O plástico reforçado com fibra de vidro (GFRP), um material compósito forte e durável, é amplamente utilizado em tudo, desde peças de aeronaves até pás de moinhos de vento. No entanto, as próprias qualidades que o tornam suficientemente robusto para ser utilizado em tantas aplicações diferentes dificultam a sua eliminação – consequentemente, a maior parte dos resíduos de GFRP são enterrados num aterro quando atingem o fim da sua vida útil.



De acordo com um estudo publicado na Nature Sustainability , Pesquisadores e colaboradores da Rice University desenvolveram um novo método de reciclagem com eficiência energética para transformar plástico reforçado com fibra de vidro (GFRP) em carboneto de silício, amplamente utilizado em semicondutores, lixas e outros produtos.

"O GFRP é usado para fazer coisas muito grandes e, na maioria das vezes, acabamos enterrando as estruturas das asas dos aviões ou das pás dos moinhos de vento de uma turbina eólica em um aterro sanitário", disse James Tour, o T.T. e W.F. Chao Professor e professor de química e de ciência de materiais e nanoengenharia. “Descartar GFRP desta forma é simplesmente insustentável. E até agora, não houve uma boa maneira de reciclá-lo.”

Com o aumento da pressão das agências reguladoras para rever e melhorar as práticas de reciclagem de veículos em fim de vida, há uma grande necessidade de melhores métodos para gerir os resíduos de GFRP.

Embora alguns tenham tentado desenvolver abordagens usando incineração ou solvólise para se livrar do GFRP, Yi Cheng, pesquisador associado de pós-doutorado e bolsista júnior da Rice Academy que trabalha no laboratório Tour, disse que tais processos não são ideais porque consomem muitos recursos e resultar em contaminação ambiental.

“Este material contém plástico na superfície da fibra de vidro, e a incineração do plástico pode gerar muitos gases tóxicos”, disse Cheng. "Tentar dissolver GFRP também é problemático, pois pode gerar muitos resíduos ácidos ou básicos dos solventes. Queríamos encontrar uma maneira mais ecologicamente correta de lidar com esse material."

O laboratório de Tour já ganhou as manchetes por desenvolver novas aplicações de descarte e reciclagem de resíduos usando aquecimento flash Joule, uma técnica que passa uma corrente através de um material moderadamente resistivo para aquecê-lo rapidamente a temperaturas excepcionalmente altas e transformá-lo em outras substâncias.

Tour disse que quando soube dos problemas envolvidos no descarte de GFRP por meio de colegas da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa, ele pensou que esse tipo de turboaquecimento poderia transformar GFRP em carboneto de silício, amplamente utilizado em semicondutores e lixas.

"Já sabíamos que se aquecermos a mistura de cloreto metálico e carbono por aquecimento flash Joule, poderíamos obter carboneto metálico - e em uma demonstração, produzimos carboneto de silício", disse Tour. "Portanto, conseguimos aproveitar esse trabalho para criar um processo para transformar GFRP em carboneto de silício."

Este novo processo transforma GFRP em uma mistura de plástico e carbono e envolve a adição de mais carbono, quando necessário, para tornar a mistura condutiva. Os pesquisadores então aplicam alta voltagem usando dois eletrodos, elevando sua temperatura para 1.600–2.900 graus Celsius (2.912–5.252 Fahrenheit).

“Essa alta temperatura facilita a transformação do plástico e do carbono em carboneto de silício”, explicou Tour. "Podemos fabricar dois tipos diferentes de carboneto de silício, que podem ser usados ​​para diferentes aplicações. Na verdade, um desses tipos de carboneto de silício apresenta capacidade e desempenho superiores como material de ânodo de bateria."

Embora este estudo inicial tenha sido um teste de prova de conceito em escala de bancada em laboratório, Tour e colegas já estão trabalhando com empresas externas para ampliar o processo para uso mais amplo. Os custos operacionais para reciclar o GFRP são inferiores a US$ 0,05 por quilograma, muito mais baratos que a incineração ou a solvólise — e mais ecológicos.

Levará tempo – e alguma boa engenharia – para ampliar adequadamente esse novo método de flash upcycling, disse Tour. Ele disse que está entusiasmado por seu laboratório ter conseguido desenvolver uma maneira sustentável de transformar lixo de GFRP em tesouro de carboneto de silício.

“Este GFRP é um resíduo que geralmente acaba em aterros sanitários, e agora você pode transformá-lo em um produto utilizável que pode ajudar a humanidade”, disse ele. «Este é exatamente o tipo de abordagem que precisamos para apoiar uma economia circular. Precisamos de encontrar formas de retirar resíduos de uma ampla variedade de aplicações diferentes e transformá-los em novos produtos.»

Mais informações: Yi Cheng et al, Flash upcycling de resíduos de plásticos reforçados com fibra de vidro em carboneto de silício, Nature Sustainability (2024). DOI:10.1038/s41893-024-01287-w
Fornecido pela Rice University