Algún día estaremos reciclando aspas de aerogeneradores en deliciosos ositos de goma

La energía eólica es una industria en rápido crecimiento, con un aumento del 53 por ciento en nuevas instalaciones solo en 2020, según el Consejo Mundial de Energía Eólica. Las enormes aspas de fibra de vidrio pueden ser tan largas como la mitad de un campo de fútbol y se hacen cada vez más grandes: cuanto más grande es la aspa, más electricidad se produce. Eso plantea un problema cuando las palas sobreviven a las partes mecánicas de las turbinas. Por lo general, se envían a vertederos, lo que socava todo el concepto de producción de energía sostenible.

Afortunadamente, John Dorgan, ingeniero químico de la Universidad Estatal de Michigan, ha creado una nueva resina de polímero que no solo se puede reciclar en una nueva generación de álabes de turbina, sino también en materiales para una amplia gama de aplicaciones comerciales. Estos incluyen la fabricación de luces traseras para automóviles, pañales, fregaderos de cocina, incluso ositos de goma comestibles. Describió su investigación en una reunión de la American Chemical Society en Chicago esta semana.

Dorgan denomina su enfoque «flexibilidad molecular», inspirado en parte por un artículo que una vez leyó de Isaac Asimov, que describe un futuro en el que las personas podrían resintetizar protones, neutrones y electrones en bruto en cualquier cosa que quisieran. «Es casi como el replicador de Star Trekdonde pueden convertir átomos en lo que quieran: flotadores de helado, ropa nueva, o lo que sea», dijo Dorgan durante una conferencia de prensa en la reunión de la ACS. «Por supuesto, estamos muy lejos. de la idea del replicador, pero nos inspiramos un poco en ese tipo de cosas».

Dorgan ha trabajado durante mucho tiempo con uno de sus polímeros favoritos: los poliactidos, o PLA, desarrollado originalmente para fabricar envases biodegradables y sostenibles. El PLA también se puede utilizar como fibra para fabricar textiles y prendas de vestir. El proyecto actual de Dorgan, financiado por el Departamento de Energía, consiste en investigar cómo hacer que las palas de las turbinas eólicas sean más eficientes desde el punto de vista energético. Entonces, naturalmente, se preguntó si el PLA podría usarse como una resina aglutinante reciclable.

El laboratorio de Dorgan fabricó su nueva resina compuesta disolviendo PLA en un monómero sintético llamado metacrilato de metilo (MMA), lo que resultó en una resina almibarada. Usaron presión de vacío para extraer la resina a través de las fibras de vidrio, lo que provocó que la resina se endureciera y se convirtiera en paneles sólidos de fibra de vidrio. Esos paneles se pueden reciclar disolviéndolos en monómero fresco, lo que permite a los investigadores refundir nuevos paneles para la próxima generación de turbinas eólicas. «El santo grial en el reciclaje de polímeros es siempre volver de una aplicación a la misma aplicación», dijo. «Podemos hacer eso con estos materiales. Hemos pasado por varios ciclos y hemos demostrado que las propiedades mecánicas se pueden mantener».

El próximo paso es hacer algunas palas de turbina de tamaño moderado y probarlas en el campo. Pero Dorgan admite que su resina aún no está lista para escalar hasta el nivel requerido para satisfacer las necesidades actuales de la industria de la energía eólica. Simplemente no hay suficiente bioplástico producido por su proceso de laboratorio, y desarrollar un proceso de producción a gran escala llevará algún tiempo.

Afortunadamente, también es posible reutilizar la resina para otras aplicaciones, tanto de ciclo descendente como de ciclo ascendente. Para el primero, tome el material y tritúrelo, tal vez agregando un poco más de polímero a la mezcla, y será perfecto para el moldeo por inyección, una técnica común de fabricación de plásticos. Dorgan también produjo una piedra de ingeniería, que luego usó para hacer un fregadero de cocina de tamaño completo y el logotipo de MSU Spartan.

Más allá de ese simple procesamiento mecánico, Dorgan descubrió que podía modificar químicamente estos materiales para más aplicaciones de upcycle. «De hecho, podemos digerir uno de los componentes del polímero PLA usando solo una base simple, como una solución alcalina», dijo. «Piense en el bicarbonato de sodio o el polvo de hornear en la cocina, algo bastante suave en términos de su actividad química».

Esto descompone el PLA en un metabolito ambientalmente benigno llamado ácido monoláctico y permitió a Dorgan recuperar el metacrilato de polimetilo (PMMA) en el material, más comúnmente conocido como plexiglás, que se usa para fabricar ventanas y luces traseras de automóviles. Elevar la temperatura puede convertir el PMMA en ácido polimetacrílico, un polímero súper absorbente que se usa en los pañales. Otro subproducto de la digestión alcalina es el lactato de potasio, que Dorgan pudo purificar para aplicaciones de grado alimenticio. Incluso lo usó para hacer ositos de goma en el laboratorio.

Y sí, se comió esos ositos de goma sin efectos nocivos. «Un átomo de carbono derivado de una planta, como el maíz o la hierba, no es diferente de un átomo de carbono procedente de un combustible fósil», dijo Dorgan. «Todo es parte del ciclo global del carbono, y hemos demostrado que podemos pasar de la biomasa en el campo a materiales plásticos duraderos y volver a los alimentos».