Cada día abrimos una botella de agua, compramos algo envuelto en plástico y lo tiramos al contenedor con la vaga esperanza de que se recicle. La realidad es menos amable. Desde los años cincuenta se han producido más de ocho mil millones de toneladas de plástico y casi un ochenta por ciento ha acabado en vertederos o en el medio ambiente. Una parte nada desdeñable termina en el mar, donde cada año llegan entre casi cinco y trece millones de toneladas de residuos plásticos procedentes de tierra firme.
Al mismo tiempo, el exceso de nitratos en aguas subterráneas y ríos se ha convertido en un problema global que alimenta la eutrofización, las algas y pone en riesgo la salud en zonas agrícolas de medio mundo. La pregunta lógica es clara. ¿Podemos hacer algo útil con toda esa mezcla de plástico y nitratos en vez de tratarla solo como basura peligrosa
Un equipo de la Universidad de Tianjin cree que sí. En un estudio recién publicado en Nature Communications presentan un sistema de fotosíntesis artificial que utiliza luz, residuos de plástico PET y nitrato disuelto para fabricar glicina, un aminoácido muy demandado en la industria alimentaria, farmacéutica y de piensos.
Qué han conseguido exactamente
Los autores han diseñado un catalizador muy particular, con sitios activos formados por dos átomos vecinos, paladio y boro. Este sitio diatómico Pd B controla con precisión cómo se rompen y se vuelven a unir las moléculas durante la reacción. En sus ensayos el sistema alcanza una velocidad de producción de glicina de dos coma nueve milimoles por gramo de catalizador y hora, con una selectividad superior al noventa y dos por ciento, es decir, casi todo lo que sale útil es glicina y no una sopa de subproductos difíciles de separar.
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No es un detalle menor. La glicina es el aminoácido más sencillo de nuestro organismo y, al mismo tiempo, una materia prima clave para suplementos nutricionales, medicamentos, cosmética y alimentación animal. Se considera un aminoácido funcional y en parte esencial, ya que el cuerpo no siempre produce suficiente para cubrir todas sus funciones metabólicas. La producción mundial de glicina supera ya las setecientas cuarenta mil toneladas al año y sigue creciendo a medida que aumentan las aplicaciones en alimento, farmacia y piensos.
Cómo se transforma una botella en un aminoácido
El proceso arranca con residuos de poli tereftalato de etileno, el PET de las botellas y de mucha ropa técnica. Primero se despolimeriza este plástico para obtener etilenglicol, un alcohol sencillo. Bajo iluminación, el catalizador Pd B hace dos cosas a la vez.
En los sitios ricos en huecos asociados al boro, el etilenglicol se oxida paso a paso hasta glicolaldehído, un pequeño aldehído que actúa como esqueleto de carbono para la futura glicina. En los sitios ricos en electrones del paladio, el nitrato se reduce a amonio y amoniaco, que aportan el nitrógeno.
Después, ese glicolaldehído reacciona con el amonio para formar primero etanolamina y, tras una oxidación adicional impulsada por la luz, la molécula de glicina. La clave, según el propio equipo, es que el sitio Pd B estabiliza el intermediario de glicolaldehído y evita que se oxide de más a ácidos orgánicos como el acético o el fórmico. Eso es lo que permite mantener la reacción encaminada hacia el aminoácido con una selectividad tan alta.
En la práctica, lo que hacen es dirigir el tráfico químico en un cruce muy congestionado. El catalizador no solo acelera, también coloca señales para que las moléculas tomen la salida correcta.
Del laboratorio al residuo real
Una cosa es demostrar el concepto con reactivos puros y otra trabajar con residuos tal y como llegan al contenedor amarillo. Por eso el equipo probó su sistema con diferentes formas reales de PET, incluidos polvo, botellas usadas, ropa, bolsas, cajas y hasta toallas de este material. En todos los casos lograron convertir gramos de plástico en glicina con rendimientos que, según detallan, se mantenían en decenas de milimoles de producto por gramo de catalizador.
Los autores se aventuran incluso a hacer un ejercicio de escala. Sus cálculos indican que, si un sistema de este tipo procesara cincuenta mil toneladas de residuos plásticos al año, se podrían evitar en torno a ciento cuatro kilotoneladas de emisiones de CO2 asociadas a la incineración de ese material y, al mismo tiempo, impedir la liberación de unas ciento cuarenta y siete kilotoneladas de nitrato al agua subterránea o al mar. Son estimaciones teóricas, pero dan una idea del potencial climático y ambiental si la tecnología madura.
Qué significa esto para el medio ambiente
Este trabajo se suma a una línea emergente en la que los residuos dejan de ser un problema aislado para convertirse en materia prima de nuevos productos químicos, usando la energía solar como motor. Otros grupos ya habían demostrado la fotosíntesis de glicina a partir de biomasa o metanol y nitrato, pero este estudio da un paso más al utilizar residuos plásticos de PET, uno de los polímeros que más se acumula en vertederos y océanos.
Conviene matizar algo importante. El propio artículo reconoce que estamos ante una prueba de concepto en condiciones de laboratorio, no ante una planta industrial lista para sustituir al reciclaje convencional. Quedan por resolver cuestiones como la estabilidad a largo plazo del catalizador, el coste de los materiales, la integración con otras tecnologías de tratamiento y, sobre todo, la disponibilidad de luz solar suficiente en condiciones reales.
Aun así, el mensaje de fondo es claro. La combinación de fotocatálisis y diseño fino de catalizadores abre una vía para tratar a la vez dos residuos problemáticos, plásticos y nitratos, y transformarlos en moléculas de alto valor que ya demanda el mercado. No elimina la necesidad de reducir envases de usar y tirar ni de mejorar la gestión de fertilizantes, pero apunta a un futuro en el que parte de nuestra basura pueda volver al sistema productivo sin pasar por el vertedero.
El estudio completo ha sido publicado en la revista Nature Communications.
