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TECNOLOGÍA. Los desechos plásticos en el microondas pueden generar hidrógeno limpio

 


Los químicos han utilizado microondas para convertir bolsas de plástico, botellas de leche y otros envases de supermercado en una fuente limpia de hidrógeno. Los desechos plásticos ya se pueden convertir en hidrógeno utilizando otros métodos , y se están desarrollando instalaciones comerciales para transformar el plástico. Sin embargo, un nuevo enfoque promete ser más rápido y menos intensivo en consumo de energía.

Peter Edwards, de la Universidad de Oxford, dice que él y sus colegas querían "confrontar la cruda realidad" de los residuos plásticos, ya que solo el Reino Unido produce 1,5 millones de toneladas cada año. Dado que la densidad del hidrógeno en las bolsas de plástico es de aproximadamente el 14 por ciento en peso, el plástico ofrece una posible nueva fuente para los países que buscan hidrógeno producido de forma limpia para abordar el cambio climático .

La mayoría de los enfoques existentes implican primero el uso de temperaturas muy altas de más de 750 °C para descomponer el plástico en gas de síntesis, una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono, y luego usar un segundo paso para separar el hidrógeno.

En cambio, Edwards y su equipo rompieron el plástico en pequeños trozos con una licuadora de cocina y lo mezclaron con un catalizador de óxido de hierro y óxido de aluminio. Cuando se explotó con un generador de microondas a 1000 vatios, el catalizador creó puntos calientes en el plástico y eliminó el hidrógeno, recuperando en segundos el 97 por ciento del gas en el plástico. El material sólido que sobró fueron casi exclusivamente nanotubos de carbono. 

El enfoque de un solo paso tiene la ventaja de calentar simplemente el catalizador, no todo el plástico, lo que resulta en un menor uso de energía, ya que el plástico no absorbe las microondas.

Los resultados ofrecen "una solución potencial atractiva para los residuos plásticos", dice Edwards. Aunque solo se hizo a pequeña escala, utilizando alrededor de 300 gramos de plástico para cada prueba, ya se están planificando experimentos más grandes.




EL PROCESO

En colaboración con colegas de universidades e instituciones del Reino Unido, China y el Reino de Arabia Saudita, los investigadores del grupo Edwards / Xiao del Departamento de Química de Oxford han desarrollado un método para convertir residuos plásticos en gas hidrógeno que se puede utilizar como combustible limpio y carbono sólido de alto valor. Esto se logró con un nuevo tipo de catálisis desarrollado por el grupo que utiliza microondas para activar las partículas de catalizador para "eliminar" eficazmente el hidrógeno de los polímeros. 

Los hallazgos, publicados en Nature Catalysis , detallan cómo los investigadores mezclaron partículas de plástico pulverizadas mecánicamente con un catalizador de microondas de óxido de hierro y óxido de aluminio. La mezcla se sometió a un tratamiento con microondas y produjo un gran volumen de gas hidrógeno y un residuo de materiales carbonosos, la mayor parte de los cuales se identificaron como nanotubos de carbono. 

Este rápido proceso de un solo paso para convertir plástico en hidrógeno y carbono sólido simplifica significativamente los procesos habituales de tratamiento de residuos plásticos y demuestra que más del 97% del hidrógeno del plástico se puede extraer en muy poco tiempo, en un método de bajo costo sin emisiones de CO2. 

Esto abre un área de investigación completamente nueva en términos de selectividad y ofrece una ruta potencial para el uso de residuos plásticos

El nuevo método representa una solución potencial atractiva para el problema de los residuos plásticos; en lugar de contaminar nuestra tierra y océanos, los plásticos podrían usarse como materia prima valiosa para producir combustible de hidrógeno limpio y productos de carbono con valor agregado.


El uso de plástico se ha convertido en un problema medioambiental masivo, que sigue aumentando cada año. Hoy en día, los 4.900 millones de toneladas de plástico que hay actualmente en la tierra terminan en vertederos o en la naturaleza, y este número aumentará año tras año. 


Abre un área de catálisis completamente nueva en términos de selectividad y ofrece una ruta potencial al desafío planteado por los desechos plásticos, particularmente en los países en desarrollo, como una ruta hacia la economía del hidrógeno, permitiéndoles efectivamente dar un salto en el uso exclusivo de combustibles fósiles.  

Quizás por encima de todo, es absolutamente fundamental para una comprensión fundamental de la química, la física y la ingeniería electrónica del régimen de mesoescala en catálisis que apuntala cualquier avance aplicado importante en nuestra búsqueda de avances energéticos sostenibles.

La idea de este avance de la 'ciencia aplicada' tiene su origen en un proyecto profundamente de 'ciencia pura': la comprensión profunda de la ciencia de la transición de metal a aislante inducida por el tamaño (SIMIT), un tema que el grupo investigador ha estudiado durante muchos años. La idea es que si uno fragmenta una pieza de metal altamente conductor en piezas cada vez más pequeñas, ¿hay una etapa (es decir, un tamaño crítico de partícula) en la que deja de comportarse como un metal? 

Los investigadores observaron que cuando un metal entra en el llamado régimen mesoscópico atravesando el SIMIT, la conductividad dentro de una partícula disminuye en unos 10 órdenes de magnitud, mientras que al mismo tiempo la absorción de microondas aumenta en unos 10 órdenes de magnitud. Esto significa que las pequeñas partículas "metálicas" por debajo del SIMIT se comportan como "súper absorbentes de microondas", proporcionando una ruta muy eficaz para calentar partículas de catalizador, creando así un sistema de diminutos "puntos calientes" cuando se exponen a la radiación electromagnética de microondas. 

Fuente: Nature Catalysis , DOI: 10.1038 / s41929-020-00518-5


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