La contaminación por plásticos se ha convertido en uno de los problemas ambientales más acuciantes debido al uso cada vez mayor de plásticos desechables.
por la Universidad Tecnológica de Nanyang
Como no son biodegradables, los plásticos se acumulan en el medio ambiente, alterando los hábitats y los procesos naturales. Millones de animales salvajes también quedan atrapados en los desechos plásticos cada año.
Cuando los plásticos se descomponen, liberan compuestos tóxicos que contaminan el medio ambiente. También se desintegran en pequeños trozos de plástico llamados microplásticos. Los microplásticos se encuentran hoy en día en todo el mundo y están relacionados con graves efectos para la salud, como trastornos metabólicos y daños en los órganos.
El reciclaje de plásticos reduce la cantidad de residuos plásticos que de otro modo se desecharían y conserva los recursos naturales. Sin embargo, actualmente solo se recicla alrededor del 10% del plástico en todo el mundo. La cifra es baja en parte porque reciclar algunos tipos de plástico, como los desechos electrónicos y los desechos plásticos marinos, es difícil. Las reacciones químicas que descomponen los plásticos en componentes más simples para reutilizarlos también consumen mucha energía.
Desde el uso de plásticos de desechos electrónicos para cultivar células hasta el desarrollo de un método más ecológico que descompone los plásticos, los investigadores de la NTU Singapur están resolviendo algunos de los mayores desafíos que impiden el reciclaje de plásticos y avanzan en la reducción de la contaminación plástica .
Reutilización de plásticos de desechos electrónicos para generar ‘minitumores’ para pruebas de laboratorio
Los plásticos constituyen una gran parte de los desechos electrónicos (e-waste), y los rápidos avances tecnológicos y la alta demanda de los consumidores impulsan su creciente uso en la electrónica. Según un informe de la ONU, la generación de desechos electrónicos está aumentando cinco veces más rápido de lo que muestran las cifras oficiales de la tasa de reciclaje. En 2022, los desechos electrónicos generaron 17 millones de toneladas de plástico a nivel mundial.
Los plásticos de un solo uso también se utilizan ampliamente en aplicaciones de investigación y atención médica, como el cultivo de células.
El acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) es un plástico que se utiliza habitualmente en las carcasas de dispositivos como teclados y ordenadores portátiles. La reutilización de plásticos como el ABS para aplicaciones biomédicas de alto valor podría ser una estrategia atractiva de conversión de residuos en recursos para reducir eficazmente los residuos plásticos.
Los científicos de la NTU han desarrollado una matriz sintética para cultivar células utilizando ABS de teclados desechados. La matriz es porosa como una esponja y funciona como una estructura de soporte, proporcionando un marco para que las células se adhieran y crezcan.
La matriz permite cultivar cúmulos esféricos de células, denominados esferoides cancerosos, que se asemejan a tumores reales. Debido a su forma tridimensional, estos «minitumores» representan tumores con mayor precisión que los cultivos celulares convencionales.
Para fabricar la matriz, los científicos disolvieron restos de plástico de teclados desechados en un disolvente orgánico, acetona, y vertieron la solución en un molde.
La matriz permitió el crecimiento de esferoides de cáncer de mama, colorrectal y óseo. Los esferoides de cáncer tenían propiedades similares a los que se cultivan utilizando matrices disponibles comercialmente y pueden utilizarse para aplicaciones biomédicas, como las pruebas de fármacos.
«Nuestra innovación no sólo ofrece un medio práctico para reutilizar los plásticos de los desechos electrónicos, sino que también podría reducir el uso de nuevos plásticos en la industria biomédica», dijo el profesor asociado Dalton Tay de la Escuela de Ciencias de los Materiales e Ingeniería de la NTU, quien dirigió la investigación.
La investigación fue publicada en Recursos, Conservación y Reciclaje .
Conversión de residuos plásticos difíciles de reciclar en aditivos de hidrógeno y carbono para espumas poliméricas
Si bien algunos tipos de plásticos se pueden reutilizar para fabricar nuevos productos, no es tan fácil reciclar otros tipos de plásticos. Los plásticos domésticos, los residuos de envases y los desechos plásticos marinos recuperados del medio ambiente son ejemplos de residuos plásticos que son difíciles de reciclar. Además, el tratamiento de los plásticos mezclados y contaminados tiene beneficios económicos limitados.
