Científicos combinan química y biología para reciclar plásticos mixtos

Nov 30, 2023

Un proceso químico y biológico en tándem que se basa en estudios de décadas de antigüedad sobre la oxidación química se puede utilizar para descomponer una variedad de tipos de plástico. | Encendido/Shutterstock

Los investigadores han desarrollado una forma de convertir los plásticos poliméricos mixtos en un solo producto químico, lo que podría eliminar la necesidad de clasificar el plástico por tipo antes del reciclaje.

"La combinación de procesos químicos y biológicos es una nueva estrategia prometedora para la valorización de los residuos plásticos mixtos", afirma un comunicado de prensa de NREL.

El proyecto proviene del Consorcio Bio-Optimized Technologies para mantener los termoplásticos fuera de los vertederos y el medio ambiente (BOTTLE) y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EE. UU.

Gregg Beckham, investigador sénior de NREL y director de BOTTLE, dijo en el comunicado de prensa que la investigación es "un posible punto de entrada al procesamiento de plásticos que no se pueden reciclar en absoluto en la actualidad".

El procedimiento es un proceso químico y biológico en tándem que se basa en estudios de décadas de antigüedad sobre la oxidación química, que se puede utilizar para descomponer una variedad de tipos de plástico. El estudio lo probó en PET, PS y HDPE, pero los investigadores dijeron que también podría funcionar para PP y PVC. El equipo planea hacer más estudios sobre esos materiales.

La investigación fue publicada en la revista Science, con Beckham como autor principal. Los coautores fueron investigadores de NREL y miembros del equipo de BOTTLE del Instituto de Tecnología de Massachusetts, el Laboratorio Nacional de Oak Ridge y la Universidad de Wisconsin-Madison.

Kevin Sullivan, investigador postdoctoral en NREL y coautor del artículo, dijo que el proceso utiliza oxígeno y catalizadores para descomponer las grandes moléculas de polímero.

"El proceso de catálisis química que hemos utilizado es solo una forma de acelerar ese proceso que ocurre naturalmente, por lo que en lugar de degradarse durante varios cientos de años, puede descomponer estos plásticos en horas o minutos", dijo Sullivan.

La oxidación convierte al PS, PET y HDPE en una "mezcla compleja de compuestos químicos, incluidos ácido benzoico, ácido tereftálico y ácidos dicarboxílicos, que requerirían separaciones avanzadas y costosas para producir productos puros", indicó el comunicado de prensa, pero el equipo de BOTTLE usó biología para tomar un atajo.

Los investigadores diseñaron un microbio del suelo, llamado Pseudomonas putida, para "canalizar" la mezcla de intermedios en polihidroxialcanoatos (PHA), una forma de bioplástico biodegradable, o beta-cetoadipato, que se puede usar para fabricar materiales de nailon.

Allison Werner, otra coautora del estudio, dijo que la canalización biológica consiste en diseñar la red metabólica de microbios "para dirigir el carbono de una gran cantidad de sustratos a un solo producto".

"Para hacer esto, tomamos ADN de la naturaleza, generalmente otros microbios, y lo pegamos en el genoma de Pseudomonas putida", dijo Werner. "El ADN se transcribe en ARN, que a su vez se traduce en proteínas que realizan diversas transformaciones bioquímicas, formando una nueva red metabólica y, en última instancia, permitiéndonos capturar más carbono y sintonizar a dónde va".

Previamente, los científicos han utilizado el mismo microbio para valorizar mezclas químicas de las paredes celulares de las plantas. Beckham enfatizó que las bacterias diseñadas no degradan los plásticos directamente.

"Si tomas las bacterias que usamos en este momento y las combinas con polietileno, las bacterias morirán y el plástico permanecerá allí", dijo Beckham, razón por la cual el proceso de oxidación es necesario.

El equipo de BOTTLE planea realizar más investigaciones para comprender y cuantificar todos los aditivos y colorantes en los plásticos, y una próxima misión del NREL a la Estación Espacial Internacional probará si la microgravedad mejora el proceso.

El estudio fue financiado por la Oficina de Fabricación Avanzada y la Oficina de Tecnologías de Bioenergía del Departamento de Energía de EE. UU.