El proyecto TWICE busca optimizar el reciclado químico de residuos plásticos

A día de hoy, la sostenibilidad medioambiental es un aspecto clave, y por ello aparecen proyectos de innovación como TWICE, acrónimo de "Ionic Liquid-based Catalytic Systems Design for Polyolefinic Plastic Waste Chemical Recycling to Added Value Decarbonized Products" (Diseño de sistemas catalíticos basados en líquidos iónicos para el reciclado químico de residuos plásticos poliolefínicos en productos descarbonizados de valor añadido), que busca abordar dos retos acuciantes: la gestión eficiente de los residuos plásticos y la generación de productos descarbonizados sostenibles y de bajo coste (materiales energéticos y de carbono). Este artículo es parte del proyecto de I+D+i PID2022-139676OB-I00, financiado por MCIN/ AEI/10.13039/501100011033/ y FEDER Una manera de hacer Europa. Ha sido elaborado por Eduardo J. García-Suárez, líder del Grupo de Termocatálisis y Líquidos Iónicos/Investigador Asociado de Ikerbasque en CIC energiGUNE

Transformación del reciclaje químico de residuos plásticos

Los plásticos de uso cotidiano generan una enorme cantidad de residuos que tienen un enorme impacto sobre el medio ambiente y las especies vivas al final de su vida útil. De hecho, en el mundo se producen anualmente unos 300 millones de toneladas de plástico (se esperan 1200 Mt para 2050) y, según el UNEP, tan sólo se recicla menos del 9% del plástico, el 12% se incinera y el 79% restante genera grandes problemas de contaminación, por ejemplo, en los cursos de agua y acuíferos que limitan las zonas de vertido.

Actualmente ya existen diferentes formas, no todas económicamente viables, de valorizar los residuos plásticos, como por ejemplo el reciclado químico para obtener materias primas y energía. Además del reciclaje de los residuos plásticos generados, la búsqueda de una fuente de energía limpia y de bajo coste reviste una importancia capital en el escenario mundial actual debido al aumento de la población y a la demanda exponencial de plásticos y energía de uso cotidiano.

Por estas razones, TWICE se enfrenta a los dos desafíos más importantes que afectan a corto plazo a nuestra sociedad, a las próximas generaciones y a la sostenibilidad del planeta Tierra: la gestión inteligente de la enorme cantidad de residuos plásticos que se producen anualmente; y la generación de energía eficiente, de bajo coste, sostenible y limpia.

El ambicioso objetivo de TWICE

El objetivo general de TWICE es emplear residuos plásticos de baja tasa de reciclabilidad (LDPE y PP) como materia prima para producir hidrógeno limpio y material descarbonizado valioso y comercializable con cero emisiones.

La propuesta contribuirá a la gestión de residuos plásticos problemáticos, así como a la generación de materiales descarbonizados como H2 limpio y carbono sólido combinando dos tecnologías bien conocidas: catálisis (diseño, preparación y caracterización de IL-CATS innovadores y reciclables) y microondas (uso más eficiente de la energía y proceso menos exigente energéticamente).

Método novedoso

TWICE propone un método novedoso en el que los innovadores sistemas catalíticos basados en líquidos iónicos (IL-CATS) se combinan con la irradiación de microondas (MW) para producir selectivamente H2 limpio altamente puro y valiosos productos químicos descarbonizados a partir de residuos plásticos, abordando así la recuperación de residuos plásticos y la generación de energía sostenible cerrando el bucle de la economía circular y, por lo tanto, respondiendo a los desafíos del cambio climático global.

En consecuencia, TWICE aporta ventajas destacadas desde el punto de vista tecnoeconómico y medioambiental, que añaden a la novedad avances significativos en comparación con otras rutas establecidas para el reciclado de residuos plásticos terciarios y la producción de energía sostenible: deconstrucción catalítica de residuos plásticos mediante un método de un solo paso en condiciones leves (presión atmosférica y temperatura < 300 °C); producción rápida de H2 puro (> 97%) en alto rendimiento (> 97%); coproducto de carbono sólido fácilmente recuperable para su comercialización; sin coquización del catalizador y, por tanto, larga vida útil de los IL-CATS; fácil recuperación y reutilización de los IL-CATS; consumo de energía significativamente menor debido a la irradiación de MWs (calentamiento eficiente); alto potencial para ofrecer H2 limpio a bajo coste < 2 €/kg debido a los posibles ingresos por la venta de carbono sólido.

Líquidos iónicos, clave de la tecnología TWICE

Los líquidos iónicos son la clave de la tecnología de TWICE. Estos compuestos únicos, formados íntegramente por iones que se funden antes de descomponerse y con una presión de vapor insignificante, ofrecen numerosas ventajas, como su gran estabilidad térmica y química, su reciclabilidad y la posibilidad de adaptarlos a aplicaciones específicas.

