Una ruptura limpia: los científicos convierten los plásticos en jabones y detergentes

Como estudiante universitario en la Universidad de Zhejiang, en el este de China, Greg Liu fue con algunos de sus compañeros de clase a un viaje patrocinado por la universidad para recorrer una serie de industrias químicas de la zona.

La gira brindó a los estudiantes que cursaban estudios de ingeniería química la oportunidad de aprender más sobre los procesos de fabricación y producción de productos químicos en China en ese momento. Liu se dio cuenta ese día exactamente de lo que quería hacer en su carrera: encontrar maneras de aliviar o detener la contaminación del medio ambiente por parte de la industria.

«Me di cuenta de que esta no iba a ser la forma sostenible de nuestro futuro. La contaminación estaba en todas partes: agua, suelo, carreteras, lo que sea. Los trabajadores estaban en condiciones de trabajo insoportables. No quería estar en un entorno como ese. , ni nuestras generaciones futuras», afirmó Liu. «Eso básicamente me llevó a pensar: ‘Está bien, debo obtener un título avanzado para cambiar la forma en que trabajamos en la industria química'».

Más tarde, Liu llegó a los Estados Unidos y obtuvo su doctorado en la Universidad de Wisconsin-Madison. Ahora, su entusiasmo por utilizar sus conocimientos de ingeniería química para crear un mundo más sostenible lo ha llevado a desarrollar una forma revolucionaria de abordar posiblemente uno de los problemas más apremiantes del mundo: la contaminación plástica.

Un largo proyecto de investigación que abarcó cinco o seis años finalmente condujo a un gran avance: Liu, profesor del Departamento de Química de Virginia Tech ubicado en la Facultad de Ciencias, y su equipo de estudiantes de pregrado y posgrado encontraron una manera de convertir ciertos plásticos en jabones. , detergentes, lubricantes y otros productos.

Liu ha escrito un artículo sobre el proceso y su viabilidad y comercialización que se publicó en Sostenibilidad de la naturaleza.

En términos simples, el sistema de Liu constaba de dos pasos. Primero implicó el uso de termólisis, o descomponer una sustancia (en este caso, plástico) mediante el uso de calor. El plástico colocado en un reactor construido por el equipo de Liu y calentado entre 650 y 750 grados Fahrenheit se descompuso en compuestos químicos, dejando una mezcla de petróleo, gas y sólidos residuales.

La clave de este primer paso fue descomponer las moléculas de polipropileno y polietileno que forman el plástico dentro de un cierto rango de carbono, y Liu y su equipo pudieron lograrlo.

Los sólidos residuales que quedaban eran mínimos y el gas podía capturarse y utilizarse como combustible. El petróleo, sin embargo, fue el producto de mayor interés aquí.

Durante su investigaciónLiu pudo funcionalizar, o cambiar la química, del aceite en moléculas para convertirlas en jabones, detergentes, lubricantes y otros productos.

«Estos materiales son estables», dijo Liu, sosteniendo un frasco de jabón. «Este frasco de jabón ha estado en mi oficina, diría yo, desde hace un año… Puedes usarlo para lavarte las manos y los platos. Lo hemos usado para lavar nuestra cristalería de laboratorio».

El proceso, que duró menos de un día, condujo a una producción de contaminación del aire casi nula, ofreciendo así pistas para una solución desesperadamente necesaria a un problema global. Según el sitio web de las Naciones Unidas, el mundo produce 430 millones de toneladas de plástico cada año, y cada día se vierten en océanos, ríos y lagos el equivalente a 2.000 camiones de basura llenos de plástico.

La contaminación por plástico provoca una mayor asfixia de la fauna marina, daños a los suelos, envenenamiento de las aguas subterráneas y es causa de impactos negativos para la salud humana. Además, durante la producción se liberan al aire emisiones de gases de efecto invernadero.

Las Naciones Unidas esperan que la contaminación plástica se triplique para 2060 si no se toman medidas. Desafortunadamente, según el sitio web de las Naciones Unidas, menos del 9% del plástico se recicla, aunque hay una razón para ello, según Amanda Morris, jefa del Departamento de Química de Virginia Tech.

«Fabricamos plásticos para que duren desde la perspectiva de que muchos de ellos tienen que contener un líquido en su interior que no se desea que salga de una botella. Por lo tanto, tienen que ser materiales relativamente fuertes», dijo Morris.

