Ejercicios: Sostenibilidad, reciclaje y análisis crítico

El reciclaje mecánico de un termoplástico puede incluir trituración, lavado y nueva conformación por fusión. a) Justifica por qué el PET puede reprocesarse por esta vía y una resina termoestable muy reticulada, como la baquelita, no puede volver a fundirse y moldearse del mismo modo. b) Explica dos procesos que limitan la repetición indefinida de ciclos en los termoplásticos, relacionándolos con la longitud de las cadenas y la presencia de contaminantes. Distingue el reprocesado por fusión de la trituración de un termoestable para usarlo como material de relleno.

Un envase concreto de poli(ácido láctico), PLA, se ha ensayado para compostaje industrial en condiciones controladas de humedad, oxígeno y actividad microbiana, a temperaturas de aproximadamente $55$–$60\,^{\circ}\mathrm{C}$. a) Explica por qué el resultado de ese ensayo no demuestra que cualquier objeto de PLA se degrade rápidamente en el mar, donde cambian temperatura, espesor, microorganismos y tiempo de exposición. b) Distingue la fragmentación en partículas pequeñas de la biodegradación y mineralización. Justifica por qué la certificación de un producto y unas condiciones concretas no se puede trasladar automáticamente a toda una familia de resinas.

En una propuesta de economía circular se adopta la prioridad «prevenir residuos, reutilizar y, después, reciclar». Un lote de PVC recuperado contiene mezclas de pigmentos, plastificantes y otros aditivos de procedencia variable. a) Explica cómo esa mezcla puede dificultar su uso en una aplicación que exige composición, resistencia y seguridad constantes. b) Compara el reciclaje que permite fabricar un producto de calidad equivalente con el uso del material en una aplicación de menores prestaciones. Argumenta por qué reducir materiales innecesarios y diseñar piezas fáciles de separar puede evitar problemas que el reciclaje posterior no resuelve.

Una planta procesa $1000\,\mathrm{kg}$ de residuo bruto de envases de PET. En la clasificación retira $150\,\mathrm{kg}$ de materiales impropios; en el lavado pierde $50\,\mathrm{kg}$ de etiquetas, adhesivos y lodos; y en la extrusión pierde $40\,\mathrm{kg}$ por purgas, humedad residual y otros materiales eliminados. El flujo se representa en el esquema:

1. a) Calcula la masa final de granza de PET reciclado y el rendimiento másico global respecto a la entrada. b) Explica por qué ese rendimiento no basta para evaluar la sostenibilidad: identifica dos datos adicionales sobre energía, agua, emisiones o calidad del polímero. Todas las pérdidas se refieren a masas absolutas de la misma carga; desprecia otras entradas y acumulaciones.

Un estudio compara bolsas para transportar una compra de $15\,\mathrm{kg}$. Esa unidad funcional requiere una bolsa de polietileno de alta densidad de $10\,\mathrm{g}$ o dos bolsas de papel de $40\,\mathrm{g}$ cada una. La fabricación emite $1{,}80\,\mathrm{kg}$ de CO₂ equivalente por kilogramo de polietileno y $1{,}10\,\mathrm{kg}$ por kilogramo de papel. El agua de proceso consumida es, respectivamente, $5{,}0$ y $50{,}0\,\mathrm{L}$ por kilogramo de material. a) Calcula las emisiones y el consumo de agua de fabricación por unidad funcional para ambas opciones. b) Delimita qué comparación permiten esos resultados y qué información falta para concluir cuál tiene menor impacto durante todo su ciclo de vida, incluyendo reutilización, transporte y fin de vida.

La glicólisis del PET es una vía de reciclaje químico que emplea etano-1,2-diol y produce tereftalato de bis(2-hidroxietilo), BHET. En el límite de cadenas largas, el balance formal por unidad es:

La masa molar de la unidad de PET es $192{,}2\,\mathrm{g}\cdot\mathrm{mol}^{-1}$ y la de BHET, $254{,}2\,\mathrm{g}\cdot\mathrm{mol}^{-1}$. a) Se tratan $961{,}0\,\mathrm{kg}$ de PET puro con diol en exceso y se aíslan $1143{,}9\,\mathrm{kg}$ de BHET purificado. Calcula el rendimiento respecto al máximo estequiométrico. b) Explica por qué la masa del producto puede superar la del PET alimentado sin violar la conservación de la materia. Compara una oportunidad de purificación y un costo energético de esta vía con el reciclaje mecánico.

