Comparación de catalizadores en pirólisis de polietileno de alta densidad (HDPE) para la obtención de combustible líquido

Abstract

La acumulación de residuos plásticos, especialmente el polietileno de alta densidad (HDPE), constituye una problemática ambiental significativa debido a su baja biodegradabilidad. Estos materiales, al no descomponerse fácilmente, contaminan ecosistemas y contribuyen al calentamiento global (Guachamín & Castro, 2023). La gestión inadecuada de estos desechos afecta tanto a la vida silvestre como a la salud humana (Díaz, 2020). Se estima que al año en Guatemala se producen alrededor de 380,000 toneladas de desechos plásticos (estimándose unas 70,000 toneladas de HDPE) (Rodríguez, 2023). Paralelamente, la dependencia mundial de combustibles fósiles plantea desafíos relacionados con su disponibilidad y el impacto ambiental de su extracción y uso. La búsqueda de fuentes alternativas de energía se ha intensificado, enfocándose en soluciones sostenibles que mitiguen estos problemas (Ramos & Pretell, 2021). En este contexto, la pirólisis emerge como una tecnología prometedora. Este proceso térmico descompone materiales en ausencia de oxígeno, transformando polímeros como el HDPE en hidrocarburos más simples. La pirólisis del HDPE puede producir combustibles líquidos con características similares a los convencionales, ofreciendo una doble ventaja: la reducción de residuos plásticos y la generación de energía (Ramos & Pretell, 2021). Diversos estudios han explorado las variables que influyen en la eficiencia de la pirólisis del HDPE. Factores como la temperatura de operación, el tamaño de partícula y el tipo de reactor son determinantes en el rendimiento y la calidad de los productos obtenidos (ya que dicho proceso se lleva a cabo empleando un reactor con alta demanda energética y un condensador). Por ejemplo, temperaturas alrededor de 550 °C y tamaños de partícula entre 4 y 6 mm han mostrado rendimientos líquidos del 88 % m/m (Ramos & Pretell, 2021). La selección de catalizadores para el proceso de pirólisis es importante, al permitir realizar el proceso a temperaturas más bajas, al disminuir la energía de activación. Lo cual representa un ahorro desde el punto de vista energético, ya que, por ser un proceso de rompimiento de cadenas de un polímero, requiere un aumento lento de temperatura cada cierto tiempo (en forma de gradas o rampas) (Guachamín & Castro, 2023).

The accumulation of plastic waste, particularly high-density polyethylene (HDPE), represents a significant environmental problem due to its low biodegradability. Since these materials do not readily decompose, they contaminate ecosystems and contribute to global warming (Guachamín & Castro, 2023). Inadequate management of these wastes affects both wildlife and human health (Díaz, 2020). It is estimated that approximately 380,000 tons of plastic waste are generated annually in Guatemala, of which around 70,000 tons correspond to HDPE (Rodríguez, 2023).

At the same time, the world's dependence on fossil fuels presents challenges related to their availability and the environmental impact associated with their extraction and use. The search for alternative energy sources has intensified, focusing on sustainable solutions that mitigate these issues (Ramos & Pretell, 2021). In this context, pyrolysis emerges as a promising technology. This thermal process decomposes materials in the absence of oxygen, transforming polymers such as HDPE into simpler hydrocarbons. The pyrolysis of HDPE can produce liquid fuels with characteristics similar to conventional fuels, offering a dual benefit: reducing plastic waste while generating energy (Ramos & Pretell, 2021).

Various studies have explored the factors that influence the efficiency of HDPE pyrolysis. Parameters such as operating temperature, particle size, and reactor type are critical determinants of both the yield and quality of the products obtained, since the process is carried out using a reactor with high energy demand and a condenser. For example, operating temperatures around 550 °C and particle sizes between 4 and 6 mm have achieved liquid yields of up to 88% w/w (Ramos & Pretell, 2021).

The selection of catalysts for the pyrolysis process is particularly important because it allows the process to be conducted at lower temperatures by reducing the activation energy required. This represents an energy-saving advantage, since the breakdown of polymer chains requires a gradual increase in temperature over time, typically applied in stages or ramps (Guachamín & Castro, 2023).