En los últimos años, la acumulación de plásticos planteó un desafío crítico del siglo XXI, sobre todo por la persistencia del polietileno en los vertederos, que genera una problemática digna de que un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) desarrollara un método para transformar este polímero de hidrocarburo común en combustibles líquidos de alta demanda.
Arquitectura molecular y el rol del aluminio
Mediante el uso de sales fundidas con cloruro de aluminio, el equipo no solo logra descomponer el material de las bolsas de compras y tablas de cortar, sino que abrió la posibilidad a sostener una economía circular donde el residuo plástico se convierte en un recurso energético estratégico para la industria.
Por consecuencia de técnicas avanzadas como la espectroscopia de rayos X suaves y la resonancia magnética nuclear, los científicos descubrieron que los átomos de aluminio cargados se agrupan en tríadas para formar sitios catalíticos de una acidez excepcional, considerando que el núcleo de este avance reside en la arquitectura molecular de dicho proceso.
Bajo este aspecto, estos sitios actúan como «tijeras moleculares» que cortan las largas y resistentes cadenas del polietileno en segmentos mucho más cortos, lo que indica que este descubrimiento liderado por Liqi Qiu y Sheng Dai fue documentado por la Revista de la Sociedad Química Estadounidense, demostrando eficiencia y selectividad en la conversión de polímeros.
Comportamiento de las cadenas poliméricas más simples indica ORNL
Con la intención de indagar el motivo por el que se generan productos específicos, el equipo empleó etiquetado isotópico y dispersión de neutrones, lo que permitió observar el comportamiento de las cadenas durante la transformación, debido a que el estudio señaló que la complejidad de la estructura inicial determina el resultado final.
Mientras que las cadenas poliméricas más simples se reorganizan para formar combustibles similares a la gasolina, las estructuras más complejas derivan en combustibles de tipo diésel. En ese sentido, esta capacidad remarca poder controlar la reacción que permite obtener productos refinados de alta calidad a partir de desechos que anteriormente carecían de valor comercial.
Cabe mencionar que el impacto estratégico va más allá del éxito experimental en el laboratorio, debido a que se trata de un proceso que se muestra con potencial de redefinir la infraestructura energética de la nación; sobre todo al convertir un residuo masivo en una fuente de combustible, la tecnología podría fortalecer la seguridad energética y elevar la competitividad industrial de los Estados Unidos.
La clave del proceso es la eficiencia térmica y la estabilidad de las sales fundidas
El uso de sales fundidas como medio de reacción y catalizador simultáneo, permitiendo operar a temperaturas inferiores a 200°C. Estos compuestos inorgánicos, cuya investigación en el ORNL se remonta a la década de 1960, ofrecen estabilidad y eliminan la necesidad de metales nobles, solventes orgánicos o hidrógeno externo.
Según el equipo que lidera Sheng Dai, este sistema resuelve dos conflictos críticos de la industria que sostienen la dependencia de un iniciador para comenzar las reacciones y la complejidad de la parte técnica que facilita una transición más fluida del laboratorio a la planta industrial. Sin embargo, para validar la eficacia de los sitios de aluminio, el proyecto cuenta con expertos y herramientas como la dispersión de neutrones y la espectrometría.
A través del uso de rayos X suaves, los investigadores confirmaron que los sitios de aluminio interactúan con el polímero a nivel electrónico, creando iones de carbono cargados positivamente cuya trayectoria fue rastreada mediante etiquetado con deuterio. Junto al análisis con simulaciones de química cuántica, demostró que el aluminio es catalíticamente activo y capaz de coordinarse con anillos aromáticos intermedios para fragmentar de manera eficiente las cadenas de polietileno.