Se comparan dos envases que distribuyen $1\,\mathrm{L}$ de agua por uso. Una botella de PET desechable genera $110\,\mathrm{g}$ de CO₂ equivalente por uso, incluida fabricación y fin de vida. Una botella de vidrio genera $480\,\mathrm{g}$ en su fabricación y $40\,\mathrm{g}$ en su reciclado final; cada uso añade $22\,\mathrm{g}$ por lavado y $18\,\mathrm{g}$ por transporte adicional. a) Formula las emisiones acumuladas de ambos sistemas tras $n$ usos y calcula el menor número entero de usos para que el vidrio emita estrictamente menos. Indica cuántas reutilizaciones posteriores al primer uso supone ese resultado. b) Una tasa de pérdida independiente del 12 % por ciclo da una vida media aproximada de 8,3 usos, sin fijar un máximo para cada botella. Explica por qué la media, la dispersión y las pérdidas reales deben considerarse antes de generalizar la ventaja ambiental.

Una bolsa de polietileno con aditivos prooxidantes se anuncia como «100 % ecológica, oxobiodegradable y residuo cero». Los ensayos muestran que, bajo radiación UV y oxígeno, se fragmenta con rapidez, pero no aportan medidas de conversión completa del carbono en CO₂ ni de efectos sobre organismos. a) Explica cómo la oxidación y la rotura de cadenas pueden producir fragmentos pequeños sin demostrar mineralización biológica. b) Evalúa qué afirmaciones publicitarias quedan sin justificar con esos datos y propón evidencias medibles para contrastarlas: condiciones y tiempo del ensayo, balance de carbono y cantidad de partículas residuales. Relaciona tus propuestas con el riesgo de formación y dispersión de microplásticos. Como dato normativo para este análisis, el artículo 5 de la Directiva (UE) 2019/904 establece la prohibición de introducir en el mercado productos fabricados con plástico oxodegradable. Relaciona esa medida con la diferencia entre fragmentación y biodegradación.

Tres estudiantes comparan bandejas de EPS con un biocompuesto de micelio y paja. El equipo de procesos informa de una carga húmeda de $200\,\mathrm{kg}$ por lote de 1000 bandejas; durante el secado se elimina un 40 % de esa masa. La pasteurización consume $180\,\mathrm{MJ}$, sin incluir el secado. El equipo ambiental estima un transporte de esa carga húmeda de $120\,\mathrm{km}$, con emisiones de $0{,}12\,\mathrm{kg}$ de CO₂ equivalente por tonelada y kilómetro; para EPS dispone solo de un factor de fabricación de $2{,}8\,\mathrm{kg}$ de CO₂ equivalente por kilogramo. El equipo de ecotoxicología aún no tiene datos de aditivos ni lixiviados. a) Calcula masa seca, energía de pasteurización por kilogramo seco y emisiones del transporte del lote. b) Redacta una conclusión conjunta que distinga resultados calculables de incertidumbres. Indica por qué faltan la masa de EPS equivalente, la energía de secado y otros datos para comparar las huellas completas.

Reto del tema. ¿Hasta qué punto depende tu día a día de los polímeros sintéticos? Conviértete en auditor ambiental en tu propia casa y diseña un plan de transición hacia materiales más sostenibles.

1. Auditoría doméstica: Selecciona 5 objetos cotidianos (envases, textiles o utensilios de cocina). Identifica el polímero que los compone (código de reciclaje o etiqueta: PET, PEAD, nailon, etc.) y estima su masa con una pesa de cocina.

2. Química macromolecular: Clasifícalos según su polimerización (adición o condensación). Representa las fórmulas semidesarrolladas de los monómeros y la unidad repetitiva de al menos dos de ellos: uno formado por adición y otro por condensación.

3. Estructura y propiedades: Justifica cómo influyen las fuerzas intermoleculares (ej. dispersión o puentes de hidrógeno) en su flexibilidad, termorresistencia y aptitud para el reciclaje mecánico.

4. Análisis crítico: Consulta en el sitio web del Ministerio del Medio Ambiente de Chile o de la Asociación de Industriales del Plástico (ASIPLA) la tasa de reciclaje de envases plásticos en España (aprox. $51,5\,\%$) y redacta un informe breve proponiendo alternativas viables (reutilización, biopolímeros) para sustituir el plástico de mayor impacto de tu muestra.

Se evaluará:

• Rigor en la formulación química de monómeros y asignación del mecanismo de polimerización.

• Argumentación coherente que vincule estructura molecular, propiedades macroscópicas y reciclabilidad.

• Calidad analítica del informe a partir de los datos domésticos recogidos y el contraste con fuentes oficiales.