Keywords: plástico, reciclagem
Um novo processo químico pode quebrar uma variedade de plásticos em propano utilizável – uma possível solução para nossa incapacidade de reciclar efetivamente muitos tipos de plástico.
Apesar dos grandes esforços para reciclar produtos plásticos, fazer uso dessa mistura heterogênea de materiais continua sendo um problema desafiador.
Um problema-chave é que os plásticos vêm em tantas variedades diferentes, e os processos químicos para decompô-los em uma forma que pode ser reutilizada de alguma forma tendem a ser muito específicos para cada tipo de plástico . Classificar a miscelânea de resíduos, de garrafas de refrigerante a jarras de detergente e brinquedos de plástico, é impraticável em grande escala. Hoje, grande parte do material plástico coletado por meio de programas de reciclagem acaba em aterros sanitários de qualquer maneira. Certamente há uma maneira melhor.
De acordo com uma nova pesquisa do MIT e de outros lugares, parece que pode haver uma maneira muito melhor. Descobriu-se que um processo químico usando um catalisador à base de cobalto é muito eficaz na quebra de uma variedade de plásticos, como polietileno (PE) e polipropileno (PP), as duas formas de plástico mais amplamente produzidas, em um único produto. propano. O propano pode então ser usado como combustível para fogões, aquecedores e veículos, ou como matéria-prima para a produção de uma ampla variedade de produtos – incluindo novos plásticos, potencialmente fornecendo pelo menos um sistema de reciclagem parcial em circuito fechado.
A descoberta é descrita hoje no JACS Au , em um artigo do professor de engenharia química do MIT Yuriy Román-Leshkov, pós-doutorando Guido Zichitella e sete outros do MIT, do SLAC National Accelerator Laboratory e do National Renewable Energy Laboratory.
A reciclagem de plásticos tem sido um problema espinhoso, explica Román-Leshkov, porque as moléculas de cadeia longa nos plásticos são mantidas juntas por ligações de carbono , que são “muito estáveis e difíceis de separar”. As técnicas existentes para quebrar essas ligações tendem a produzir uma mistura aleatória de moléculas diferentes, o que exigiria métodos complexos de refino para separar em compostos específicos utilizáveis. “O problema é que”, diz ele, “não há como controlar onde na cadeia de carbono você quebra a molécula”.
Mas para a surpresa dos pesquisadores, um catalisador feito de um material microporoso chamado zeólito que contém nanopartículas de cobalto pode quebrar seletivamente várias moléculas de polímeros plásticos e transformar mais de 80% delas em propano.
Embora as zeólitas sejam crivadas de minúsculos poros com menos de um nanômetro de largura (correspondendo à largura das cadeias de polímeros), uma suposição lógica era de que haveria pouca interação entre a zeólita e os polímeros.
Surpreendentemente, no entanto, aconteceu o oposto: não apenas as cadeias de polímero entram nos poros, mas o trabalho sinérgico entre o cobalto e os sítios ácidos na zeólita pode quebrar a cadeia no mesmo ponto. Esse local de clivagem acabou por corresponder a cortar exatamente uma molécula de propano sem gerar metano indesejado, deixando o restante dos hidrocarbonetos mais longos prontos para passar pelo processo, repetidas vezes.
“Uma vez que você tem este composto, propano, você diminui a carga nas separações a jusante”, diz Román-Leshkov. “Essa é a essência da razão pela qual achamos que isso é muito importante. Não estamos apenas quebrando os laços, mas estamos gerando principalmente um único produto” que pode ser usado para muitos produtos e processos diferentes.
Os materiais necessários para o processo, zeólitos e cobalto, “são ambos bastante baratos” e amplamente disponíveis, diz ele, embora hoje a maior parte do cobalto venha de áreas problemáticas da República Democrática do Congo. Algumas novas produções estão sendo desenvolvidas no Canadá, Cuba e outros lugares. O outro material necessário para o processo é o hidrogênio, que hoje é produzido principalmente a partir de combustíveis fósseis, mas pode ser facilmente feito de outras maneiras, incluindo eletrólise da água usando eletricidade sem carbono, como energia solar ou eólica.
Os pesquisadores testaram seu sistema em um exemplo real de plástico reciclado misto, produzindo resultados promissores. Mas serão necessários mais testes em uma variedade maior de fluxos de resíduos mistos para determinar quanta incrustação ocorre de vários contaminantes no material – como tintas, colas e etiquetas anexadas aos recipientes de plástico ou outros materiais não plásticos que são misturados em com os resíduos – e como isso afeta a estabilidade a longo prazo do processo.
Juntamente com colaboradores do NREL, a equipe do MIT também continua estudando a economia do sistema e analisando como ele pode se encaixar nos sistemas atuais para lidar com fluxos de resíduos plásticos e mistos. “Ainda não temos todas as respostas”, diz Román-Leshkov, mas a análise preliminar parece promissora.
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Fonte: Guido Zichittella et al, Hidrogenólise de Polietileno e Polipropileno em Propano sobre Catalisadores à Base de Cobalto, JACS Au (2022). DOI: 10.1021/jacsau.2c00402
