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MEDIO AMBIENTE. Plástico ecológico revolucionario: PDK el plástico infinitamente reciclable

 

Actualmente, solo alrededor del 2% de los plásticos se reciclan por completo. Los plásticos PDK podrían resolver la crisis de un solo uso.

Un nuevo análisis ambiental y tecnológico sugiere que un plástico ecológico revolucionario está casi listo para salir a la luz.

Los plásticos son parte de casi todos los productos que usamos a diario. La persona promedio genera alrededor de 100 kg de desechos plásticos por año, la mayoría de los cuales van directamente a un vertedero. 

Hace menos de dos años, un grupo de investigadores anunciaron la invención de un nuevo plástico que podría hacer frente a la crisis de los residuos. Llamado poli (dicetoenamina), o PDK, el material tiene todas las propiedades convenientes de los plásticos tradicionales al tiempo que evita los peligros ambientales, porque a diferencia de los plásticos tradicionales, los PDK se pueden reciclar indefinidamente sin pérdida de calidad.

Ahora, el equipo ha publicado un estudio que muestra lo que se puede lograr si los fabricantes comenzaran a usar PDK a gran escala. ¿La línea de fondo? El plástico a base de PDK podría volverse comercialmente competitivo rápidamente con los plásticos convencionales, y los productos se volverán menos costosos y más sostenibles a medida que pase el tiempo.

Los plásticos nunca fueron diseñados para ser reciclados. La necesidad de hacerlo se reconoció mucho después. Pero impulsar la sostenibilidad es el corazón de este proyecto. Los PDK fueron diseñados para ser reciclados desde el principio, y desde el principio, el equipo ha estado trabajando para refinar los procesos de producción y reciclaje de PDK para que el material sea económico y lo suficientemente fácil para ser implementado a escalas comerciales.

El estudio presenta una simulación para una instalación de 20.000 toneladas métricas por año que produce nuevos PDK y recoge residuos de PDK usados ​​para su reciclaje. Los autores calcularon los insumos químicos y la tecnología necesarios, así como los costos y las emisiones de gases de efecto invernadero, luego compararon sus hallazgos con las cifras equivalentes para la producción de plásticos convencionales.

“En estos días, existe un gran impulso para adoptar prácticas de economía circular en la industria. Todo el mundo está tratando de reciclar lo que está sacando al mercado ”, dijo Vora. "Comenzamos a hablar con la industria sobre la implementación de plásticos 100% reciclados infinitamente y hemos recibido mucho interés".

Las preguntas son cuánto costará, cuál será el impacto en el uso de energía y las emisiones.

Marcando las casillas de barato y fácil

Hasta la fecha, se han producido más de 8.300 millones de toneladas métricas de material plástico, y la gran mayoría ha terminado en vertederos o plantas de incineración de residuos. Una pequeña proporción de plásticos se envía para ser reciclado "mecánicamente", lo que significa que se funden y luego se transforman en nuevos productos. Sin embargo, esta técnica tiene un beneficio limitado. 

La resina plástica en sí está hecha de muchas moléculas idénticas (llamadas monómeros) unidas en largas cadenas (llamadas polímeros). Sin embargo, para darle al plástico sus muchas texturas, colores y capacidades, se agregan a la resina aditivos como pigmentos, estabilizadores de calor y retardadores de llamaCuando muchos plásticos se funden juntos, los polímeros se mezclan con una gran cantidad de aditivos potencialmente incompatibles, lo que da como resultado un nuevo material con una calidad mucho menor que la resina virgen recién producida a partir de materias primas. 

Menos del 10% del plástico se recicla mecánicamente más de una vez, y el plástico reciclado generalmente también contiene resina virgen para compensar la pérdida de calidad.

