La tecnología desarrollada por investigadores de UCLA y Ewha Womans University permite tratar PET, PE y PP sin separación previa y producir hidrógeno de más del 90 % de pureza a temperaturas inferiores a las de la gasificación convencional.
Un equipo de investigadores de la UCLA Samueli School of Engineering y de Ewha Womans University, en Corea del Sur, ha desarrollado un proceso químico capaz de transformar conjuntamente residuos de tres de los plásticos más utilizados —PET, polietileno (PE) y polipropileno (PP)— en hidrógeno de alta pureza, sin necesidad de separarlos previamente. Además, la tecnología permite capturar buena parte del carbono contenido en los residuos plásticos en forma de minerales sólidos, evitando que se libere a la atmósfera como dióxido de carbono.
Los resultados, publicados en Proceedings of the National Academy of Sciences, se basan en un proceso denominado tratamiento térmico alcalino (ATT, por sus siglas en inglés). La tecnología utiliza hidróxido de sodio para reaccionar con el material orgánico bajo condiciones de temperatura controlada, desencadenando reacciones químicas que generan hidrógeno.
Una de las principales ventajas del procedimiento es que puede procesar conjuntamente diferentes tipos de plástico en un único reactor. En las pruebas realizadas por los investigadores, el hidrógeno obtenido alcanzó una pureza superior al 90%, mientras que los residuos plásticos no tuvieron que clasificarse previamente.
Menores temperaturas que la gasificación
El proceso desarrollado parte de una tecnología que los investigadores habían diseñado inicialmente para producir hidrógeno a partir de biomasa, como las algas, mediante un método concebido para reducir las emisiones netas de carbono.
Al adaptarlo a los residuos plásticos, el equipo comprobó que el PET respondía especialmente bien al tratamiento alcalino. Sin embargo, el PE y el PP presentaron inicialmente una menor producción de hidrógeno debido a su estructura química, basada exclusivamente en enlaces carbono-hidrógeno, que los hace especialmente resistentes a las condiciones alcalinas.
Para solucionar este problema, los investigadores incorporaron una etapa de pretratamiento mediante oxidación térmica. Los plásticos se calientan brevemente en presencia de aire a temperaturas relativamente moderadas, lo que introduce grupos funcionales que contienen oxígeno en las largas cadenas de polímeros.
Esta modificación genera puntos más reactivos que facilitan posteriormente la descomposición de los materiales durante el tratamiento alcalino. Tras esta fase de activación, los tres tipos de plástico pudieron descomponerse de manera eficiente.
Según el estudio, el tratamiento permite obtener cantidades significativamente mayores de hidrógeno a partir del PET y operar a temperaturas entre 300 y 400 °C inferiores a las empleadas habitualmente en la gasificación convencional por vapor.
La gasificación puede tratar residuos plásticos mezclados sin necesidad de clasificarlos, pero requiere temperaturas elevadas y puede generar cantidades importantes de dióxido de carbono. El nuevo procedimiento busca reducir este impacto mediante la captura del carbono durante la propia reacción.
El carbono queda retenido en forma mineral
Durante el tratamiento, el hidróxido de sodio captura el carbono liberado por los plásticos y lo transforma en carbonato de sodio sólido. De esta manera, el carbono queda retenido dentro del reactor en lugar de liberarse a la atmósfera como CO₂.
Los análisis realizados después de las reacciones mostraron que más del 75 % del carbono originalmente presente en los plásticos terminó formando compuestos de carbonato estables o residuos orgánicos líquidos. Menos del 13 % pasó a la fase gaseosa, mientras que la cantidad liberada directamente a la atmósfera durante la reacción fue considerada insignificante por los investigadores.
El carbonato de sodio obtenido puede transformarse posteriormente en carbonato de calcio mediante un proceso de recuperación. Este mineral permite almacenar el carbono de forma estable y tiene aplicaciones industriales, entre ellas sectores que tradicionalmente presentan elevadas emisiones de carbono.
Una alternativa para residuos plásticos difíciles de reciclar
El desarrollo aborda una de las principales dificultades asociadas a la valorización de los residuos plásticos: la diversidad de materiales presentes en los residuos y la necesidad de clasificarlos antes de su tratamiento.
Según los investigadores, algunas tecnologías de baja temperatura para producir hidrógeno a partir de plásticos, como determinados procesos de fotorreformado solar o conversión electroquímica, funcionan principalmente con plásticos que contienen oxígeno, como el PET. Esto limita su aplicación sobre el PE y el PP, dos materiales muy presentes en los flujos mundiales de residuos.
El tratamiento térmico alcalino busca superar simultáneamente estas limitaciones al procesar mezclas de plásticos, trabajar a temperaturas relativamente bajas y retener la mayor parte del carbono en lugar de emitirlo a la atmósfera.
«Al reducir los costes de clasificación y la complejidad del proceso, que han sido importantes barreras para la comercialización, esta tecnología tiene potencial para convertirse en una tecnología de próxima generación que contribuya tanto a la economía del hidrógeno como a la economía circular», señaló Woo-Jae Kim, profesor de Ingeniería Química y Ciencia de Materiales de Ewha Womans University y uno de los autores corresponsales del estudio.
La tecnología aún debe demostrar su viabilidad comercial
A pesar de los resultados obtenidos en laboratorio, los investigadores subrayan que el proceso todavía no está preparado para su implantación a gran escala. Será necesario realizar nuevos estudios para optimizar la tecnología y determinar si puede producir hidrógeno de forma económicamente viable a escala comercial.
El desarrollo se plantea así como una posible vía de valorización para residuos plásticos difíciles de reciclar mediante procesos convencionales, combinando la producción de hidrógeno con la recuperación del carbono en forma de materiales minerales estables.
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