Investigadores de la Universidad de Cambridge, en Reino Unido, han desarrollado un reactor alimentado por energía solar que descompone residuos plásticos difíciles de reciclar utilizando ácido recuperado de baterías de automóviles viejas y los transforma en hidrógeno limpio y productos químicos industriales valiosos, en un avance que se publica este 6 de abril en la revista Joule (1) y que busca ofrecer una alternativa más económica y sostenible a los métodos actuales de reciclaje químico.
Un reactor solar
El sistema desarrollado por el equipo británico funciona con luz solar y se apoya en un proceso que los investigadores denominan fotorreforma ácida con energía solar, una vía con la que pretenden abordar dos corrientes de residuos al mismo tiempo: por un lado, los plásticos difíciles de reciclar y, por otro, el ácido residual procedente de baterías de coche usadas.
Según explican los autores, la propuesta se plantea como una opción con capacidad para integrarse en un modelo más circular, en el que un residuo ayuda a resolver otro. Esa es una de las principales fortalezas que el equipo atribuye al reactor, ya que no solo busca valorizar materiales de desecho, sino también reducir parte del impacto ambiental asociado a su tratamiento.
La investigación parte de un contexto especialmente preocupante. La producción mundial de plástico supera ya los 400 millones de toneladas anuales, pero únicamente el 18% se recicla. El resto termina quemado, depositado en vertederos o disperso en los ecosistemas, lo que agrava un problema ambiental de escala global.
En ese escenario, los investigadores sostienen que este método puede contribuir a aliviar el volumen de residuos plásticos que hoy no encuentra una salida eficiente. El avance adquiere especial relevancia porque se centra en materiales que resultan especialmente complejos para los sistemas de reciclaje convencionales y para buena parte de las tecnologías químicas ya disponibles.
Cómo funciona el proceso
El corazón del avance reside en un fotocatalizador diseñado para resistir condiciones muy agresivas. Los investigadores explican que lograron desarrollar un material lo bastante robusto como para soportar los efectos altamente corrosivos del ácido, algo que hasta ahora se consideraba una barrera prácticamente insalvable en este tipo de sistemas impulsados por energía solar.
El profesor Erwin Reisner, del Departamento de Química Yusuf Hamied de Cambridge y responsable de la investigación, señala que el hallazgo se produjo de manera casi accidental. “El descubrimiento fue casi accidental”, declara Reisner, que recuerda que antes pensaban que el ácido estaba totalmente vetado en estos sistemas porque “simplemente lo disolvería todo”.
Sin embargo, el nuevo catalizador resistió. Ese comportamiento abrió, en palabras del investigador, “un mundo completamente nuevo de reacciones”. La resistencia del material permite aprovechar de forma útil un ácido que normalmente se neutraliza y se desecha, pese a que procede de una corriente de residuos que se genera en grandes cantidades cada año.
La autora principal del estudio, Kay Kwarteng, candidata a doctorado en el grupo de Reisner, explica que los ácidos se utilizan desde hace tiempo para descomponer plásticos, pero faltaba un fotocatalizador económico y escalable que pudiera soportarlos. Una vez superado ese obstáculo, añade, las ventajas del sistema se hicieron evidentes.
En la práctica, el método trata primero los residuos plásticos con el ácido procedente de baterías de automóviles. Ese paso rompe las largas cadenas de polímeros y las convierte en componentes químicos más simples, entre ellos el etilenglicol. Posteriormente, el fotocatalizador transforma ese compuesto en hidrógeno y ácido acético cuando se expone a la luz solar.
El ácido acético constituye además el ingrediente principal del vinagre, lo que da una idea del tipo de productos químicos que puede generar el sistema junto al combustible limpio. El proceso, por tanto, no solo persigue la obtención de hidrógeno limpio, sino también la producción de compuestos con potencial interés industrial.
Alcance y próximos pasos
En las pruebas realizadas en laboratorio, el reactor consiguió altos rendimientos de hidrógeno y produjo ácido acético con alta selectividad, un dato que refuerza el interés del proceso desde el punto de vista químico. Además, el sistema funcionó durante más de 260 horas sin registrar ninguna pérdida de rendimiento, según detallan los investigadores.
Otro de los aspectos que el equipo destaca es la versatilidad del método. El proceso no se limita al PET, que concentra buena parte de los esfuerzos de reciclaje actuales, sino que también funciona con otros residuos plásticos difíciles de tratar, como textiles de nailon y espumas de poliuretano. Esa amplitud supone, a juicio de los autores, un verdadero avance frente a muchas tecnologías actuales.
El sistema también presenta una ventaja importante por el lado del ácido empleado. No solo funciona con ácido nuevo de grado laboratorio, sino también con el ácido recuperado de baterías de automóviles. Estas baterías contienen entre un 20% y un 40% de ácido en volumen y se reemplazan en grandes cantidades en todo el mundo cada año.
Habitualmente, de estas baterías se recupera el plomo para su reventa, mientras que el ácido genera residuos adicionales tras ser neutralizado de forma segura. Para el equipo de Cambridge, ese componente representa un recurso sin explotar que puede reutilizarse antes de convertirse en un problema ambiental añadido.
Kwarteng subraya esa idea al señalar que, si se recoge el ácido antes de su neutralización, puede emplearse repetidamente para descomponer plásticos. A su juicio, se trata de una situación beneficiosa para todos, porque se evita el coste ambiental de neutralizar el ácido y, al mismo tiempo, se aprovecha para producir hidrógeno limpio.
Los investigadores afirman, además, que su planteamiento puede ofrecer una reducción de costes de un orden de magnitud frente a otros enfoques de fotorreforma. Esa mejora económica se explicaría principalmente porque el ácido incrementa las tasas de producción de hidrógeno y puede reutilizarse en lugar de consumirse o desperdiciarse.
Pese al potencial de la tecnología, el equipo reconoce que todavía persisten desafíos. Entre ellos figura la necesidad de garantizar que los reactores soporten de manera continuada unas condiciones corrosivas exigentes. Aun así, Kwarteng sostiene que la química fundamental del sistema es sólida, lo que refuerza las expectativas sobre su desarrollo futuro.
Los autores dejan claro, en cualquier caso, que este método no pretende sustituir al reciclaje convencional. Su papel, apuntan, puede ser complementario, sobre todo para gestionar plásticos contaminados o mezclados que en la actualidad no disponen de una vía viable de reutilización.
Reisner resume el alcance del avance con cautela. “No prometemos solucionar el problema mundial de los plásticos”, plantea el investigador. Pero el trabajo sí demuestra, añade, cómo los residuos pueden convertirse en un recurso y cómo es posible generar valor a partir de plásticos desechados, luz solar y ácido de baterías usadas.
El equipo prevé ahora comercializar el proceso con el apoyo de Cambridge Enterprise, el brazo de innovación de la universidad, y mediante una Cuenta de Aceleración de Impacto de UKRI. La investigación recibe financiación, entre otros organismos, de Cambridge Trust, la Real Academia de Ingeniería, Leverhulme Trust, Isaac Newton Trust y el EPSRC, integrado en UK Research and Innovation.