1. Vías no biológicas para el reciclaje/mejora de PET

El reciclaje de PET se puede lograr mediante rutas no biológicas, como técnicas mecánicas o procesos químicos. El método mecánico implica trituración, lavado y calentamiento, pero tiene limitaciones en términos de pureza y calidad de los productos resultantes. Por el contrario, el reciclaje químico implica la despolimerización y la repolimerización para crear materia prima de alta calidad, promoviendo el reciclaje de circuito cerrado y el crecimiento de la cadena de valor de los recursos, al mismo tiempo que se reducen las emisiones de carbono.

1.1 Reciclaje mecánico de PET: situación y desafíos

El reciclaje mecánico es una tecnología madura y ampliamente aplicada en el campo del reciclaje de PET, y su bajo costo y facilidad de operación la hacen dominante en el reciclaje de productos de un solo material, como las botellas de plástico.

El reciclaje mecánico implica principalmente recolectar y clasificar los desechos de PET, luego molerlos y molerlos en pedazos pequeños, seguido de lavado para eliminar contaminantes, secado y calentamiento para convertirlos en resina de PET fundida, que luego se extruye en gránulos para fabricar nuevos. productos.

Sin embargo, el reciclaje mecánico también tiene limitaciones importantes. En primer lugar, la pureza de los residuos de PET debe alcanzar un cierto estándar para garantizar la calidad de los productos reciclados. En segundo lugar, el proceso de reciclaje físico puede dañar las cadenas moleculares del PET, lo que hace que el PET reciclado tenga un rendimiento peor que el material original. Además, este método tiene limitaciones a la hora de convertir residuos de PET en productos de alto valor añadido.

Además, no se pueden pasar por alto el consumo de energía y las emisiones de carbono asociadas con el reciclaje mecánico. Los procesos de trituración, molienda y lavado en el flujo de trabajo del reciclaje mecánico requieren energía mecánica y térmica, que a menudo se deriva de la combustión de combustibles fósiles, lo que genera emisiones de dióxido de carbono. Las etapas de secado y calentamiento también requieren un importante aporte de energía, lo que aumenta aún más la huella de carbono general.

1.2 Reciclaje químico: técnicas pioneras para el reciclaje de PET 

El reciclaje químico representa un enfoque transformador para la gestión de residuos de PET y ofrece una alternativa sofisticada a los métodos tradicionales de reciclaje mecánico. Este proceso no solo produce materias primas de alta pureza como el ácido tereftálico (PTA) y el monoetilenglicol (MEG), sino que también proporciona la versatilidad necesaria para reciclar PET dentro de un sistema de circuito cerrado y explorar nuevas vías para la utilización de recursos a través de vías de circuito abierto. .

El reciclaje químico, también conocido como reciclaje de circuito cerrado, es una tecnología no biológica que implica descomponer las largas cadenas de polímeros de PET mediante métodos de tratamiento termoquímico en monómeros u otras materias primas petroquímicas básicas, que luego pueden usarse para fabricar nuevo PET. u otros productos de valor agregado.

El proceso de reciclaje químico incluye despolimerización, purificación, repolimerización y formación. La despolimerización es el paso crítico, que generalmente se logra mediante el uso de un exceso de metanol y catalizadores para calentar y descomponer el PET en sus monómeros individuales. El paso de purificación implica eliminar impurezas o contaminantes de los monómeros, mientras que la repolimerización utiliza calor y catalizadores para volver a ensamblar los monómeros en nuevos polímeros de PET.

En comparación con la producción de PET virgen, el reciclaje químico también puede reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y el consumo de energía hasta en un 50%. Sin embargo, el reciclaje químico es un proceso más complejo y costoso que el reciclaje mecánico, y persisten desafíos en términos de escalabilidad y viabilidad comercial. A pesar de estos desafíos, el potencial del reciclaje químico de PET es inmenso.

1.2.1 Reciclaje eficiente en circuito cerrado: conversión de residuos de PET en TPA y EG de alta calidad

El reciclaje de circuito cerrado de residuos de PET mediante un tratamiento preciso a nivel molecular puede convertirlo en TPA y EG de alta pureza, que son monómeros cruciales para la fabricación de nuevos productos de PET. 

La clave de este proceso radica en la despolimerización, que se puede lograr mediante varios métodos, que incluyen hidrólisis, amonólisis, alcohólisis, así como tecnologías fotocatalíticas y electroquímicas avanzadas.

Hidrólisis: en condiciones ácidas, alcalinas o neutras, el PET sufre hidrólisis a altas temperaturas y/o presiones, produciendo TPA y EG.

Amonólisis: a altas temperaturas, el PET reacciona con amoníaco o compuestos de amina, produciendo tereftalamida (la forma amida de TPA) y EG, que se puede convertir aún más en TPA.

Alcoholisis: a temperaturas específicas, el PET reacciona con el metanol, produciendo tereftalato de dimetilo (DMT) y EG, que es una forma de transesterificación.

Las técnicas oxidativas de vanguardia para descomponer los residuos plásticos, como la fotocatálisis y la electroquímica, son un foco de investigación en el reciclaje químico. Estos enfoques ofrecen un medio prometedor, ecológico y eficaz para transformar y recuperar materiales valiosos de los residuos.

La fotocatálisis implica la utilización de materiales semiconductores como catalizadores y someter el PET a irradiación de luz para producir TPA y EG, utilizando fuentes de energía renovables como la energía solar. Este método funciona a temperatura y presión ambiente, lo que reduce el consumo de energía y el impacto ambiental.

