Transformar resíduos plásticos em produtos úteis por meio da reciclagem química é uma estratégia para abordar o crescente problema de poluição plástica da Terra. Um novo estudo pode melhorar a capacidade de um método, chamado pirólise, de processar plásticos mistos difíceis de reciclar – como embalagens multicamadas de alimentos – e gerar combustível como subproduto, disseram os cientistas.
A pirólise envolve o aquecimento do plástico em um ambiente livre de oxigênio, fazendo com que os materiais se quebrem e criando novos combustíveis líquidos ou gasosos no processo. As aplicações comerciais atuais, no entanto, operam abaixo da escala necessária ou só podem lidar com certos tipos de plásticos, disseram os cientistas.

"Temos uma compreensão muito limitada de pirólise de plástico misto", disse Hilal Ezgi Toraman, professor assistente de engenharia de energia e engenharia química da Penn State. “Compreender os efeitos da interação entre diferentes polímeros durante a reciclagem avançada é muito importante enquanto tentamos desenvolver tecnologias que possam reciclar resíduos plásticos reais”.

Os cientistas realizaram copirólise de dois dos tipos mais comuns de plástico, polietileno de baixa densidade (LDPE) e polietileno tereftalato (PET), juntamente com diferentes catalisadores para estudar os efeitos da interação entre os plásticos. Eles descobriram que um catalisador pode ser um bom candidato para converter resíduos mistos de LDPE e PET em valiosos combustíveis líquidos. Catalisadores são materiais adicionados à pirólise que podem auxiliar o processo, como induzir o plástico a se decompor seletivamente e em temperaturas mais baixas.

"Esse tipo de trabalho pode nos permitir fornecer diretrizes ou sugestões para a indústria", disse Toraman, que é o Virginia S. and Philip L. Walker Jr. Faculty Fellow no John and Willie Leone Family Department of Energy and Mineral Engineering da Penn Estado. "É importante descobrir que tipo de sinergia existe entre esses materiais durante a reciclagem avançada e para quais tipos de aplicações eles podem ser adequados antes de aumentar a escala".

Os plásticos, LDPE e PET, são comumente encontrados em embalagens de alimentos, que geralmente consistem em camadas de diferentes materiais plásticos projetados para manter os produtos frescos e seguros, mas também são difíceis de reciclar com processos tradicionais porque as camadas precisam ser separadas, que é um processo caro.

“Se você quiser reciclá-los, precisará basicamente separar essas camadas e talvez fazer algo com os fluxos únicos”, disse Toraman. "Mas a pirólise pode lidar com isso, então é uma opção muito importante. Não é fácil encontrar uma técnica que possa aceitar essa complexidade confusa desses diferentes materiais plásticos."

O primeiro passo para o desenvolvimento de novos processos de pirólise comercial depende de uma melhor compreensão mecanicista de como as misturas dinâmicas de resíduos plásticos se decompõem e interagem, disseram os cientistas.

Os cientistas realizaram pirólise em LDPE e PET separadamente e em conjunto e observaram efeitos de interação entre os dois polímeros durante os testes com cada um dos três catalisadores que usaram. Os cientistas relataram as descobertas na revista Reaction Chemistry &Engineering .

"Vimos produtos que podem ser candidatos muito bons para aplicação de gasolina", disse Toraman.

A equipe também desenvolveu um modelo cinético capaz de modelar com precisão os efeitos de interação observados durante a co-pirólise de LDPE e PET com cada um dos catalisadores. Os modelos cinéticos tentam prever o comportamento de um sistema e são importantes para entender melhor por que as reações estão ocorrendo.

O grupo de pesquisa de Toraman se concentra em fazer experimentos sob condições bem definidas e bem controladas para entender os efeitos da interação durante a reciclagem avançada de plásticos misturados e os mecanismos de reação correspondentes.

"Estudos sistemáticos e fundamentais sobre a compreensão das vias de reação e desenvolvimento de modelos cinéticos são os primeiros passos para a otimização do processo", disse Toraman. “Se não tivermos nossos modelos cinéticos corretos, nossos mecanismos de reação com precisão, se aumentarmos a escala para plantas piloto ou operações em grande escala, os resultados não serão precisos”.

Toraman disse que espera que a pesquisa leve a uma melhor responsabilidade ambiental na recuperação, processamento e utilização dos recursos da Terra.

Uma análise global de todos os plásticos produzidos em massa descobriu que um total de 8,3 bilhões de toneladas métricas de novos plásticos é estimado em todo o mundo até o momento. A partir de 2015, 79% dos resíduos plásticos, que contêm vários produtos químicos perigosos, foram deixados para acumular em aterros ou ambientes naturais com aproximadamente 12% incinerados e apenas 9% reciclados.

"O que quer que façamos é melhor do que não fazer nada", disse Toraman. “Precisamos incluir esses plásticos na economia novamente, para ter uma economia circular, caso contrário eles acabarão em aterros sanitários, lixiviando substâncias potencialmente tóxicas no solo e na água ou contaminando os oceanos. Então, fazer algo, encontrar um valor, é melhor Atualmente, os plásticos são considerados resíduos porque tratamos esses valiosos recursos como resíduos."

Outros pesquisadores da Penn State neste projeto foram Sean Timothy Okonsky, estudante de doutorado no Departamento de Engenharia Química, e J.V. Jayarama Krishna, pesquisador de pós-doutorado no Departamento de Energia e Engenharia Mineral da Família John e Willie Leone. + Explorar mais

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