«Los enlaces que mantienen unido el polímero y nos dan esa fuerza y ​​nos dan las propiedades de las botellas que usamos también son muy difíciles de romper, por lo que simplemente estamos tratando de encontrar formas de hacerlo de una manera energéticamente eficiente, donde Obtienes un producto limpio.

«La otra cosa es que esos polímeros pueden degradarse en muchas cosas diferentes. ¿Hay formas de llevarlos a un producto específico que luego pueda usarse nuevamente en el futuro? Creo que esas son algunas de las cosas con las que hemos luchado «.

Liu y su equipo han ideado una manera de romper esos vínculos, pero ahora potencialmente viene la parte difícil: ampliar el sistema y hacerlo continuo y, lo que es más importante, hacerlo rentable.

Suya es la difícil situación de muchos investigadores. A menudo encuentran soluciones a los problemas, pero esas soluciones pueden tener un precio elevado, lo que a menudo da como resultado que las soluciones queden al margen. Liu dijo que las industrias han expresado interés en ampliar este proceso, pero que cualquier esfuerzo, energía e inversión deben generar rentabilidad.

Liu dijo que está buscando ayuda de la comunidad para probar un modelo de negocio. Esto implica asegurar el capital necesario para construir un reactor que funcione continuamente en su laboratorio, o tal vez crear una empresa privada de nueva creación fuera del sitio para probar la aceleración de su proceso. Sí, se puede crear jabón a partir de unos pocos trozos de plástico, pero ¿pueden toneladas de plástico generar jabones y detergentes de forma rentable?

«Habrá mucha demanda de nuestra parte para reducir aún más los riesgos del proceso», afirmó Liu. «Tenemos que reducir el riesgo para que [businesses] pueden ver un valor real en ello y potencialmente pueden adoptarlo.

«Mi estimación está en el rango de cientos de miles de dólares para probar esto. Lo bueno es que estamos capacitando a estudiantes y postdoctorados talentosos en este laboratorio en este momento. Ellos serán los que potencialmente podrán llevar a cabo este proceso en el futuro. «Pero definitivamente necesitamos más recursos, especialmente fondos, para construir reactores y probarlos».

Dejando a un lado los desafíos finales, Morris sigue siendo optimista sobre los hallazgos de Liu y sus impactos futuros. Ella agradece las oportunidades para dar a conocer sus esfuerzos para abordar el problema de los plásticos y discutir los esfuerzos del departamento de química para enfrentar este desafío como parte de las ambiciones de Distinción Global de Virginia Tech.

«Creo que cada vez que podemos hacer que nuestra ciencia sea accesible al público en general, incluidos nuestros alumnos y amigos, es increíblemente beneficioso», dijo Morris. «Es beneficioso para ellos ver el impacto que estamos teniendo no sólo como Hokies, sino también el que ellos pueden tener al invertir más en la misión de Virginia Tech.

«El objetivo es realmente tomar la tecnología de Greg, hacer modificaciones basadas en lo que entendemos fundamentalmente sobre el proceso y luego hacerla aún más eficiente energéticamente y más beneficiosa para la industria. La otra cosa es que la tecnología de Greg es para algunas clases de polímeros. [with a recycle code of 2, 4, and 5]Entonces, ¿podemos aplicar eso a otras clases de polímeros? ¿Existen formas de aumentar el alcance de la tecnología? Eso también me emociona».

Liu no se considera un pionero, aunque, en este caso, sí lo es en la conversión de residuos plásticos en jabón. En cambio, se ve a sí mismo como alguien que contribuye con una pequeña parte a la solución de un problema global que requiere la diligencia de todos. Dijo que acoge con agrado una mayor participación de la comunidad científica e industrial.

En otras palabras, la ciencia necesita más colaboración en este problema. Sin él, hay mucho en juego.

«Ya no es suficiente decir: ‘Oh, puedo jugar con mi química genial en el laboratorio y mágicamente puedo generar algo a partir de ella, y entonces seré lo suficientemente bueno'», dijo Liu. «Eso sin duda es genial, pero no es la verdadera solución al acuciante problema de la crisis del plástico.

«Espero que, en el futuro, encontremos una solución, y espero que el plástico ya no sea un problema del que preocuparse. Espero que, con el tiempo, la sociedad se haga cargo de todos estos materiales de desecho. Podemos generar químicos y materiales útiles a partir de residuos, y ojalá podamos cerrar el círculo del carbono y los plásticos. Ese es mi sueño. Creo que podemos lograrlo, pero va a tomar un tiempo, lo resolveremos».