Sistema de energía solar convierte plástico y gases de efecto invernadero en combustibles sostenibles

Los investigadores, de la Universidad de Cambridge, desarrollaron el sistema, que puede convertir dos flujos de desechos en dos productos químicos al mismo tiempo, la primera vez que esto se logra en un reactor alimentado por energía solar.

El reactor convierte el dióxido de carbono (CO2) y los plásticos en diferentes productos que son útiles en una variedad de industrias. En las pruebas, el CO2 se convirtió en gas de síntesis, un componente clave para los combustibles líquidos sostenibles, y las botellas de plástico se convirtieron en ácido glicólico, que se usa ampliamente en la industria cosmética. El sistema se puede ajustar fácilmente para producir diferentes productos cambiando el tipo de catalizador utilizado en el reactor.

Convertir plásticos y gases de efecto invernadero, dos de las mayores amenazas que enfrenta el mundo natural, en productos útiles y valiosos utilizando energía solar es un paso importante en la transición hacia una economía circular más sostenible. Los resultados se informan en la revista Nature Synthesis.

«Convertir los desechos en algo útil usando energía solar es un objetivo importante de nuestra investigación», dijo el profesor Erwin Reisner del Departamento de Química de Yusuf Hamied, autor principal del artículo. “La contaminación plástica es un gran problema en todo el mundo y, a menudo, muchos de los plásticos que arrojamos a los contenedores de reciclaje se incineran o terminan en vertederos”.

Reisner también dirige el Centro Circular de Plásticos de Cambridge (CirPlas), cuyo objetivo es eliminar los desechos plásticos combinando el pensamiento optimista con medidas prácticas.

Otras tecnologías de ‘reciclaje’ con energía solar son prometedoras para abordar la contaminación plástica y reducir la cantidad de gases de efecto invernadero en la atmósfera, pero hasta la fecha, no se han combinado en un solo proceso.

“Una tecnología impulsada por la energía solar que podría ayudar a abordar la contaminación plástica y los gases de efecto invernadero al mismo tiempo podría cambiar las reglas del juego en el desarrollo de una economía circular”, dijo Subhajit Bhattacharjee, coautor del artículo.

«También necesitamos algo que se pueda ajustar, de modo que pueda realizar cambios fácilmente según el producto final que desee», dijo el coautor principal, el Dr. Motiar Rahaman.

Los investigadores desarrollaron un reactor integrado con dos compartimentos separados: uno para plástico y otro para gases de efecto invernadero. El reactor utiliza un absorbente de luz basado en perovskita, una alternativa prometedora al silicio para las células solares de próxima generación.

El equipo diseñó diferentes catalizadores, que se integraron en el absorbedor de luz. Al cambiar el catalizador, los investigadores podrían cambiar el producto final. Las pruebas del reactor en condiciones normales de temperatura y presión mostraron que el reactor podía convertir de manera eficiente botellas de plástico PET y CO2 en diferentes combustibles a base de carbono, como CO, gas de síntesis o formiato, además de ácido glicólico. El reactor desarrollado por Cambridge produjo estos productos a una velocidad que también es mucho más alta que los procesos de reducción de CO2 fotocatalíticos convencionales.

“En general, la conversión de CO2 requiere mucha energía, pero con nuestro sistema, básicamente solo enciendes una luz y comienza a convertir productos dañinos en algo útil y sostenible”, dijo Rahaman. «Antes de este sistema, no teníamos nada que pudiera hacer productos de alto valor de manera selectiva y eficiente».

“Lo que es tan especial acerca de este sistema es la versatilidad y la capacidad de ajuste: estamos haciendo moléculas basadas en carbono bastante simples en este momento, pero en el futuro, podríamos ajustar el sistema para hacer productos mucho más complejos, simplemente cambiando el catalizador”, dijo Bhattacharjee.

Reisner recibió recientemente nuevos fondos del Consejo Europeo de Investigación para ayudar al desarrollo de su reactor alimentado por energía solar. Durante los próximos cinco años, esperan seguir desarrollando el reactor para producir moléculas más complejas. Los investigadores dicen que algún día podrían usarse técnicas similares para desarrollar una planta de reciclaje completamente alimentada por energía solar.

“Desarrollar una economía circular, en la que hagamos cosas útiles a partir de los desechos en lugar de tirarlos a los vertederos, es vital si vamos a abordar de manera significativa la crisis climática y proteger el mundo natural”, dijo Reisner. “Y alimentar estas soluciones con el sol significa que lo estamos haciendo de manera limpia y sostenible”.

La investigación fue apoyada en parte por la Unión Europea, el Consejo Europeo de Investigación, Cambridge Trust, Hermann y Marianne Straniak Stiftung, y el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC), parte de Investigación e Innovación del Reino Unido (UKRI). Erwin Reisner es miembro del St John’s College de Cambridge.

Referencias:
Subhajit Bhattacharjee, Motiar Rahaman et al. ‘Conversión fotoelectroquímica de CO2 en combustible con reformado plástico simultáneo.’ Síntesis de la naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s44160-022-00196-0