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Conversión de desechos plásticos en carbono poroso para capturar CO2

Las botellas de ciertos plásticos son una fuente importante y omnipresente de contaminación plástica y los científicos estudian cómo reciclarlos

Los desechos plásticos en el mundo van en aumento. PXHERE

Sin embargo, las tecnologías emergentes pueden convertirlos en materiales de carbono poroso para los sistemas de captura y almacenamiento de carbono. Ahora, los investigadores de la Universidad de Corea demuestran que hacerlo es económicamente factible.

Además del cambio climático, que es principalmente el resultado de nuestras emisiones de dióxido de carbono (CO2), la contaminación plástica se erige como una de las preocupaciones ambientales más críticas de esta década. La gran cantidad de plástico desechado y extraviado está causando un daño irreparable a los ecosistemas de la Tierra, afectando nuestros cultivos y contaminando nuestros suministros de agua. Si queremos hacer la transición hacia sociedades verdaderamente sostenibles, debemos encontrar formas eficientes de reutilizar los plásticos desechados. Pero, ¿y si pudiéramos combatir el fuego con fuego o, en este caso, el carbono con el carbono?

En el campo de rápido desarrollo de las tecnologías de captura de carbono, los materiales porosos derivados de desechos plásticos que pueden adsorber CO2 de los gases de combustión se consideran una opción atractiva para reducir simultáneamente la contaminación plástica y las emisiones de CO2. Mientras que la mayoría de los materiales conocidos para la captura de CO2 son costosos de usar y producir, se puede sintetizar carbono poroso económico a partir de botellas de plástico de tereftalato de polietileno (PET), una fuente importante de contaminación plástica en todo el mundo.

Muchas técnicas de síntesis se han demostrado a escala de laboratorio en este frente. Pero aún no está claro qué tan bien podrían mejorarse estos enfoques para aplicaciones a escala industrial al considerar los beneficios ambientales y la viabilidad económica.

En este contexto, un equipo internacional de investigadores dirigido por el Prof. Yong Sik Ok y el Dr. Xiangzhou Yuan de la Universidad de Corea trató de determinar si el carbono poroso derivado de PET puede ser realmente factible en sistemas CCS (Carbon, Capture and Storage) sostenibles a gran escala desde el punto de vista práctico, ambiental y puntos de vista económicos.

"Los pasos principales para establecer una tecnología emergente implican la síntesis y simulación de sus procesos fuera del laboratorio para justificar su mayor sostenibilidad y rentabilidad frente a técnicas más establecidas", explica el Dr. Yuan.

En su artículo publicado en Green Chemistry, que apareció en la portada de la revista, el equipo persiguió tres objetivos principales: evaluar el rendimiento de diferentes materiales de carbono poroso derivados de PET a escala de laboratorio, determinar si dichos materiales podrían ser útil en procesos económicamente sostenibles a escala industrial, y cuantificar el impacto ambiental de cada enfoque.

Figura (1) del artículo referenciado. Proceso general propuesto en el estudio: (a) Reciclaje de botellas de plástico de tereftalato de polietileno (PET) de desecho en carbones porosos para la captura de CO2 como se propone en un estudio a gran escala, y esto puede ayudar a alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de las Naciones Unidas y (b) diagrama esquemático de la producción de residuos de carbono poroso derivado de plástico PET (WPDPC) utilizando tres rutas de activación diferentes. * Los métodos de síntesis de PET6-K7 y PET6-KU7 se derivaron de publicaciones anteriores.PSA: adsorción por cambio de presión; TVSA: adsorción por cambio de temperatura al vacío. Xiangzhou Yuan, et al. 2022

Este trabajo se realizó en colaboración con investigadores de otras instituciones, incluido el Prof. Hankwon Lim del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan, Corea, y el Prof. Shauhrat S. Chopra de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong, China.

Primero, el equipo reunió botellas de PET desechadas y las procesó de diferentes maneras para sintetizar tres tipos de materiales de carbono poroso. A través de experimentos a escala de laboratorio, analizaron la morfología, la composición y el rendimiento de estos tres materiales para recopilar información útil para posteriores simulaciones numéricas a escala industrial. Para estas simulaciones, el equipo modeló todo el proceso, desde la molienda y el transporte de botellas de PET y la síntesis de carbono poroso hasta la salida de gases de combustión limpios, incluidos los sistemas secundarios para producir electricidad utilizando el calor residual.

Finalmente, compararon el impacto ambiental y la viabilidad económica de las vías de síntesis de los tres materiales de carbono poroso derivados de PET para estimar el alcance de la mitigación del cambio climático y la producción de ingresos (de la venta del material y la electricidad generada) de cada material.

Según los resultados generales, el resultado es que los sistemas de captura de CO2 que utilizan carbono poroso derivado de PET pueden realizar circuitos cerrados de plástico y carbono en aplicaciones a escala industrial. Dichos sistemas multipropósito podrían convertirse en una alternativa factible tanto para la captura de CO2 convencional como para las tecnologías de gestión de desechos plásticos, y los hallazgos de este estudio podrían ayudar a guiar el proceso de toma de decisiones tanto de los primeros usuarios como de los formuladores de políticas.

Lo que es más importante, las rutas de síntesis propuestas tienen un gran potencial para cumplir los objetivos de desarrollo sostenible propuestos por las Naciones Unidas. "El reciclaje de carbono poroso derivado de desechos plásticos para la captura de CO2 es un enfoque prometedor para cumplir con múltiples ODS, ya que puede mitigar el cambio climático y la contaminación plástica simultáneamente, y facilitar el reciclaje sostenible de botellas de plástico PET desechadas en áreas urbanas", especula el Prof. Está bien.

Referencia

Sustainability-inspired upcycling of waste polyethylene terephthalate plastic into porous carbon for CO2. Xiangzhou Yuan, et al. 2022. Green Chemistry.
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/GC/D1GC03600A

Esta entrada se publicó en Noticias en 22 Mar 2022 por Francisco Martín León