La sensibilidad por el medio ambiente es el motor que mueve la industria de hoy en día, y el plástico y el hidrógeno limpio son dos de los aspectos que más preocupan en este sentido. Aunque parecen cosas completamente diferentes, no lo son tanto.
El primero está vinculado a la producción en todo el mundo de más de 400 millones de toneladas de plástico anualmente, de las que solo se recicla aproximadamente el 18%, mientras que el resto acaba en vertederos, incineradoras y/o en el medio natural.
El segundo tiene que ver con la búsqueda de formas de producir hidrógeno sin necesidad de utilizar gas natural ni electricidad procedente de combustibles fósiles, ya que la producción de hidrógeno que se lleva a cabo hoy en día corresponde, en su mayor parte, a hidrógeno gris, fabricado a partir de combustibles fósiles.
Un grupo de investigación de la Universidad de Cambridge lleva tiempo trabajando en un reactor que da solución a los dos problemas al mismo tiempo y ha publicado en la revista Joule los resultados de las pruebas en condiciones de operación real, con más de 260 horas de funcionamiento continuo y un rendimiento que se ha mantenido estable desde el principio hasta el final.
El proceso se llama foto-reformado ácido impulsado por energía solar; es decir, un reactor que usa luz solar para convertir plásticos difíciles de reciclar en hidrógeno limpio y ácido acético.
Así funciona el reactor
Digamos que el proceso se divide en dos pasos. El primero trata los plásticos con ácido para romper las largas cadenas poliméricas y así logra convertirlas en compuestos más simples, principalmente etilenglicol.
En el segundo paso se utiliza la luz solar sobre un fotocatalizador diseñado para resistir condiciones muy corrosivas. Los compuestos se transforman entonces en hidrógeno y ácido acético.
Lo que hace especial a este diseño es el tipo de ácido que usa, nada que ver con otros diseños más comunes, ya que, en lugar de producir ácido nuevo, el reactor aprovecha el ácido que se recupera de las baterías de coches desechados.
Esa reutilización implica reducir el coste operativo del proceso, por un lado, y, por otro, eliminar un residuo peligroso que, de otra forma, habría que gestionar por separado, convirtiendo dos problemas en parte de la misma solución.
Y no es un ahorro menor. Según los propios investigadores, este enfoque puede recortar los costes en un orden de magnitud frente a otros métodos de foto-reformado, porque el ácido acelera la producción de hidrógeno y, además, se reutiliza en lugar de consumirse. Hasta ahora, la despolimerización de plásticos dependía de condiciones alcalinas poco sostenibles o de una degradación enzimática demasiado lenta.
El fotocatalizador que los investigadores de Cambridge han desarrollado es, sin ninguna duda, el componente técnico más complicado de todo el sistema, ya que ofrece una forma de operar en condiciones de extrema acidez que acabarían con cualquier fotocatalizador convencional.
El equipo lleva años trabajando en su desarrollo y ha obtenido resultados de las pruebas realizadas que demuestran que aguanta bien esas condiciones extremas durante largos periodos de funcionamiento.
El material en cuestión es un nitruro de carbono combinado con disulfuro de molibdeno dopado con cobalto, desarrollado por Kay Kwarteng, doctorando del grupo y primer autor del estudio. Y lo curioso es que el hallazgo fue casi accidental: el equipo daba por hecho que el ácido disolvería cualquier catalizador de este tipo, hasta que el suyo aguantó y abrió la puerta a toda una familia nueva de reacciones.
260 horas sin perder rendimiento
En los ensayos de laboratorio, el reactor dio como resultado una producción de hidrógeno alta y constante y, al mismo tiempo, una elevada selectividad hacia el ácido acético o, lo que es lo mismo, el proceso obtiene aquello que pretende obtener con muy poca generación de subproductos.
Pero lo más importante es que ese rendimiento se mantuvo durante más de 260 horas de funcionamiento continuo, algo muy difícil de conseguir para los métodos de foto-reformado existentes hasta ahora, ya que generalmente están optimizados para un tipo concreto de plástico, el PET, y requieren unas condiciones mucho más controladas.
El dato concreto que recoge el estudio: en torno a un 89% de selectividad hacia el ácido acético, con el catalizador manteniendo su actividad durante los 11 días que duró el ensayo.
La tecnología de Cambridge se centra principalmente en plásticos que presentan una gran dificultad para su reciclaje, como sucede con el nailon o el poliuretano, que los métodos convencionales de reciclaje no procesan adecuadamente.
Y esto supone una importante ventaja, ya que son precisamente esos plásticos los que con más frecuencia acaban en vertederos o incineradoras al no existir alternativas económicamente viables.
Lo que queda por resolver
Erwin Reisner, director del proyecto desde el Departamento de Química Yusuf Hamied de Cambridge, ha sido prudente en la valoración de estos resultados.
Los resultados no prometen resolver el problema mundial de los plásticos, pero sí ponen de manifiesto cómo un residuo puede convertirse en un recurso; el hecho de que se pueda generar valor a partir de plásticos y del ácido procedente de baterías utilizando únicamente luz solar hace que el proceso sea, sin lugar a dudas, prometedor.
Los expertos señalan que todavía quedan importantes retos de ingeniería por resolver, principalmente en el desarrollo de reactores resistentes a la corrosión que puedan operar en una instalación industrial de forma duradera y económicamente viable.
Pasar de 260 horas en condiciones de laboratorio a años de funcionamiento continuo en una instalación real supone otro gran salto, que requiere mucho trabajo de desarrollo, y los plazos para una aplicación industrial aún no están definidos.
El equipo, eso sí, ya ha empezado a moverse fuera del laboratorio: está patentando el proceso a través de Cambridge Enterprise, el brazo de transferencia tecnológica de la universidad, ha establecido acuerdos con empresas de reciclaje de plásticos y estudia aprovechar el hidrógeno resultante en pilas de combustible. El propio Reisner es cofundador de Protonera, una spin-out de Cambridge centrada precisamente en el reformado solar. Y conviene matizar el alcance: los investigadores no plantean sustituir el reciclaje convencional, sino complementarlo con los plásticos contaminados o mezclados que hoy no tienen ninguna salida viable.
Pero el principio de funcionamiento ya está verificado, mientras que la lógica circular del sistema tiene un evidente atractivo: plásticos sin salida en el reciclaje convencional se convierten en hidrógeno limpio y en un producto químico útil utilizando como fuente de energía la luz solar y, como reactivo, el ácido procedente de baterías que, de otro modo, serían un problema de gestión.
Dos flujos de residuos que pasan a ser recursos en un mismo proceso y eso, en un contexto en el que la esencia de la economía circular lleva años apreciándose más como una aspiración que como una realidad industrial, constituye exactamente el tipo de propuesta que merece un seguimiento.
