como la zeolita.
Se han determinado dos formas de actuación del catalizador, utilizándose bien sea en contacto con la fase liquida o en contacto con la fase gaseosa, en el primer caso el catalizador se pone en contacto con el polímero fundido y en el segundo caso el catalizador actúa sobre la fase gaseosa de los polímeros degradados térmicamente.
Esquema general del proceso de pirolisis catalítica. Fuente: Imagen elaborada en Powerpoint, contiene imágenes de dominio publico.
Recientes avances
En este sentido, un grupo de investigadores informaron recientemente en el el Journal of Renewable and Sustainable Energy, haber desarrollado un método de pirolisis catalítica para convertir los residuos de bolsas de plástico en una fuente de combustibles mediante la pirolisis catalítica.
Este grupo de investigadores no se centraron en reciclar el plástico para convertirlo en materia prima para obtener el mismo material, más bien se centraron en mejorarlo y convertirlo en vapor mediante calor, luego, al ponerlo en contacto con un catalizador fue convertido en un combustible.
En este proceso lo fundamental ha sido el catalizador, el cual se ha obtenido mediante la disolución de polvos de óxidos de níquel y tungsteno, posterior impregnación de un sustrato de zeolita en la disolución, seguida de un secado en horno a 500 °C, el catalizador obtenido se utilizó en un reactor de pirolisis de una sola etapa que funcionó a 360 °C para descomponer una mezcla compuesta por bolsas de plástico para víveres, las utilizadas en los supermercados.
El producto obtenido de la pirolisis fue caracterizado mediante cromatografía de gases, un método analítico que separa y analiza los compuestos de una mezcla al vaporizarlos, y los científicos determinaron que contiene isómeros C9-C22 típicos del diésel. En la siguiente imagen se muestra un esquema del proceso.
Sistema de reacción catalítico para la pirolisis de polímeros. Imagen elaborada en Powerpoint.
De acuerdo a la imagen anterior, el reactor se carga con una mezcla de bolsas de plástico, todo el sistema se purga mediante una corriente de gas inerte para garantizar la ausencia de oxígeno, y a medida que el reactor se calienta los polímeros se descomponen lentamente en hidrocarburos más ligeros, luego, cuando esta mezcla de hidrocarburos gaseosos se pone en contacto con el catalizador, los hidrocarburos más pesados son craqueados selectivamente volviendo la mezcla más ligera. Luego, mediante un intercambiador de calor se condensa la mezcla vaporizada de hidrocarburos y el líquido resultante se puede recolectar.
En resumen, este procedimiento de craqueo térmico en condiciones anaerobias de los residuos plásticos incorporando una etapa catalítica en el proceso para controlar la composición de los productos de la pirolisis ofrece una gran solución para avanzar en la solución del problema de acumulación de este tipo de residuos, convirtiéndolo en materia prima para un producto de mayor valor.
Actualmente la investigación está centrada en desarrollar catalizadores para el proceso y en comprender el mecanismo químico que se produce en la superficie del catalizador a fin de optimizar un método para producir combustibles a partir de diferentes residuos plásticos.
Investigaciones como estas constituyen un gran aporte, que si bien, orientan el uso de estos desechos para producir un tipo de combustible que también genera problemas de contaminación, está ofreciendo una forma de darle mayor valor agregado a los desechos plásticos, especialmente las bolsas de mercado, que en la actualidad acaban acumulándose en áreas públicas o llegan a nuestros océanos convirtiéndose en una terrible amenaza para la fauna marina, quizás en el futuro este tipo de métodos abra las puertas para obtener otro tipo de productos químicos valiosos a partir de estos residuos.
Bueno amigos espero haberles brindado información de interés sobre esta innovadora forma de aprovechar los residuos plásticos. ¡Hasta la próxima!
Referencias
Esteban Poblete (2013). Pirolisis catalítica de desechos plásticos mediante zeolitas modificadas con cobre. Universidad de Chile.
Michael Arnold, Baron Boghosian y Mingheng Li (2021). Catalytic production of diesel-like oils from plastic wastes; Journal of Renewable and Sustainable Energy, Nov. 2.
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