Una serie de catalizadores desarrollados por investigadores de IBM y Stanford podría hacer que fuera eficiente en cuanto a costes la descomposición de plásticos de polietileno tereftalato, o PET, en sus constituyentes químicos para su reutilización como botellas. La compañía está trabajando para poner a prueba su catalizador de reciclaje de PET a gran escala y finalmente poder desarrollarlo para uso industrial.
La mayoría de las botellas plásticas de bebidas están hechas de PET, como cualquier otra cosa que tenga el sello de reciclaje marcado con un “1”. Normalmente, el plástico se lava, se tritura mecánicamente, y se mezcla con PET “virgen” para fabricar un polímero que no se puede utilizar en el empaquetado pero sí para elaborar productos secundarios, incluyendo ropas y alfombras.
El reciclaje mecánico, en vez de químico, se usa con el PET puesto que resulta demasiado caro descomponer el polímero en sus partes químicas, afirma Dennis Sabourin, director ejecutivo de la Asociación Nacional de Recursos de Contenedores PET, una organización comercial. Existen dos métodos para llevar a cabo la reacción química, afirma Sabourin, aunque “requieren un intenso uso de energía y han sido abandonados debido a su coste.” Incluso con la utilización de los catalizadores ya existentes para ayudar a las reacciones de reciclado, estos procesos deben realizarse a temperaturas muy altas y bajo una gran presión, y además llevan mucho tiempo. Si los nuevos catalizadores logran “aunque sea un modesto éxito, será una gran noticia,” señala Sabourin.
Los investigadores de IBM y Stanford, que describieron su trabajo hoy en la revista Macromolecules, han desarrollado varios catalizadores nuevos, uno de los cuales puede utilizarse para reciclar químicamente el PET en un corto periodo de tiempo a 75 ºC. El PET está hecho de dos material primas, una de ellas es un ácido orgánico, y la otra es el etilenglicol, que son relativamente poco costosas. Cuando se colocan trozos de botellas de agua en la solución, el catalizador provoca que el ácido orgánico del plástico reaccione con el etilenglicol de la solución para crear un tipo de PET de la misma calidad que el que se usó para crear la botella en un principio.
Los nuevos catalizadores son el resultado de un proyecto de investigación de una década en IBM para desarrollar mejores formas de fabricación de los polímeros utilizados como capa de aislamiento en los chips de ordenador. Estas capas se preparan tradicionalmente utilizando catalizadores con contenido metálico. Los catalizadores metálicos son altamente activos, aunque no son difíciles de eliminar una vez que la reacción ha terminado, dejando tras de sí pequeñas impurezas que sin embargo pueden interferir con el rendimiento del chip. Estas impurezas metálicas también pueden acabar filtrándose fuera, convirtiéndose en un contaminante ambiental cuando el chip se envía a la basura al final de su ciclo vital. “Eliminar ese catalizador tiene un coste prohibitivo, así que empezamos a buscar una nueva forma de crear polímeros,” señala James Hedrick, científico jefe en el Centro de Investigación Almaden de IBM en San Jose, Califo ia.
Los investigadores de IBM se pasaron a los catalizadores orgánicos, cuyo diseño es similar a las enzimas biológicas.
“Los catalizadores orgánicos tradicionalmente han sido duramente criticados puesto que poseen una baja actividad y se requieren grandes cantidades” para provocar la continuidad de la reacción, señala Hedrick. “Hemos encontrado familias de catalizadores que son tan activos como los catalizadores metálicos,” algunos de las cuales son buenas para el trabajo con materiales de aislamiento para chips, y otras para el PET. Los investigadores de IBM colaboraron con un grupo de química computacional dentro de la compañía para modelar la actividad de los catalizadores, y han hecho una demostración experimental en el laboratorio.
El catalizador de reciclaje de PET, un tipo de molécula llamada carbeno, encuentra su inspiración en la vitamina B1, afirma el profesor de química de Stanford Robert Waymouth. Los investigadores de Stanford e IBM supusieron que una molécula orgánica similar podría ser buena a la hora de catalizar reacciones que unan ésteres para crear polímeros largos.
Los investigadores de IBM pasarán a colaborar con los investigadores de la Ciudad para las Ciencias y la Tecnología King Abdulaziz en Arabia Saudita, y así poner a prueba el reciclaje químico del PET a una escala mayor. “Tenemos que ver si lo que hemos descubierto en el laboratorio puede funcionar en los grandes reactores,” señala Waymouth. En las pruebas iniciales, se enfocarán en la descomposición del polímero en sus distintos constituyentes. Sin embargo, la compañía también ha encontrado buenos resultados en la utilización de sus catalizadores orgánicos para despolimerizar el PET y crear materiales especializados tales como las materias primas para plásticos de alta resistencia, que resultan más valiosos pero son caros de fabricar si se usan otras vías. “Empiezas con la basura, y la vuelves a transformar en materiales de valor más alto,” señala Robert Allen, director senior de química de materiales avanzada en IBM Almaden.