Pesquisadores analisam como um processo químico poderia ajudar a reciclar um resíduo plástico comum
Crédito:Pesquisa Química Industrial e de Engenharia (2024). DOI:10.1021/acs.iecr.3c04001 Pesquisadores da Virginia Tech estão explorando processos que possam aumentar significativamente a reciclagem de um dos plásticos mais produzidos no mundo.
Ph.D. o candidato Adam McNeeley e seu orientador, Alumni Distinguished Professor Y. A. Liu, membro do Macromolecules Innovation Institute, relatam sua investigação de processos de reciclagem química que removem aditivos, impurezas e corantes do tereftalato de polietileno, comumente referido como PET.
Os processos podem permitir que uma percentagem maior de plástico seja reciclada do que com os atuais processos de reciclagem mecânica.
O trabalho está publicado na revista Industrial &Engineering Chemistry Research .
O PET é encontrado em muitos itens de uso diário, como têxteis, embalagens e garrafas. A reciclagem atual é feita principalmente por meio de processo mecânico, limitado a materiais reciclados limpos e aplicado principalmente a garrafas plásticas. As garrafas plásticas representam apenas cerca de 30% do seu uso final, e os outros 70% geralmente não são considerados para reciclagem comercial.
(A partir da esquerda) Adam McNeeley e Y.A. Liu analisa suas pesquisas publicadas que podem ser inovadoras no futuro da sustentabilidade da reciclagem. Crédito:Will Thomas, Virginia Tech
"A importância desta pesquisa é identificar e desenvolver as formas mais baratas e mais eficientes de reciclar PET", disse McNeeley, que está estudando engenharia química, "Há um claro desejo público de usar produtos feitos de materiais reciclados, mas se o reciclado material custa muito mais do que o material virgem, então as pessoas ficam menos propensas a comprar o material reciclado."
McNeeley e Liu investigaram vias de despolimerização usando etilenoglicol, metanol ou água para produzir monômeros que podem ser purificados de aditivos, impurezas e corantes em resíduos plásticos e depois convertidos novamente em polímero PET reciclado.
Antes de seu estudo, a maior parte dos trabalhos relacionados à despolimerização química do PET focava apenas no aspecto químico. Mas esta pesquisa fornece uma avaliação completa da termodinâmica, química, purificação, gestão de resíduos e design sustentável de processos de despolimerização de PET.
A equipe de pesquisa criou um modelo de simulação completo de quatro processos de despolimerização que quantificam os balanços de massa e energia juntamente com a demanda de energia e as emissões de dióxido de carbono, que é uma base quantitativa para profissionais industriais interessados em sua despolimerização desenvolverem ainda mais processos de despolimerização sustentáveis.
“Existem muitas maneiras diferentes de despolimerizar o PET e há três que estão sendo ativamente desenvolvidas para uso comercial, e demonstramos como esses diferentes métodos se comparam do ponto de vista do processamento químico”, disse McNeeley.
O seu trabalho também sugere áreas-chave nas quais os investigadores se devem concentrar, a fim de avançar significativamente na reciclagem de plástico e permitir que novas tecnologias de reciclagem sejam comercialmente viáveis.
“Um dos maiores desafios da reciclagem mecânica é que certos corantes e impurezas não podem ser removidos”, disse McNeely. “Muito esforço deve ser feito na triagem e limpeza dos resíduos de PET que podem ser reciclados mecanicamente.
"A conversão do polímero em um monômero abre uma série de caminhos de purificação e permite que resíduos de PET de qualquer qualidade, teoricamente, sejam reciclados. Também abre a possibilidade de reciclar outros materiais PET, como embalagens e têxteis, que na verdade constituem a maioria do PET uso final."
Existem muitas empresas desenvolvendo ativamente tecnologias de reciclagem química de PET, uma das quais é a Eastman Chemical Co. Eastman construiu a primeira unidade de despolimerização em grande escala nos Estados Unidos usando metanólise em Kingsport, Tennessee.
"É importante que as empresas químicas tradicionais, como a Eastman, trabalhem nesta tecnologia. Estas empresas têm acesso a grandes quantidades de capital para construir processos em grande escala e têm o conhecimento e a experiência para desenvolver e operar processos de forma eficiente e confiável, o que é importante para que as tecnologias emergentes de reciclagem sobrevivam, especialmente durante condições de mercado turbulentas", disse McNeeley.
“Este é um estudo oportuno, significativo e instigante”, disse Joseph Bays, gerente de tecnologia de licenciamento da empresa. "Sou um fã da inovação da integração de calor para economizar o consumo de energia e de alguns outros recursos inovadores do estudo de design sustentável."
Dado o contexto global da reciclagem de PET, McNeeley disse que tais esforços deveriam trazer consigo um nível de urgência.
“Atualmente, os plásticos são derivados de matérias-primas baseadas em combustíveis fósseis. As flutuações nos preços do plástico e os preços relativamente baixos dos combustíveis fósseis tendem a matar os esforços de reciclagem do plástico porque é difícil ganhar dinheiro”, disse ele.
«Existe uma quantidade finita de combustíveis fósseis e os preços acabarão por subir à medida que o recurso se torna mais escasso. É aqui que os esforços de reciclagem de plásticos se tornam rentáveis de forma fiável, ao mesmo tempo que evitam que os plásticos se tornem extremamente caros à medida que fazemos a transição para a utilização de matérias-primas derivadas de combustíveis não fósseis. "
