Un método para reciclar plásticos y convertirlos en jabón

Un equipo de Virginia Tech ha desarrollado un nuevo método para convertir plásticos en productos químicos de alto valor conocidos como tensioactivos, que se usan para crear jabón, detergente y más.

Los plásticos y los jabones suelen tener poco en común en cuanto a textura, aspecto y, sobre todo, modo de empleo, pero existe una conexión entre ambos a nivel molecular: la estructura química del polietileno, uno de los plásticos más utilizados en el mundo hoy en día, es sorprendentemente similar a la de un ácido graso, que se utiliza como precursor químico del jabón.

Ambos materiales están formados por largas cadenas de carbono, pero los ácidos grasos tienen un grupo extra de átomos al final de la cadena.

Guoliang "Greg" Liu, profesor asociado de química en la Facultad de Ciencias de Virginia Tech, llevaba tiempo pensando que esta similitud implicaba que debería ser posible convertir el polietileno en ácidos grasos, y con unos pocos pasos adicionales al proceso, para producir jabón.

El reto era cómo romper una larga cadena de polietileno en muchas cadenas cortas, pero no demasiado cortas, y cómo hacerlo de forma eficiente. Liu creía que existía el potencial para un nuevo método de upcycling que podría tomar residuos plásticos de bajo valor y convertirlos en un producto útil de alto valor.

Después de reflexionar sobre la cuestión durante algún tiempo, a Liu le llegó la inspiración mientras disfrutaba de una tarde de invierno junto a una chimenea.

Observó el humo que salía del fuego y pensó que estaba formado por pequeñas partículas producidas durante la combustión de la madera. Aunque los plásticos nunca deben quemarse en una chimenea por motivos de seguridad y medioambientales, Liu empezó a preguntarse qué pasaría si el polietileno pudiera quemarse en un laboratorio seguro.

"La leña está compuesta en su mayor parte por polímeros como la celulosa. La combustión de la leña rompe estos polímeros en cadenas cortas y luego en pequeñas moléculas gaseosas antes de su oxidación completa a dióxido de carbono", explica en un comunicado Liu, cuyo estudio se publica en Science.

"Si descomponemos de forma similar las moléculas de polietileno sintético pero detenemos el proceso antes de que se rompan del todo en pequeñas moléculas gaseosas, entonces deberíamos obtener moléculas de cadena corta similares al polietileno", añade.

Con la ayuda de Zhen Xu y Eric Munyaneza, dos estudiantes de doctorado en química del laboratorio de Liu, éste construyó un pequeño reactor en forma de horno donde podían calentar el polietileno en un proceso denominado termólisis de gradiente de temperatura.

En la parte inferior, el horno está a una temperatura lo suficientemente alta para romper las cadenas de polímero y, en la parte superior, se enfría a una temperatura lo suficientemente baja para detener la descomposición. Tras la termólisis, recogieron el residuo --similar a limpiar el hollín de una chimenea-- y descubrieron que la corazonada de Liu había sido acertada: estaba compuesto de "polietileno de cadena corta", o más exactamente, de ceras.

Este fue el primer paso en el desarrollo de un método para reciclar plásticos y convertirlos en jabón, según Liu. Tras añadir algunos pasos más, como la saponificación, el equipo fabricó el primer jabón del mundo a partir de plásticos. Para continuar el proceso, el equipo contó con la ayuda de expertos en modelización computacional y análisis económico, entre otros.

Algunos de estos expertos llegaron al equipo a través de contactos con el Instituto de Innovación en Macromoléculas de Virginia Tech. Juntos, el grupo documentó y perfeccionó el proceso de reciclaje hasta que estuvo listo para compartirlo con la comunidad científica.

"Nuestra investigación demuestra una nueva ruta para el reciclaje de plásticos sin utilizar catalizadores novedosos ni procedimientos complejos. En este trabajo hemos demostrado el potencial de una estrategia en tándem para el reciclado de plásticos --afirma Xu, autor principal del artículo--. Esto servirá para desarrollar diseños más creativos de procedimientos de reciclaje en el futuro".

Aunque el polietileno fue el plástico que inspiró este proyecto, el método de reciclaje también puede funcionar con otro tipo de plástico conocido como polipropileno. Estos dos materiales constituyen gran parte del plástico que los consumidores encuentran a diario, desde envases de productos hasta envases de alimentos o tejidos. Uno de los aspectos más interesantes de la nueva técnica de Liu es la posibilidad de reciclar el polipropileno.

Otra ventaja de la técnica del reciclaje es que sus requisitos son muy sencillos: plástico y calor. Aunque los pasos posteriores del proceso requieren algunos ingredientes adicionales para convertir las moléculas de cera en ácidos grasos y jabón, la transformación inicial del plástico es una reacción sencilla. Esto contribuye a la rentabilidad del método, así como a su impacto medioambiental comparativamente pequeño.

Para que el reciclaje sea eficaz a gran escala, el producto final debe ser lo suficientemente valioso como para cubrir los costes del proceso y hacerlo más atractivo económicamente que las opciones alternativas de reciclaje.

Aunque en principio los jabones no parezcan un producto especialmente caro, en realidad pueden valer el doble o el triple que los plásticos si se comparan por peso. Además, la demanda de jabones y productos afines es comparable a la de plásticos.

Según Liu, esta investigación sienta las bases de una nueva forma de reducir los residuos canalizando los plásticos usados hacia la producción de otros materiales útiles. Con el tiempo, espera que las instalaciones de reciclaje de todo el mundo empiecen a aplicar esta técnica. Si es así, los consumidores tendrán algún día la oportunidad de comprar productos de jabón sostenibles y revolucionarios que también reducirán los residuos plásticos en los vertederos.

Por esta razón, se puede demostrar que convertir plásticos en jabones es económicamente viable, añadió Liu, que también es miembro afiliado del profesorado del programa de nanociencia, que forma parte de la Academia de Ciencia Integrada de la Facultad de Ciencias, así como del Departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería de la Facultad de Ingeniería de Virginia Tech.

"Hay que darse cuenta de que la contaminación por plásticos es un reto mundial y no un problema de unos pocos países dominantes --recuerda Xu--. En comparación con un proceso sofisticado y un catalizador o reactivo complejo, un proceso sencillo puede ser más accesible para muchos otros países de todo el mundo. Espero que esto pueda ser un buen comienzo para la lucha contra la contaminación por plásticos", concluye.