La creciente producción y uso de plásticos durante el último medio siglo ha creado un enorme problema ambiental para el mundo. Actualmente, la mayoría de los 4,9 mil millones de toneladas de plásticos jamás producidos terminarán en vertederos o en el medio ambiente natural, y se espera que esta cifra aumente a alrededor de 12 mil millones de toneladas para 2050.
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 un 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 del catalizador para "extraer" el hidrógeno de los polímeros de manera efectiva.
Los hallazgos, publicados en Nature Catalysis, detallan cómo los investigadores mezclaron partículas de plástico pulverizadas mecánicamente con un catalizador susceptor 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 manejo de desechos plásticos y demuestra que más del 97% del hidrógeno en plástico se puede extraer en muy poco tiempo, en un método de bajo costo sin carga de CO2.
El nuevo método representa una solución potencialmente 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 profesor Peter Edwards dijo: “Esta no es una buena ciencia aplicada, sino buena ciencia, aplicada. Abre un área de catálisis completamente nueva en términos de selectividad y ofrece una ruta potencial al desafío del Armagedón de 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 la 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 Edwards ha estudiado para 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 un sistema de diminutos "puntos calientes" cuando se exponen a la radiación electromagnética de microondas.
Más información: Jie, X., Li, W., Slocombe, D. et al. Microwave-initiated catalytic deconstruction of plastic waste into hydrogen and high-value carbons. Nat Catal (2020). https://doi.org/10.1038/s41929-020-00518-5
Nota original: University of Oxford