Cientistas da Universidade de Illinois Urbana-Champaign, Universidade da Califórnia, Santa Bárbara e Dow desenvolveram um processo inovador para transformar o plástico mais amplamente produzido – polietileno (PE) – no segundo plástico mais produzido, polipropileno (PP) , o que poderia reduzir as emissões de gases de efeito estufa (GEE).
“O mundo precisa de mais e melhores opções para extrair a energia e o valor molecular de seus plásticos residuais”, disse a coautora Susannah Scott, Distinguished Professor e Mellichamp Chair of Sustainable Catalytic Processing na UC Santa Barbara. Os métodos convencionais de reciclagem de plástico resultam em moléculas de plástico de baixo valor e, portanto, oferecem pouco incentivo para reciclar as montanhas de resíduos plásticos que se acumularam nas últimas décadas.

Mas, acrescentou Scott, “transformar polietileno em propileno, que pode ser usado para fazer um novo polímero, é como começamos a construir uma economia circular para plásticos”.

"Começamos conceituando essa abordagem e demonstramos sua promessa primeiro por meio de modelagem teórica - agora provamos que isso pode ser feito experimentalmente de uma maneira escalável e potencialmente aplicável às demandas atuais da indústria", disse o co-autor Damien Guironnet, um professor de engenharia química e biomolecular em Illinois, que publicou o primeiro estudo descrevendo as reações catalíticas necessárias em 2020.

O novo estudo publicado no Journal of the American Chemical Society anuncia uma série de reações catalíticas acopladas que transformam o PE, que é o plástico nº 2 e nº 4 que representa 29% do consumo mundial de plástico, no bloco de construção propileno que é o ingrediente chave para produzir PP, também conhecido como plástico nº 5 que responde por cerca de 25% do consumo mundial de plástico.

Este estudo estabelece uma prova de conceito para reciclagem de plástico PE com mais de 95% de seletividade em propileno. Os pesquisadores construíram um reator que cria um fluxo contínuo de propileno que pode ser facilmente convertido em PP usando a tecnologia atual – tornando essa descoberta escalável e rapidamente implementável.

"Nossa análise preliminar sugere que, se apenas 20% do PE do mundo pudesse ser recuperado e convertido por essa rota, isso poderia representar uma economia potencial de emissões de GEE comparável a tirar 3 milhões de carros das estradas", disse Garrett Strong, estudante de pós-graduação. associados ao projeto.

O objetivo é cortar cada molécula de PE muito longa várias vezes para obter muitos pedaços pequenos, que são as moléculas de propileno. Primeiro, um catalisador remove o hidrogênio do PE, criando um local reativo na cadeia. Em seguida, a cadeia é dividida em duas neste local usando um segundo catalisador, que cobre as extremidades usando etileno. Finalmente, um terceiro catalisador move o sítio reativo ao longo da cadeia PE para que o processo possa ser repetido. Eventualmente, tudo o que resta é um grande número de moléculas de propileno.

“Pense em cortar uma baguete ao meio e, em seguida, cortar pedaços de tamanho preciso no final de cada metade – onde a velocidade com que você corta controla o tamanho de cada fatia”, disse Guironnet.

"Agora que estabelecemos a prova de conceito, podemos começar a melhorar a eficiência do processo projetando catalisadores mais rápidos e produtivos, possibilitando o aumento de escala", disse Scott. "Como nosso produto final já é compatível com os atuais processos de separação da indústria, melhores catalisadores possibilitarão a implementação desse avanço rapidamente".

O trabalho apresentado nesta publicação é altamente complementar a um artigo publicado na Science Semana Anterior. Ambos os grupos usaram plásticos virgens e produtos químicos semelhantes. No entanto, a equipe da Science usou um processo diferente em um reator em lote fechado, exigindo uma pressão muito mais alta – que consome muita energia – e a necessidade de reciclar mais etileno.

“Se quisermos reciclar uma fração significativa dos mais de 100 milhões de toneladas de resíduos plásticos que geramos a cada ano, precisamos de soluções altamente escaláveis”, disse Guironnet. "Nossa equipe demonstrou a química em um reator de fluxo que desenvolvemos para produzir propileno de forma altamente seletiva e contínua. Este é um avanço fundamental para lidar com o imenso volume do problema que estamos enfrentando".

Os pesquisadores da Dow também estiveram envolvidos neste trabalho. “A Dow está assumindo um papel de liderança na condução de uma economia mais circular, projetando para a circularidade, construindo novos modelos de negócios para materiais circulares e fazendo parcerias para acabar com o lixo plástico”, disse o cientista sênior e coautor da Dow Ivan Konstantinov. “Como financiador deste projeto, estamos comprometidos em encontrar novas maneiras de eliminar os resíduos plásticos e somos incentivados por essa abordagem”. + Explorar mais

Processo converte sacos de polietileno, plásticos em blocos de construção de polímeros