Los investigadores de la NTU exploraron el uso de plásticos difíciles de reciclar como fuente de material de carbono sólido para su aplicación en espumas de polímeros. Primero, los investigadores obtuvieron gas y petróleo calentando diferentes tipos de desechos plásticos a altas temperaturas (600 grados Celsius) en ausencia de oxígeno.
A continuación, el gas y el petróleo se calentaron a más de 1000 grados Celsius para descomponer las moléculas en carbono sólido e hidrógeno. El carbono sólido se puede añadir a la espuma de polímero para aumentar su resistencia y su resistencia a la abrasión para aplicaciones de amortiguación. La espuma que contiene el carbono sólido sintetizado derivado de residuos plásticos exhibió propiedades comparables a otros materiales de refuerzo convencionales y basados en carbono disponibles en el mercado.
Al mismo tiempo, el hidrógeno producido podría recogerse y utilizarse como combustible.
Publicada en el Journal of Hazardous Materials , la investigación supone un hito en la búsqueda de un uso para los residuos plásticos que antes no se podían reciclar.
«Hemos desarrollado un enfoque viable para reutilizar plásticos difíciles de reciclar, lo que constituye un aspecto importante de la economía circular», afirmó el investigador principal, el profesor asociado Grzegorz Lisak, de la Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental de la NTU.
Una forma brillante de descomponer los plásticos en compuestos valiosos
Aunque los plásticos pueden descomponerse calentándolos a altas temperaturas, estos procesos consumen mucha energía y generan gases de efecto invernadero, lo que contribuye al calentamiento global.
Para abordar la necesidad de métodos más ecológicos para descomponer los plásticos, los científicos de la NTU han desarrollado un proceso que puede reciclar la mayoría de los plásticos en compuestos químicos útiles para el almacenamiento de energía.
La reacción utiliza diodos emisores de luz (LED) y un catalizador disponible comercialmente y se produce a temperatura ambiente. Puede descomponer una amplia gama de plásticos, incluidos polipropileno, polietileno y poliestireno, todos ellos de uso común en envases y que se desechan como residuos plásticos.
En comparación con los métodos convencionales de reciclaje de plástico, el proceso requiere mucha menos energía.
En primer lugar, los plásticos se disuelven en el disolvente orgánico llamado diclorometano, lo que hace que las cadenas de polímeros plásticos sean más accesibles al fotocatalizador. A continuación, la solución se mezcla con el catalizador y se hace fluir a través de tubos transparentes donde se ilumina con luz LED.
La luz proporciona la energía inicial para romper los enlaces carbono-carbono en un proceso de dos pasos con la ayuda del catalizador de vanadio. Los enlaces carbono-hidrógeno de los plásticos se oxidan, lo que los hace menos estables y más reactivos. Después de eso, los enlaces carbono-carbono se rompen.
Los productos finales resultantes son compuestos como el ácido fórmico y el ácido benzoico, que se pueden utilizar para fabricar otros productos químicos empleados en las pilas de combustible y en los portadores de hidrógeno orgánico líquido (LOHC), compuestos orgánicos que pueden absorber y liberar hidrógeno mediante reacciones químicas . El sector energético está estudiando los LOHC como medio de almacenamiento de hidrógeno.
Según el profesor asociado Han Soo Sen de la Facultad de Química, Ingeniería Química y Biotecnología de la NTU, quien dirigió el estudio, el avance no solo proporciona una respuesta potencial al creciente problema de los desechos plásticos, sino que también reutiliza el carbono atrapado en estos plásticos en lugar de liberarlo a la atmósfera como gases de efecto invernadero a través de la incineración.
El método fue publicado en la revista Chem .
Más información: Pujiang Shi et al, Transformación de plásticos electrónicos en una construcción porosa tridimensional bioadaptativa para aplicaciones avanzadas de cultivo celular, Recursos, conservación y reciclaje (2023). DOI: 10.1016/j.resconrec.2023.107297
Yuxin Wang et al., Procesamiento de desechos plásticos mediante pirólisis-termólisis en hidrógeno y aditivo de carbono sólido para espuma de etileno-acetato de vinilo para aplicaciones de amortiguación, Journal of Hazardous Materials (2023). DOI: 10.1016/j.jhazmat.2023.132996
Chenfei Li et al., Reciclaje de plásticos no biodegradables mediante fotocatálisis de metales básicos, Chem (2023). DOI: 10.1016/j.chempr.2023.07.008
