Vivir en un mundo de plástico: abordar el problema de la contaminación plástica

Dado que los plásticos no son biodegradables, se acumulan en el medio ambiente, alterando los hábitats y los procesos naturales. Cada año, millones de animales salvajes se ven afectados por los residuos plásticos.

A medida que los plásticos se descomponen, liberan compuestos tóxicos al medio ambiente y forman pequeñas partículas de plástico llamadas microplásticos. Estos microplásticos ahora son omnipresentes y están asociados con efectos graves para la salud, como trastornos metabólicos y daños a los órganos.

El reciclaje de plásticos reduce la cantidad de residuos y conserva los recursos naturales. Sin embargo, actualmente sólo alrededor del 10 por ciento del plástico se recicla en todo el mundo. Esta baja cifra se debe en parte a la dificultad de reciclar ciertos tipos de plástico, como los desechos electrónicos y la basura plástica marina. Además, los procesos químicos para descomponer los plásticos en componentes reutilizables consumen mucha energía.

Los investigadores de NTU Singapur están abordando estos importantes desafíos y avanzando en la reducción de la contaminación plástica.

Reutilización de plásticos de residuos electrónicos para aplicaciones biomédicas

Los plásticos constituyen una gran parte de los desechos electrónicos (e-waste), impulsados ​​por los rápidos avances tecnológicos y la alta demanda de los consumidores. Según un informe de la ONU, los desechos electrónicos están creciendo cinco veces más rápido que la tasa oficial de reciclaje. En 2022, los residuos electrónicos generaron 17 millones de toneladas de plástico en todo el mundo.

Los plásticos de un solo uso también se utilizan ampliamente en la investigación y la atención sanitaria, especialmente en el cultivo celular.

El acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) es un plástico electrónico común que se utiliza en dispositivos como teclados y computadoras portátiles. La reutilización del ABS para aplicaciones biomédicas de alto valor puede reducir eficazmente los residuos plásticos.

Los científicos de NTU desarrollaron una matriz sintética para cultivar células utilizando ABS de teclados desechados. La matriz porosa actúa como un andamio, proporcionando una estructura para que las células se adhieran y crezcan.

Esta matriz puede cultivar grupos esféricos de células, llamados esferoides cancerosos, que representan con mayor precisión los tumores reales debido a su forma tridimensional en comparación con los cultivos celulares tradicionales.

Para fabricar la matriz, los científicos disolvieron restos de plástico de teclados desechados en un solvente orgánico, acetona, y vertieron la solución en un molde. La matriz apoyó el crecimiento de esferoides de cáncer de mama, colorrectal y óseo. Estos esferoides cancerosos exhibieron propiedades similares a los cultivados usando matrices disponibles comercialmente y podrían usarse para aplicaciones biomédicas como pruebas de drogas.

"Nuestra innovación no solo ofrece un medio práctico para reutilizar los plásticos de desechos electrónicos, sino que también podría reducir el uso de nuevos plásticos en la industria biomédica", dijo el profesor asociado Dalton Tay de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de NTU, quien dirigió el investigación. El estudio se publicó en *Resources, Conservation & Recycling* en 2024.

Convertir residuos plásticos difíciles de reciclar en materiales útiles

Si bien algunos plásticos se pueden reutilizar para crear nuevos productos, otros, como los plásticos domésticos, los residuos de envases y la basura plástica marina, son más difíciles de reciclar. Además, el tratamiento de plásticos mezclados y contaminados ofrece beneficios económicos limitados.

Los investigadores de NTU exploraron el uso de plásticos difíciles de reciclar como fuente de material de carbono sólido para espumas poliméricas. El proceso consiste en calentar diferentes tipos de residuos plásticos a altas temperaturas (600 grados centígrados) en ausencia de oxígeno para obtener gas y petróleo, que luego se calientan a más de 1.000 grados centígrados para descomponerse en carbono sólido e hidrógeno. El carbono sólido se puede agregar a la espuma polimérica para mejorar su resistencia y resistencia a la abrasión para aplicaciones de amortiguación. La espuma que contiene carbono sólido sintetizado a partir de desechos plásticos exhibió propiedades comparables a otros materiales de refuerzo convencionales y a base de carbono.

El hidrógeno producido se puede recolectar y utilizar como combustible.

La investigación, publicada en el *Journal of Hazardous Materials* en 2024, marca un hito en la reutilización de residuos plásticos que antes no eran reciclables. "Hemos desarrollado un enfoque viable para reutilizar plásticos difíciles de reciclar, que es un aspecto importante de la economía circular", afirmó el investigador principal, el profesor Grzegorz Lisak, de la Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental de NTU.

Una forma más ecológica de descomponer los plásticos

Los métodos convencionales para descomponer los plásticos implican calentarlos a altas temperaturas, lo que consume mucha energía y genera gases de efecto invernadero, lo que contribuye al calentamiento global.

Para abordar la necesidad de métodos más ecológicos, los científicos de NTU han desarrollado un proceso para reciclar la mayoría de los plásticos y convertirlos en valiosos compuestos químicos útiles para el almacenamiento de energía. Esta reacción utiliza diodos emisores de luz (LED) y un catalizador disponible comercialmente a temperatura ambiente y puede descomponer una amplia gama de plásticos, incluidos polipropileno, polietileno y poliestireno, todos comúnmente utilizados en envases y desechados como desechos.

En comparación con los métodos tradicionales de reciclaje de plástico, este proceso requiere mucha menos energía.

Primero, los plásticos se disuelven en el disolvente orgánico diclorometano para hacer que las cadenas de polímero sean más accesibles al fotocatalizador. Luego, la solución se mezcla con el catalizador y se hace fluir a través de tubos transparentes donde se ilumina con luz LED. La luz proporciona la energía inicial para romper los enlaces carbono-carbono con la ayuda del catalizador de vanadio. Los enlaces carbono-hidrógeno de los plásticos se oxidan, haciéndolos menos estables y más reactivos, seguido de la ruptura de los enlaces carbono-carbono.

Los productos finales resultantes son compuestos como el ácido fórmico y el ácido benzoico, que se pueden utilizar para fabricar otros productos químicos para pilas de combustible y portadores de hidrógeno orgánico líquido (LOHC), compuestos orgánicos que absorben y liberan hidrógeno mediante reacciones químicas. El sector energético está explorando los LOHC como medios de almacenamiento de hidrógeno.

Según el profesor asociado Han Soo Sen de la Facultad de Química, Ingeniería Química y Biotecnología de NTU, quien dirigió el estudio, este avance no solo aborda el creciente problema de los desechos plásticos, sino que también reutiliza el carbono atrapado en estos plásticos en lugar de liberarlo. como gases de efecto invernadero mediante la incineración. El método se publicó en la revista *Chem* en 2023.

Fuente: Universidad Tecnológica de Nanyang