Un GIF que muestra cómo el plástico PDK se descompone fácilmente cuando se pone en una solución ácida. El ácido ayuda a romper los enlaces entre los monómeros y a separarlos de los aditivos químicos que le dan al plástico su apariencia y tacto. Fuente: Peter Christensen / Berkeley Lab

Los plásticos PDK evitan este problema por completo: los polímeros de resina están diseñados para descomponerse fácilmente en monómeros individuales cuando se mezclan con un ácidoLuego, los monómeros se pueden separar de cualquier aditivo y recolectar para hacer nuevos plásticos sin pérdida de calidad. La investigación anterior del equipo muestra que este proceso de "reciclaje químico" tiene poca energía y emisiones de dióxido de carbono, y puede repetirse indefinidamente, creando un ciclo de vida del material completamente circular en el que actualmente hay un boleto de ida al desperdicio.

Sin embargo, a pesar de estas increíbles propiedades, para vencer realmente a los plásticos en su propio juego, los PDK también deben ser convenientes. Reciclar el plástico tradicional a base de petróleo puede ser difícil, pero hacer plástico nuevo es muy fácil.

El informe del equipo, publicado en Science Advances, modela una tubería de producción y reciclaje de PDK a escala comercial basada en el estado actual de desarrollo del plástico. Y las conclusiones principales fueron que, una vez que se ha producido el PDK inicialmente y lo tiene en el sistema, el costo y las emisiones de gases de efecto invernadero asociados con continuar reciclándolo en monómeros y fabricando nuevos productos podrían ser más bajos , o al menos a la par con muchos polímeros convencionales.

Planeando el lanzamiento

Gracias a la optimización del modelado de procesos, los PDK reciclados ya están atrayendo el interés de las empresas que necesitan abastecerse de plástico. Siempre mirando hacia el futuro, los científicos han realizado estudios de mercado y se han reunido con personas de la industria desde los primeros días del proyecto. 

Su trabajo preliminar muestra que la mejor aplicación inicial para los PDK son los mercados donde el fabricante recibirá su producto al final de su vida útil, como la industria del automóvil (a través de intercambios y devoluciones) y la electrónica de consumo (a través de desechos electrónicos). 

Estas empresas podrán aprovechar los beneficios de los PDK 100% reciclables en su producto: marca sostenible y ahorros a largo plazo.

Trabajadores clasificando residuos plásticos.

Con los PDK, ahora la gente en la industria tiene una opción. Después de infiltrarse en el mercado de productos duraderos como automóviles y productos electrónicos, el equipo espera expandir los PDK a productos de un solo uso y de corta duración, como los envases.

Un futuro de círculo completo

Mientras forjan planes para un lanzamiento comercial, los científicos también continúan su colaboración tecnoeconómica en el proceso de producción de PDK. Aunque ya se prevé que el costo del PDK reciclado sea competitivo bajo, los científicos están trabajando en refinamientos adicionales para reducir el costo del PDK virgen, de modo que las empresas no se desanimen por el precio de inversión inicial.

Y como era de esperar, los científicos están trabajando dos pasos por delante al mismo tiempo para diseñar un proceso que produzca polímeros PDK utilizando ingredientes precursores hechos con microbios. Actualmente, el proceso utiliza productos químicos industriales, pero inicialmente se diseñó teniendo en cuenta los microbios de Keasling, gracias a un seminario interdisciplinario fortuito.

En el futuro, se piensa incorporar ese componente biológico, lo que significa que los científicos podrán comprender los impactos de la transición de materias primas convencionales a materias primas biológicas únicas y posiblemente ventajosas que podrían ser más sostenibles a largo plazo sobre la base de intensidad de producción y reciclaje de energía, carbono o agua.

Fuente: “Leveling the cost and carbon footprint of circular polymers that are chemically recycled to monomer” by Nemi Vora, Peter R. Christensen, Jérémy Demarteau, Nawa Raj Baral, Jay D. Keasling, Brett A. Helms and Corinne D. Scown, 9 April 2021, Science AdvancesDOI: 10.1126/sciadv.abf0187

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