En TWICE, las características únicas de los líquidos iónicos se aprovechan para desarrollar los sistemas catalíticos basados en líquidos iónicos, en los que los líquidos iónicos desempeñan diferentes funciones, como estabilizar las nanopartículas de óxido metálico (evitando la aglomeración), mejorar la solubilidad de los residuos plásticos olefínicos, facilitar la recuperación del carbono sólido coproducido, evitar la coquización de los catalizadores activos, permitir la recuperación y reutilización de todo el sistema catalítico y, en consecuencia, mejorar el proceso de deconstrucción catalítica del plástico haciendo que todo el proceso sea sostenible y económicamente viable.

Impacto científico-técnico y económico de TWICE

Por un lado, TWICE es ambicioso en términos de impacto científico-técnico porque implica la transformación eficiente de residuos plásticos en productos descarbonizados como H2 limpio y material sólido de carbono valioso que cubren tres grandes retos que la comunidad científica debe afrontar la mitigación del cambio climático, la producción de energía sostenible y la gestión de enormes cantidades de residuos plásticos problemáticos. TWICE contribuirá inequívocamente a la descarbonización del sector industrial y a reducir su dependencia de fuentes de energía y materias primas extranjeras.

Por otro lado, el impacto económico de TWICE se basará en 4 pilares principales:

• IL-CATS innovadores y eficientes que aumentan la selectividad de los productos descarbonizados, evitan la sinterización y la desactivación de las especies catalíticamente activas, facilitan la separación de los productos y evitan costosos procesos posteriores, reducen la temperatura global del proceso, ahorran energía y costosos pasos posteriores y, en consecuencia, gastos de explotación (OPEX).
• El uso de microondas como fuente de calor permite reducir la demanda energética del proceso en comparación con el calentamiento convencional
• La utilización de residuos plásticos como materia prima, evitando los costes asociados a su gestión y posteriores procedimientos de reciclado
• La valorización para su posterior comercialización del material de carbono sólido generado cuya venta contribuirá a obtener ingresos para reducir el coste final del proceso de craqueo catalítico y la energía sostenible producida (H2).

Varios sectores estratégicos clave como beneficiarios potenciales

A largo plazo, muchos sectores de actividad podrán beneficiarse de las ventajas de la tecnología TWICE. El sector del tratamiento de residuos dispondrá de una nueva vía para la valorización química de los residuos plásticos con una extraordinaria eficiencia tecnoeconómica y respetuosa con el medio ambiente. La industria química dispondrá de una tecnología barata para producir energía sostenible (H2 limpio). La logística de almacenamiento y transporte de hidrógeno podría simplificarse y abaratarse almacenando/transportando el sistema catalítico TWICE en lugar de H2 líquido o gaseoso. Esto también beneficiaría a las estaciones de hidrógeno si estuvieran equipadas con un sistema TWICE para la producción de energía in situ. Por último, los usuarios de nanomateriales de carbono en distintos sectores (por ejemplo, energía, automoción, deporte) se beneficiarán de la importante reducción de costes en la producción de nanoestructuras de carbono que aporta la tecnología TWICE.

Ampliando el horizonte: Más allá de la gestión de residuos plásticos

La tecnología TWICE representa algo más que reciclar residuos plásticos; representa un cambio de paradigma en nuestro enfoque de la gestión medioambiental y de los recursos. Al convertir plásticos poliolefínicos con un bajo índice de reciclabilidad en recursos valiosos, TWICE establece un nuevo estándar en la gestión de residuos. El enfoque innovador de TWICE amplía el ciclo de vida de los plásticos, convirtiendo un problema en una oportunidad. Esta iniciativa no solo reducirá la dependencia de los vertederos, sino que también presentará un modelo sostenible para futuras estrategias de gestión de residuos. Es un paso hacia una economía circular en la que los residuos no son un punto final, sino un nuevo comienzo.

El potencial de esta tecnología va más allá de los beneficios medioambientales; también promete ventajas económicas. Al transformar los residuos en productos de alto valor, TWICE abre nuevos mercados y crea oportunidades económicas. Este enfoque podría revolucionar las industrias, fomentando una economía circular más sostenible y rentable.

En resumen, TWICE sentará las bases para el desarrollo de una tecnología rompedora para la coproducción de productos químicos descarbonizados (H2 limpio y carbono sólido) a partir de residuos plásticos poliolefínicos afrontando con firmeza dos problemas cruciales para la sociedad actual, la gestión de residuos plásticos, y la generación de energía limpia y de bajo coste.