Os cientistas desenvolveram um método direto para converter resíduos plásticos de uso único em moléculas prontas para uso para combustíveis de aviação, diesel e lubrificantes

UNIVERSIDADE DE DELAWARE

Milhões de toneladas de plástico acabam em aterros sanitários todos os anos. É um grande problema social e uma ameaça ambiental ainda maior.

Menos de nove por cento dos resíduos plásticos são reciclados. Em vez disso, mais de 75% dos resíduos de plástico vão para aterros sanitários e até 16% são queimados, um processo que libera gases tóxicos na atmosfera.

Pesquisadores do Centro de Inovação de Plásticos (CPI) da Universidade de Delaware (UD) desenvolveram um método direto para converter resíduos plásticos de uso único – sacolas plásticas, recipientes de iogurte, garrafas plásticas e tampas de garrafa, embalagens e muito mais – em produtos prontos para – use moléculas para combustíveis de aviação, diesel e lubrificantes.

O trabalho, relatado em um artigo na Science Advances na quarta-feira – 21 de abril, concentra-se no uso de um novo catalisador e processo único para quebrar rapidamente esses plásticos mais difíceis de reciclar, conhecidos como poliolefinas. As poliolefinas respondem por 60 a 70 por cento de todos os plásticos feitos hoje.

O processo desenvolvido pela UD requer aproximadamente 50 por cento menos energia do que outras tecnologias e não envolve a adição de dióxido de carbono à atmosfera, uma economia de emissões em relação a outras técnicas comumente usadas. Isso pode ser feito em apenas algumas horas em temperatura baixa, em torno de 250 graus Celsius. Isso é um pouco mais alto do que a temperatura do forno de 450 graus Fahrenheit que você pode usar para assar vegetais ou assar uma massa folhada em casa.

É importante ressaltar que o método da equipe UD pode tratar uma variedade de plásticos, mesmo quando eles são misturados, uma vantagem considerando a forma como os recicláveis ​​são gerenciados.

“A conversão química é a abordagem mais versátil e robusta para combater o desperdício de plástico”, disse Dion Vlachos, o investigador principal do projeto e professor da cadeira Unidel Dan Rich em Energia de Engenharia Química e Biomolecular na UD.

Os co-autores do artigo incluem Sibao Liu, um ex-pesquisador de pós-doutorado da UD, agora um professor associado de engenharia química e tecnologia na Universidade de Tianjin; e os pesquisadores do CPI, Pavel Kots, um pós-doutorado da UD; Brandon Vance, um estudante de graduação da UD; e Andrew Danielson, graduado sênior em engenharia química.

Criação de moléculas prontas para uso

A equipe de pesquisa da UD usou um processo químico chamado hidrocraqueamento para quebrar os sólidos plásticos em moléculas de carbono menores e, em seguida, adicionou moléculas de hidrogênio em cada extremidade para estabilizar o material para uso.

O craqueamento catalítico não é novo. As refinarias o usam para converter petróleo pesado em gasolina há anos.

O método da equipe de pesquisa, no entanto, faz mais do que apenas quebrar o plástico. Ele também converte o material em moléculas ramificadas que permitem que sejam mais diretamente traduzidas em um produto final.

“Isso as torna moléculas prontas para uso em lubrificantes de alto valor ou aplicações de combustível”, disse Vlachos, que também dirige o Delaware Energy Institute e o Catalysis Center for Energy Innovation da UD.

O catalisador em si é, na verdade, um material híbrido, uma combinação de zeólitas e óxidos de metal mistos.

Os zeólitos são conhecidos por terem propriedades que os tornam bons na criação de moléculas ramificadas. Os zeólitos são encontrados em produtos como sistemas de purificação de água ou amaciantes e detergentes domésticos, onde neutralizam minerais como cálcio e magnésio, tornando a água dura mais macia e melhorando o processo de lavagem.

Os óxidos de metal mistos, por sua vez, são conhecidos por sua capacidade de quebrar grandes moléculas na quantidade certa, sem exagerar. O antiácido em seu armário de remédios, por exemplo, é um óxido de metal usado para quebrar ou neutralizar o ácido que causa dor de estômago.

“Sozinhos, esses dois catalisadores funcionam mal. Juntos, a combinação faz mágica, derretendo os plásticos e não deixando nenhum plástico para trás”, disse Vlachos.

Isso dá ao método desenvolvido pela CPI uma vantagem sobre as técnicas atuais usadas hoje, embora Vlachos enfatize que mais trabalho é necessário para traduzir esses métodos científicos para a indústria. Outra vantagem: os materiais catalisadores da equipe são comumente usados ​​e, portanto, bastante baratos e abundantes.

“Esses não são materiais exóticos, então podemos começar a pensar rapidamente em como usar a tecnologia”, disse ele. Ele e Liu entraram com uma patente provisória do novo bi-catalisador e método único por meio do Escritório de Inovação Econômica e Parcerias da UD.

Soluções sustentáveis, economia circular

Reduzir o lixo plástico convertendo-o quimicamente em combustíveis pode desempenhar um papel importante na condução de uma economia circular, onde os materiais são reciclados em algo novo no final de sua vida útil, em vez de serem jogados fora. Os componentes reciclados podem ser usados ​​para fazer a mesma coisa novamente ou, no caso dos combustíveis, reciclados em produtos de maior valor – criando ganhos econômicos e ambientais.

“Esta abordagem catalítica inovadora é um avanço significativo em nossa busca por processos de despolimerização que envolvem vias menos intensivas de energia e geram alvos de degradação altamente específicos”, disse o diretor da CPI LaShanda Korley, distinto professor de ciência e engenharia de materiais e engenharia química e biomolecular. “o entendimento abre um novo caminho para a valorização dos resíduos plásticos. “

Para Andrew Danielson, engenheiro químico sênior da UD envolvido no projeto, os benefícios ambientais potenciais da conversão de plástico são empolgantes.

“Resíduos de plástico são um sério problema ambiental. Acredito que essa pesquisa pode ajudar a levar a melhores métodos de reaproveitamento de plásticos”, disse Danielson, cujas contribuições para o trabalho incluíram a verificação dos dados coletados durante o projeto por meio da reprodução dos experimentos.

Após a formatura em maio, Danielson colocará sua experiência em pesquisa para trabalhar na indústria química. Ele já conseguiu um emprego em controles de processos, uma parte do processo de fabricação que envolve controlar variáveis, como temperatura, pressão e condutividade, entre outras coisas.

As próximas etapas da pesquisa da CPI incluem explorar quais outros plásticos o método da equipe pode tratar e quais produtos ela pode fazer. Para começar, Vlachos disse que a equipe espera expandir as colaborações com colegas em todo o campus e no Centro de Inovação de Plásticos para explorar outros caminhos para a fabricação de produtos valiosos, eliminando o desperdício.

“À medida que esta economia circular avança, o mundo precisará fazer menos plásticos originais porque estaremos reutilizando materiais feitos hoje no futuro”, disse ele.

Outra meta é desenvolver métodos para melhorar o próprio processo de reciclagem.

“Queremos usar eletricidade verde para impulsionar o processamento químico envolvido na fabricação de coisas novas. No momento, estamos muito longe de ver isso, mas é para onde vamos nos próximos 10 a 20 anos”, disse Vlachos.

– Este comunicado à imprensa foi publicado originalmente no UDaily. Foi editado para o estilo