China encontró una nueva forma de aprovechar uno de los residuos que más preocupa al planeta. Un grupo de investigadores logró producir componentes para combustible de avión a partir de plástico, mediante un proceso que alcanzó un rendimiento líquido del 82,3% en condiciones de laboratorio.
El avance fue desarrollado por científicos de la Universidad de Fudan y del Instituto de Investigación Avanzada de Shanghái, perteneciente a la Academia China de Ciencias. Para conseguirlo, el equipo creó un catalizador compuesto por níquel, cobalto y dióxido de silicio.
Este material permite romper las largas cadenas del plástico de forma controlada. Así, evita que la mayor parte del residuo termine convertida en gases y favorece la producción de hidrocarburos líquidos.
Los resultados abren una ruta prometedora para aprovechar plásticos que actualmente resultan difíciles de reciclar. Sin embargo, los investigadores todavía no produjeron un combustible terminado y certificado para llenar directamente el tanque de un avión.
Combustible de avión a partir de plástico desarrollado en China
La investigación se concentró en las poliolefinas, una familia de plásticos que incluye principalmente el polietileno y el polipropileno.
Estos materiales se utilizan para fabricar bolsas, envolturas, recipientes, tapas, juguetes, películas protectoras, tuberías y numerosos productos cotidianos. Debido a su uso masivo, también representan una parte considerable de los residuos plásticos generados en todo el mundo.
Aunque algunos de estos productos pueden reciclarse de manera mecánica, el material pierde calidad después de varios ciclos. Además, los residuos mezclados, contaminados o fabricados con diferentes aditivos suelen ser más difíciles de recuperar.
Por esta razón, los científicos buscan nuevas alternativas de reciclaje químico. Estos procesos no se limitan a derretir el plástico para fabricar otro objeto. En cambio, rompen sus moléculas y las convierten en materias primas de mayor valor.
La propuesta china busca producir combustible de avión a partir de plástico mediante una reacción llamada hidrogenólisis. En ella, el residuo entra en contacto con hidrógeno y con un catalizador que facilita la ruptura de los enlaces entre los átomos de carbono.
El verdadero desafío consiste en controlar esa ruptura. Si las cadenas se fragmentan demasiado, gran parte del material se convierte en gases pequeños, como el metano. Si se rompen en los puntos adecuados, pueden generarse hidrocarburos líquidos del tamaño necesario.
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El catalizador que permite transformar el plástico
El elemento más importante del estudio fue un catalizador identificado como 10Ni-2Co/SiO₂. Está formado por níquel modificado con cobalto y colocado sobre una base de dióxido de silicio.
Los investigadores ya habían estudiado el níquel para transformar residuos plásticos. No obstante, este metal podía romper las cadenas de manera excesiva y producir una cantidad elevada de gases.
La incorporación del cobalto cambió el comportamiento del níquel. Gracias a esta combinación, el catalizador favoreció los cortes internos de las cadenas y redujo la fragmentación repetida desde sus extremos.
En términos sencillos, el material funciona como una herramienta de precisión. En lugar de destruir por completo las enormes moléculas del plástico, las divide en fragmentos medianos que pueden permanecer en estado líquido.
Además, el cobalto redujo el tamaño promedio de las partículas de níquel de 11,1 a 7,8 nanómetros. Este cambio mejoró la activación del hidrógeno y elevó aproximadamente 2,6 veces la selectividad hacia los hidrocarburos C8-C16, en comparación con un catalizador que solo contenía níquel.
El equipo estudió el mecanismo mediante análisis cinéticos, espectroscopia infrarroja y modelos computacionales. Los resultados mostraron que la combinación de ambos metales facilita la ruptura controlada de las cadenas y limita la producción de metano.
El proceso alcanzó un rendimiento líquido del 82,3%
Las mejores pruebas se realizaron a una temperatura de 280 grados Celsius y una presión de hidrógeno de 3 megapascales, equivalente a unos 30 bares.
Bajo estas condiciones, el proceso alcanzó un rendimiento líquido del 82,3%. Esto significa que una proporción elevada del material tratado terminó convertida en productos líquidos, en lugar de gases o residuos sólidos.
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Además, el 79% de esos productos líquidos correspondió a hidrocarburos C8-C16. Estas moléculas contienen entre ocho y 16 átomos de carbono y se encuentran dentro del rango utilizado para formular queroseno de aviación.
Sin embargo, las dos cifras no representan lo mismo. El 82,3% corresponde al rendimiento total de productos líquidos, mientras que el 79% indica la selectividad hacia la fracción C8-C16.
Al combinar ambos valores, el rendimiento de los hidrocarburos de mayor interés para la aviación fue de aproximadamente 65,1%.
Por lo tanto, no sería preciso afirmar que el 82,3% del plástico terminó convertido directamente en combustible de avión. Los investigadores obtuvieron una mezcla líquida y una parte importante de ella quedó dentro del rango molecular buscado.
Aun así, el resultado representa un avance relevante. Uno de los principales retos del reciclaje químico consiste en dirigir la reacción hacia productos específicos y evitar mezclas difíciles de aprovechar.
