El nuevo proceso desarrollado por los profesores Yadong Li y Dingsheng Wang, coautores principales del estudio, representa un avance significativo en el tratamiento de residuos plásticos, según informaron a Tech Xplore. A diferencia de métodos anteriores que producían una mezcla difícil de controlar de gases, ceras, aceites, carbón, alquitrán e hidrocarburos ligeros con cantidades mínimas de combustible útil, este sistema dirige la descomposición del plástico hacia moléculas específicas deseadas.

El proceso funciona en dos etapas. La primera, llamada pirólisis, calienta el plástico a temperaturas superiores a 460 grados Celsius (860 grados Fahrenheit), según el estudio. Esto rompe las largas cadenas de plástico en fragmentos de hidrocarburos más pequeños.

La segunda etapa, denominada hidrogenólisis, constituye el elemento innovador del método. Los productos de la primera fase se pasan sobre catalizadores especiales a 160 grados Celsius (320 grados Fahrenheit) para producir moléculas útiles como cicloalcanos, hidrocarburos densos y moléculas en el rango del combustible para aviones, según explicaron los investigadores.

"Después de evaluar varios catalizadores, descubrimos que sitios aislados de rutenio sobre un óxido de cobalto-aluminio pueden hidrogenar estireno a etilciclohexano a presión casi ambiente", explicaron Li y Wang. "El poliestireno en sí se piroliza en intermediarios de monómeros y oligómeros que luego experimentan una hidrogenólisis eficiente en estos sitios de rutenio. Lo que nos sorprendió fue que esta ruta en tándem produjo un combustible para aviones derivado de plástico con propiedades de combustible genuinamente atractivas y economía de proceso", añadieron.

La elección del poliestireno como materia prima es estratégica. Este material es un producto de desecho muy común procedente de embalajes y artículos desechables como vasos, según la fuente. Además, se descompone de manera relativamente limpia cuando se calienta.

"Comparado con la ruta tradicional de reactor por lotes de alta presión, un reactor de flujo continuo en tándem emparejado con sitios de rutenio atómicamente dispersos eficientes es una alternativa significativa", señalaron Li y Wang.

Los investigadores también probaron la escalabilidad del proceso. "Preparamos y evaluamos el catalizador a escala de gramos, y tanto el catalizador como el paso de hidrogenación ambiente se escalan bien. Un análisis tecnoeconómico situó el precio mínimo de venta competitivo en 1,0 a 1,8 dólares estadounidenses por kilogramo, una cifra genuinamente competitiva", explicaron.

El equipo de investigación ha trabajado en la hidrogenólisis de plásticos desde la perspectiva del catalizador durante varios años, justo cuando el campo entró en la era de los catalizadores de sitio atómico único, según declararon los profesores. "El problema que nos retenía era la selectividad; la hidrogenación convencional de plásticos tiende a dar una distribución de productos amplia y difícil de controlar. Queríamos saber si diseñar el centro activo a escala atómica podría finalmente darnos control sobre ello", agregaron.

Aunque el proceso muestra resultados prometedores, aún está por verse si puede escalarse fuera del laboratorio, según la fuente. No obstante, representa una ruta química potencialmente escalable que merece seguimiento.

Los investigadores tienen planes claros para el futuro del proyecto. "Planeamos seguir optimizando esta ruta dentro de nuestro marco existente de ciclo de vida y tecnoeconómico, enfocándonos en cómo el catalizador moldea todo el proceso y avanzando hacia catalizadores de sitios atómicos únicos de rutenio aún más eficientes", dijeron Li y Wang.

"También queremos preservar esa actividad y estabilidad estructural a medida que escalamos la preparación del catalizador (a escala de kilogramos y más allá). En el lado del proceso, trabajaremos en un sistema de alimentación sólida continua para mejorar el flujo de trabajo actual", concluyeron.

El estudio completo está disponible en la revista científica Nature Energy.