Las botellas de plástico podrían tener una segunda vida mucho más valiosa que la de convertirse en nuevos envases: un grupo de investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania ha desarrollado un procedimiento que permite transformar este tipo de residuos en grafito sintético de alta pureza, un material imprescindible para fabricar las baterías de iones de litio como las que se utilizan en los coches eléctricos, teléfonos móviles y sistemas de almacenamiento de energía renovable.
El avance, cuyos resultados se han publicado en la revista científica Diamond and Related Materials, abre la puerta a una nueva forma de entender el reciclaje del plástico. En lugar de limitarse a reducir el volumen de residuos, esta tecnología permitiría convertirlos en un material estratégico cuya demanda no va a hacer si no crecer a medida que aumenta la electrificación del transporte y el desarrollo de las energías limpias.
Grafito de alta pureza
Actualmente, el grafito constituye uno de los componentes fundamentales de las baterías de iones de litio. Se emplea en el ánodo, el electrodo encargado de almacenar y liberar los electrones durante los ciclos de carga y descarga. Su importancia es tal que el Departamento de Energía de Estados Unidos lo considera un mineral crítico, ya que el aumento de la producción de vehículos eléctricos y dispositivos electrónicos está disparando las necesidades de suministro.
Al mismo tiempo, el tereftalato de polietileno, más conocido como PET, continúa siendo uno de los plásticos más utilizados en todo el mundo para fabricar botellas y envases. Aunque gran parte de estos productos acaba depositándose en los contenedores de reciclaje, una cantidad muy significativa termina en vertederos o se destina a aplicaciones de menor valor, un proceso denominado como ‘downcycling’.
Los investigadores decidieron abordar ambos problemas con una única solución: convertir los residuos plásticos en una materia prima para la industria de las baterías. Para ello trituraron botellas de PET y las mezclaron con pequeñas cantidades de óxido de grafeno antes de someterlas a un tratamiento térmico controlado. Durante este proceso, los átomos de carbono presentes en el plástico se reorganizan hasta formar una estructura cristalina propia del grafito.
El resultado es que el grafito obtenido presentó una organización interna incluso superior a la de determinadas muestras comerciales de grafito natural empleadas como referencia en el desarrollo de baterías. Según los investigadores, la incorporación de apenas un 2,5 % de óxido de grafeno fue suficiente para alcanzar el mejor rendimiento, favoreciendo el crecimiento de cristales de gran tamaño y elevada calidad.
Shakshi Sekar, autora principal del estudio e investigadora doctoral en Penn State, cree que este trabajo puede cambiar la percepción sobre los residuos plásticos: “La mayoría de la gente piensa que una botella de plástico es un residuo una vez que termina de utilizarla. Nuestro trabajo demuestra que ese mismo material puede convertirse en un recurso valioso para producir grafito, que es esencial para las tecnologías modernas de baterías”.
Sin catalizadores metálicos
Una de las principales ventajas del procedimiento es que prescinde de los catalizadores metálicos empleados habitualmente para fabricar grafito sintético. Los métodos convencionales suelen recurrir a elementos como hierro, níquel o cobalto para favorecer la formación de la estructura cristalina, pero estos materiales dejan impurezas que posteriormente deben eliminarse mediante procesos químicos adicionales.
En el nuevo método, el papel de esos catalizadores lo desempeña el óxido de grafeno, cuyos grupos funcionales ricos en oxígeno facilitan el crecimiento de los cristales de grafito y actúan como una guía para que los átomos de carbono se ordenen correctamente, sin introducir contaminación metálica en el material final.
“Si los residuos plásticos pueden convertirse en una materia prima para materiales energéticos avanzados, cambia nuestra forma de entender el reciclaje. En lugar de ver el plástico como un problema del que deshacerse, podemos considerarlo un recurso que ayuda a impulsar las tecnologías de energía limpia”, concluye Sekar.