Los componentes todavía no están listos para volar
Los hidrocarburos obtenidos comparten parte de las características moleculares del queroseno. Sin embargo, todavía no pueden utilizarse directamente en un avión.
El combustible de aviación debe cumplir exigencias estrictas relacionadas con su densidad, viscosidad, estabilidad térmica, lubricidad, punto de congelación y comportamiento durante la combustión.
Además, cualquier nueva ruta de producción debe superar evaluaciones técnicas antes de llegar al mercado. Estos procesos comprueban que el combustible mantenga un funcionamiento seguro bajo diferentes temperaturas, altitudes y condiciones de vuelo.
Por ahora, el equipo chino produjo componentes con potencial para convertirse en parte de un combustible de aviación. Los líquidos todavía necesitan procesos adicionales de purificación, refinación, análisis y certificación.
Tampoco se han anunciado vuelos de prueba ni una planta industrial que utilice esta tecnología. La investigación se mantiene en una fase experimental, aunque ofrece resultados suficientes para continuar con su desarrollo.
No todos los residuos plásticos pueden transformarse
La tecnología fue diseñada principalmente para residuos de poliolefinas. Esto incluye al polietileno y al polipropileno, pero no significa que pueda transformar cualquier tipo de plástico de la misma manera.
El PET utilizado en algunas botellas, el PVC, el policarbonato y el poliestireno tienen estructuras químicas diferentes. Por tanto, pueden reaccionar de otra forma frente al mismo catalizador.
Los productos plásticos también pueden contener tintas, pigmentos, estabilizadores, plastificantes y otros aditivos. Estas sustancias podrían interferir con el proceso o reducir la actividad del catalizador.
Los investigadores probaron el sistema con residuos reales de poliolefinas, un paso importante frente a los ensayos realizados únicamente con materiales puros. Sin embargo, la basura que llega a una planta suele estar mezclada con humedad, etiquetas, restos de alimentos y otros polímeros.
Una futura instalación industrial necesitaría clasificar, limpiar y preparar los residuos antes de iniciar la transformación. Además, deberá comprobar cuánto tiempo puede funcionar el catalizador y cuántas veces puede reutilizarse.
Una posible reducción de la huella de carbono
El estudio señala que el proceso podría reducir considerablemente su huella de carbono cuando utiliza electricidad renovable e hidrógeno producido con bajas emisiones.
Según las estimaciones presentadas por los investigadores, la reducción podría acercarse al 80% frente a determinadas rutas convencionales basadas en materias primas fósiles.
No obstante, este beneficio depende del origen de la energía. Si la electricidad y el hidrógeno proceden de combustibles fósiles, la ventaja ambiental sería menor.
También deben considerarse las emisiones relacionadas con la recolección, clasificación, limpieza y transporte del plástico.
Además, producir combustible de avión a partir de plástico no elimina por completo las emisiones durante el vuelo. Cuando los hidrocarburos se queman en el motor, continúan liberando dióxido de carbono.
La ventaja potencial consiste en aprovechar el carbono que ya se encuentra dentro de un residuo. De esta manera, podría reducirse la necesidad de extraer una cantidad equivalente de nuevas materias primas fósiles.
Una alternativa ante la acumulación de plástico
El mundo produce más de 430 millones de toneladas de plástico cada año. Una gran parte corresponde a productos que se utilizan durante poco tiempo y luego se convierten en basura.
Muchos de estos residuos terminan en vertederos, plantas de incineración o ecosistemas naturales. Otros no pueden reciclarse de manera convencional porque están contaminados, mezclados o han perdido calidad.
La producción de combustible de avión a partir de plástico podría ofrecer una alternativa para una parte de estos materiales. No obstante, la tecnología no reemplaza la necesidad de reducir los productos desechables, reutilizar envases y mejorar los sistemas de reciclaje.
El reciclaje químico funcionaría como una herramienta complementaria. Su función sería recuperar residuos que no pueden aprovecharse fácilmente mediante métodos mecánicos.
De esta forma, algunos plásticos podrían convertirse en materias primas útiles antes de terminar abandonados o incinerados.
El desafío será llevar el proceso a una planta industrial
El siguiente paso será comprobar si el rendimiento alcanzado en laboratorio puede mantenerse dentro de reactores más grandes.
Una planta industrial necesitaría procesar grandes cantidades de residuos de forma continua. También requeriría hidrógeno, energía, sistemas de presión, equipos de separación y procesos de purificación.
La duración del catalizador será otro factor decisivo. Los científicos tendrán que demostrar que conserva su actividad después de múltiples ciclos y que puede regenerarse sin perder eficiencia.
Además, el proceso deberá competir económicamente con otras formas de producir combustible. Aunque el níquel y el cobalto permiten evitar metales nobles como el platino y el rutenio, el costo final también dependerá del hidrógeno limpio, la electricidad y la preparación de los residuos.
Finalmente, la mezcla obtenida deberá superar las pruebas exigidas por la industria aeronáutica. Solo entonces podría utilizarse como componente de un combustible comercial.
El avance todavía no reemplaza al petróleo ni resuelve por sí solo la contaminación plástica. Sin embargo, demuestra que un residuo difícil de aprovechar puede convertirse en una materia prima con potencial para uno de los sectores energéticos más exigentes del mundo.
