• El proyecto E-PLUS, financiado por las Acciones Marie Skłodowska-Curie (MSCA), desarrollará catalizadores avanzados para hacer que la valorización de plásticos sea más rentable, al tiempo que reduce la energía necesaria para producir hidrógeno verde.

Para la mayoría de nosotros, reciclar plástico se ha convertido en un hábito cotidiano. Separamos botellas, envases de alimentos y otros tipos de embalajes con la esperanza de que se transformen en nuevos productos.

Sin embargo, pese a décadas de iniciativas de reciclaje, solo alrededor del 9 % de los aproximadamente 380 millones de toneladas de residuos plásticos que se generan cada año en todo el mundo se reciclan. La inmensa mayoría se incinera, liberando grandes cantidades de dióxido de carbono y subproductos tóxicos que amenazan los ecosistemas y la salud humana, mientras se desaprovechan recursos valiosos, acaba en vertederos o termina contaminando el medio ambiente de otras formas.

Por ello, los investigadores empiezan a plantearse una pregunta diferente. En lugar de limitarse a reciclar el plástico, ¿es posible transformarlo en algo aún más valioso?

Ese es precisamente el reto que aborda el nuevo proyecto E-PLUS del Instituto IMDEA Materiales, liderado por el investigador postdoctoral MSCA Dr. Xinzhang Lin y supervisado por el Prof. Harun Tüysüz.

E-PLUS tiene como objetivo desarrollar un nuevo proceso electroquímico para convertir el tereftalato de polietileno (PET), el poliéster más utilizado del mundo, en ácido glicólico, un compuesto químico de alto valor empleado en cosmética, farmacia y materiales biodegradables.

“Las tecnologías actuales de reciclaje desempeñan un papel esencial en la gestión de los residuos plásticos, pero cada una presenta limitaciones específicas”, explica el Dr. Lin. “El reciclaje mecánico es relativamente sencillo y eficiente desde el punto de vista energético, pero generalmente requiere residuos limpios y bien clasificados, y el procesamiento repetido puede degradar progresivamente la calidad del material.”

“Por su parte, el reciclaje químico puede requerir condiciones de reacción exigentes, procesos de purificación complejos o elevados costes de inversión y consumo energético, lo que limita su competitividad económica.”

En lugar de limitarse a recuperar el PET, E-PLUS busca aumentar su valor transformándolo en ácido glicólico, un producto químico de mayor valor añadido. Sin embargo, lograr una elevada selectividad hacia este compuesto sigue dependiendo en gran medida de catalizadores basados en metales preciosos.

“En lugar de considerar los residuos plásticos como una carga ambiental, queremos demostrar que pueden convertirse en una materia prima valiosa para producir productos químicos de alto valor. En definitiva, transformar residuos en recursos”, añade el Dr. Lin.

No obstante, convertir residuos plásticos en un compuesto químico valioso es solo una parte de la historia.

Utilizar residuos plásticos para facilitar la producción de hidrógeno verde

El hidrógeno verde está ampliamente considerado como uno de los combustibles limpios más prometedores para la transición energética, pero su producción sigue requiriendo un elevado consumo de energía.

La electrólisis convencional del agua divide las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno mediante dos semirreacciones acopladas. El hidrógeno, el producto de interés, se genera en el cátodo, mientras que la reacción de evolución de oxígeno (OER) tiene lugar en el ánodo para mantener el equilibrio de carga.

Sin embargo, esta reacción presenta una cinética lenta y representa una parte importante del consumo eléctrico total, convirtiéndose en el principal cuello de botella para la eficiencia global del proceso.

Para reducir este consumo energético, E-PLUS sustituye la reacción de evolución de oxígeno por la oxidación selectiva del etilenglicol derivado del PET para obtener ácido glicólico.

Esta reacción alternativa requiere una cantidad de electricidad significativamente menor y, al mismo tiempo, permite producir hidrógeno.

“Los dos beneficios proceden del mismo proceso electroquímico”, explica el Dr. Lin. “En el ánodo, el etilenglicol derivado del PET se transforma en ácido glicólico de alto valor, impulsando la valorización de residuos plásticos, mientras que en el cátodo se produce hidrógeno verde de forma eficiente, contribuyendo a la mitigación del cambio climático.”

Diseñar catalizadores a escala atómica

Alcanzar estos ambiciosos objetivos dependerá del desarrollo de una nueva generación de catalizadores de átomo único, capaces de maximizar el aprovechamiento de los metales preciosos al garantizar que prácticamente cada átomo metálico participe en la reacción.

El reto consiste en mantener estables estos átomos metálicos aislados mientras se modulan cuidadosamente sus propiedades electrónicas para que la reacción produzca selectivamente ácido glicólico en lugar de subproductos de menor valor.

Para ello, el proyecto combina el diseño avanzado de catalizadores con modelización teórica para identificar las composiciones y estructuras catalíticas más eficaces antes de sintetizarlas experimentalmente.

“Si tienen éxito, estos catalizadores podrían combinar un menor uso de metales nobles con una elevada actividad y una alta selectividad hacia el ácido glicólico, lo que los convertiría en una opción muy prometedora para la valorización eficiente del PET”, afirma el Dr. Lin.

Los investigadores aspiran a demostrar la viabilidad técnica del proceso mediante el desarrollo de catalizadores que utilicen cantidades mínimas de metales nobles sin comprometer la actividad catalítica, alcancen una selectividad superior al 98 % hacia el ácido glicólico y mantengan un funcionamiento estable durante más de 1.000 horas.

“Esperamos que este enfoque interdisciplinar aporte tanto nuevos conocimientos científicos fundamentales como una base tecnológica para su futura escalabilidad y evaluación industrial”, concluye el investigador.