Actualmente, el reciclaje químico de PET requiere procesos energéticamente muy intensivos. Además, los métodos tradicionales para desoxigenar polímeros de condensación como el PET dependen en gran medida de hidrógeno molecular, un recurso costoso y cuya producción convencional está asociada con altas emisiones de carbono. Estos factores no solo encarecen los procesos de reciclaje químico, sino que también limitan su sostenibilidad y viabilidad industrial. Esta nueva investigación se ha basado en un sistema que combina la metanólisis del PET con la hidrogenólisis catalítica del producto intermedio, utilizando metanol como fuente de hidrógeno en lugar de depender de hidrógeno molecular externo.

Los datos demuestran que este proceso es viable a escala industrial, eficiente en términos de costes energéticos y sostenible; capaz de competir con las tecnologías actuales de reciclaje químico.

Los científicos utilizaron metanol como portador interno de hidrógeno. El metanol tiene la ventaja de ser un compuesto disponible, económico y, en muchos casos, renovable, ya que puede producirse a partir de biomasa o mediante captura y conversión de dióxido de carbono. Este enfoque ofrece la posibilidad de reducir los costes operativos y las emisiones de carbono asociadas con los procesos de reciclaje químico, al tiempo que maximiza la recuperación de materiales de desecho.

Esta metodología descompuso el PET en su monómero, el dimetil tereftalato (DMT), y una posterior hidrogenólisis catalítica transformó el DMT en p-xileno. Este último paso es crucial, ya que el p-xileno es un compuesto altamente demandado en la industria química, utilizado en la producción de tereftalato de dimetilo y otros derivados químicos esenciales.

Los científicos utilizaron metanol como portador de hidrógeno, ya que es un compuesto altamente disponible, económico y renovable, al poder producirse a partir de biomasa o mediante captura y conversión de carbono.

Los resultados obtenidos en esta investigación son, según los autores del estudio, “impresionantes”. En condiciones óptimas, a una temperatura de 240 °C y un tiempo de reacción de 16 horas, el catalizador logró convertir el 97% del DMT en p-xileno, con una selectividad cercana al 90%. Los datos demuestran no sólo la viabilidad del sistema, sino también su capacidad para competir con las tecnologías actuales de reciclaje químico en términos de eficiencia y sostenibilidad.

Durante la experimentación, surgieron algunos desafíos relacionados con el uso del metanol como fuente de hidrógeno. Los ensayos mostraron que la cantidad inicial de metanol tiene un impacto significativo en el rendimiento del p-xileno. Cuando se utilizó metanol en fase líquida, se observó una disminución en la eficiencia del proceso, pasando de un rendimiento del 70% con 2 g de metanol a un rendimiento del 0% con 8 g. Este fenómeno se atribuye a la reducción de la cobertura de hidrógeno en la superficie del catalizador debido a interacciones desfavorables en la interfaz sólido-líquido. Para superar este problema, los investigadores optimizaron el sistema para trabajar con metanol en fase vapor, lo que permitió mantener una alta cobertura de hidrógeno y maximizar la eficiencia del proceso.

El sistema se ha probado también con policarbonato y los resultados muestran que es posible convertirlo en productos químicos valiosos como xylenol e isopropil metil anisole.

Además del PET, los investigadores exploraron la aplicación de este sistema a otros polímeros de condensación, como el policarbonato (PC). Los resultados mostraron que el sistema es capaz de convertir el PC en productos químicos valiosos, como xylenol e isopropil metil anisole, con rendimientos del 37% y 45%, respectivamente. Estos hallazgos destacan la versatilidad del enfoque propuesto y su potencial para ser adaptado a una amplia gama de materiales plásticos.

El proceso desarrollado no sólo ofrece una solución sostenible y eficiente para el reciclaje químico del PET, sino que también sienta las bases para una nueva generación de tecnologías de "residuos a combustibles". Al eliminar la dependencia del hidrógeno molecular y utilizar metanol como fuente de hidrógeno, este sistema reduce significativamente los costes operativos y las emisiones de carbono asociadas con el reciclaje químico. Además, la alta selectividad hacia el p-xileno y la posibilidad de reutilizar el catalizador hacen que este enfoque sea competitivo frente a las tecnologías existentes.

Los científicos también plantean la posibilidad de integrar este proceso en esquemas industriales a gran escala, donde la producción de metanol a partir de fuentes renovables podría combinarse con el reciclaje químico de plásticos para crear sistemas verdaderamente circulares. El Dr. Manish Shetty, profesor adjunto de Ingeniería Química en la Universidad Texas A&M y coautor de la investigación cree que los resultados son “cruciales para el futuro de la industria química” ya que, “a medida que vaya extendiéndose la producción de hidrógeno verde, que se obtiene a través de la electrólisis del agua, necesitaremos los portadores de hidrógeno como vector de transporte”. El estudio Metanólisis en tándem e hidrogenólisis catalítica de transferencia de tereftalato de polietileno a p-xileno sobre catalizadores Cu/ZnZrOx plantea un método para convertir a los residuos de PET en portadores de ese hidrógeno.