La electroquímica utiliza un proceso electroquímico en una celda electrolítica para descomponer el PET en TPA y EG, lo que ofrece controlabilidad del proceso, alta selectividad y mínimo consumo de energía. Permite el uso de energía eléctrica renovable para reducir la huella de carbono.

1.2.2 Mejora de los residuos de PET: de monómeros a productos químicos con valor añadido

La aplicación de tecnologías de reciclaje químico en el reciclaje de residuos de PET ha demostrado su inmenso potencial, proporcionando nuevas direcciones para el reciclaje de recursos y el desarrollo sostenible.

Como se mencionó anteriormente, la despolimerización es un paso crucial en el reciclaje químico, y los diversos métodos de despolimerización también han abierto posibilidades para mejorar los desechos de PET para producir productos químicos con valor agregado.

Durante la amonólisis en el reciclaje químico, el polímero PET se puede convertir en valiosas diamidas/amidas de TPA al reaccionar con amoníaco o aminas a altas temperaturas. Estos productos tienen diversos usos, como plastificantes, adhesivos, agentes antimicrobianos y tintes textiles, y también pueden modificarse en poli(esteramidas), tereftalonitrilo y p-xililendiamina, proporcionando nuevos materiales para disolventes orgánicos y otras industrias químicas. .

En estrategias de oxidación más avanzadas, el proceso fotocatalítico utiliza materiales semiconductores como catalizadores, generando radicales libres o especies activas de oxígeno bajo irradiación de luz para descomponer los plásticos PET en moléculas más pequeñas, como formaldehído, ácido fórmico y ácido acético. Estos productos también pueden servir como solventes, materia prima química y aditivos plásticos, ofreciendo una amplia gama de aplicaciones industriales.

El proceso electroquímico, por otro lado, aplica una corriente eléctrica en una celda electrolítica para descomponer el PET en TPA y EG, y luego convierte el EG en compuestos oxigenados, como ésteres de formiato, ácido fórmico y ácido glicólico. Este método también puede producir hidrógeno, al tiempo que reduce el consumo de energía y la huella de carbono.

2. Vías biológicas: innovaciones verdes en el reciclaje de PET

El reciclaje enzimático, también llamado reciclaje biológico, es un nuevo método de reciclaje de PET que utiliza enzimas para descomponer los productos de PET en monómeros. Supera los inconvenientes del reciclaje mecánico y químico y reduce las emisiones de gases de efecto invernadero y el consumo de energía, mejorando así la eficiencia del reciclaje de PET.

El proceso de reciclaje biológico de PET incluye múltiples pasos: primero, la recolección y clasificación de los desechos de PET, luego la reducción de tamaño, seguido de la despolimerización enzimática, la purificación y, finalmente, la repolimerización para regenerar materiales de PET. Este método emplea microorganismos y enzimas para la biodespolimerización, produciendo una mezcla de monómeros y oligómeros de alta calidad, lo que proporciona una vía de reciclaje ecológica y sostenible.

La principal ventaja del reciclaje biológico es su impacto ambiental relativamente bajo, lo que permite la recuperación de residuos de PET de baja calidad y la producción de PET nuevo con un rendimiento similar al del PET virgen. Además, el reciclaje biológico no requiere combustibles fósiles, lo que reduce significativamente el consumo de energía y las emisiones de dióxido de carbono.

3. Enfoque integrado no biológico/biológico: reciclaje innovador de residuos de PET

La introducción de la biocatálisis ha impulsado la transición de la química verde hacia la química circular. El enfoque integrado no biológico/biológico es un proceso por etapas que combina las ventajas de la hidrólisis química y las tecnologías de conversión biológica para lograr la utilización de recursos de los residuos de PET.

El reciclaje y la mejora de los residuos de PET se pueden realizar mediante un método innovador integrado no biológico/biológico. Este enfoque emplea primero vías químicas, como la hidrólisis, para convertir eficientemente los desechos de PET en TPA, tereftalato de bis (2-hidroxietil) (BHET) y EG. Estos productos químicamente descompuestos se convierten en sustratos ideales para la conversión biológica, donde las cepas bacterianas diseñadas pueden transformar aún más estos monómeros orgánicos en una gama más amplia de productos químicos útiles, asegurando una despolimerización selectiva y una conversión biológica eficiente.

Este enfoque químico-biológico integrado combina la velocidad y la controlabilidad de la química con la selectividad y las condiciones suaves de la biología, lo que permite una producción más eficiente de TPA y EG, además de promover la generación de productos químicos de alto valor agregado, impulsando así el reciclaje en circuito cerrado y la mejora del PET. Por ejemplo, el BHET, como producto principal de la fermentación del azúcar PET, se puede convertir en TPA mediante acción enzimática, un proceso que se puede completar en un tiempo relativamente corto y con un alto rendimiento.

Además, los innovadores sistemas fotoelectroquímicos biocatalíticos (PEC) utilizan energía solar para impulsar la biosíntesis, convirtiendo compuestos como el etilenglicol en otras sustancias químicas útiles. Estos sistemas emplean electrodos catalíticos de estado sólido como activadores de enzimas solares, lo que proporciona nuevas perspectivas para la conversión y aplicación de la energía solar, mejorando aún más la sostenibilidad y el respeto al medio ambiente del reciclaje de PET.

4. Conclusión

El campo del reciclaje de PET se ha diversificado con la aparición de procesos mecánicos, químicos y biológicos, junto con técnicas biológicas y no biológicas integradas de vanguardia. A pesar de sus beneficios y limitaciones individuales, estas tecnologías apuntan en conjunto a canalizar los desechos de PET hacia la economía circular. Con futuras innovaciones, la efectividad y la sostenibilidad del reciclaje de PET están preparadas para mejorar significativamente, alineando aún más la industria humana con la gestión ambiental.