Pesquisadores analisam os desafios da reciclagem de caixas de pizza, uma fatia de cada vez
Recortar papelão não contaminado com FOGs como ponto de comparação. Crédito:Laboratório Nacional de Idaho Todos os dias, cerca de 43 milhões de americanos comem pelo menos uma fatia de pizza, segundo especialistas. O prato quente, com queijo e de inspiração italiana contribui com colossais 47 mil milhões de dólares para a economia dos EUA todos os anos, e cerca de um terço dessas tartes são entregues nos seus destinos em caixas de cartão canelado.
Mesmo sem os recipientes usados para sobras de restaurantes, são muitas caixas de pizza.
Infelizmente, como muitos outros tipos de recipientes para alimentos, as caixas de pizza não podem ser recicladas por causa de todos os contaminantes deixados para trás, como gordura e queijo.
Os contaminantes específicos do armazenamento de pizza são chamados de FOGs, que significa gorduras, óleos e graxas. FOGs como manteiga de amendoim em uma jarra ou gordura em uma caixa de pizza de papelão são quase impossíveis de remover totalmente.
Agora, pesquisadores amantes de pizza do Laboratório Nacional de Idaho (INL) estão trabalhando para resolver o problema da reciclagem de caixas de pizza. Um estudo recente mostra como descontaminar papelão usando recursos de separação de materiais. A pesquisa foi publicada no Journal of Cleaner Production .
O estudo poderia não apenas tornar um dos alimentos favoritos do país mais ecologicamente correto, mas também salvar a vida de soldados norte-americanos.
O esforço para separar gordura, queijo e outros contaminantes das caixas de pizza teve origem em um projeto de pesquisa associado ao Programa de Recursos da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA). O ReSource foi projetado para transformar resíduos de combatentes, incluindo plásticos comuns, em macronutrientes comestíveis e outros itens úteis. No campo de batalha, cada entrega às tropas coloca o pessoal em risco, uma vez que as operações de abastecimento podem ser tão vulneráveis quanto as linhas da frente aos ataques inimigos. Estas arriscadas operações de abastecimento poderiam ser reduzidas se as bases militares pudessem converter os seus resíduos em recursos utilizáveis, como combustível.
“A separação de materiais será importante para reduzir o desperdício nas indústrias de energia e defesa”, disse Aaron Wilson, principal investigador do experimento da caixa de pizza. "Para tornar possíveis separações específicas, precisamos primeiro provar o conceito geral de separações de materiais, que foi o que este estudo realizou."
Assim, Wilson e sua equipe decidiram provar um conceito de separação mais amplo para permitir o sucesso do projeto de resíduos de combatentes.
Pedaços de papelão descontaminados com sucesso, em comparação com o original. Crédito:Laboratório Nacional de Idaho
Tire o queijo do papelão:o experimento da caixa de pizza
Wilson e sua equipe criaram um sistema experimental usando éter dimetílico (DME), um produto químico ecologicamente correto usado em processos de refrigeração, e muita pizza. O sistema possui dois reatores verticais de aço inoxidável – um para remover líquidos de sólidos usando um solvente e outro para remover o solvente dos líquidos. Um tanque de retenção mantém o solvente separado até o início do experimento.
A equipe carrega os itens que deseja limpar (neste caso, pedaços quebrados das caixas de papelão contaminadas) no primeiro reator e depois adiciona o solvente. Em seguida, misturam o solvente com as caixas de papelão para desencadear uma reação química que retira os contaminantes do papelão.
Uma vez limpo o papelão, o solvente é drenado para o reator inferior. A equipe aplica vácuo para sugar o solvente DME do reator através de um tubo e bombeia-o para um tanque de retenção ou de volta para o primeiro cilindro para limpar mais material. Neste ponto, os contaminantes FOG, água e sais são concentrados como sólidos cristalizados no fundo do segundo reator. Os FOGs e a fração aquosa se separam desses sólidos e podem ser facilmente coletados.
“Com o processo do reator, conseguimos extrair os contaminantes em frações separadas”, disse Wilson. “Tínhamos uma fração dominada por óleos, uma dominada por água e outra dominada por sólidos mais secos”.
Um saco de contaminantes da pizza. Crédito:Laboratório Nacional de Idaho
Por que extração de DME?
Este processo de extração é uma melhoria significativa em relação aos métodos comuns de lavagem com água. Como Wilson descreveu, a lavagem com água assemelha-se muito à imersão dos resíduos que precisam de limpeza numa máquina de lavar louça e depois à secagem do material com um elevado custo energético. Este estilo de tratamento resulta num grande volume de águas residuais, geralmente equivalente ao volume do material limpo.
As águas residuais contêm uma mistura diversificada de contaminantes. Reciclar esse volume de águas residuais e recuperar os contaminantes para eliminação é um processo tão complexo que não existe uma boa opção.
Em contraste, o processo de extração de DME opera num circuito fechado que recicla a solução de DME para limpar novos resíduos. O processo pode ser dimensionado para qualquer tamanho.
Carregar o papelão contaminado nas câmaras de extração DME. Crédito:Laboratório Nacional de Idaho
Dos jantares de pizza ao campo de batalha:o que vem a seguir?
O sucesso do estudo de caso de limpeza de caixas de pizza poderá viabilizar projetos futuros que convertam resíduos em materiais reutilizáveis, incluindo o projeto de reaproveitamento de resíduos militares.
“Saber que isso funciona para caixas de pizza altamente contaminadas ajudou a validar o sistema para uso no campo de batalha”, disse Jeff Lacey, investigador principal do projeto DARPA. “O maior desafio agora será tornar o sistema mais leve”.
Como a maior parte da carga militar deve ser transportada para o exterior e em terrenos acidentados, um sistema leve é crucial. Lacey e sua equipe começaram a identificar componentes que poderiam ser eliminados ou substituídos para reduzir o peso do sistema do reator. Alguns dos componentes mais pesados foram a bomba do tanque de retenção do DME e os dois vasos do reator.
Os pesquisadores estão avaliando componentes mais leves, incluindo bombas de recuperação de solventes normalmente usadas em aparelhos de ar condicionado que pesam 25 libras em comparação com as bombas de 120 libras usadas nos experimentos iniciais. A equipe de Lacey também está explorando vasos de pressão de fibra de carbono projetados por uma empresa de Brigham City, Utah, para uso da NASA, que reduzem o peso do vaso do reator de 60 libras para 5 libras.
O processo de extração com solvente também pode ser útil para reciclar baterias. Poderia permitir um descarte mais eficiente de resíduos de baterias, separando os intermediários líquidos dos sólidos. Em última análise, o projeto contribui para a ideia sustentável de uma economia circular, porque todos os materiais utilizados para extrair um volume de resíduos podem ser reutilizados no próximo processo de extração de resíduos.
“O INL começou com este estudo de caso de caixa de pizza porque a maioria das pessoas se preocupa em reciclar adequadamente os resíduos alimentares”, disse Lacey. “Mas, em última análise, esta investigação tem muitas aplicações possíveis para a segurança nacional e um futuro com emissões líquidas zero.”
