Muitas pessoas estão familiarizadas com as imagens assustadoras da vida selvagem – incluindo tartarugas marinhas, golfinhos e focas – emaranhadas em redes de pesca abandonadas.

O principal problema por trás do Nylon-6, o plástico dentro dessas redes, carpetes e roupas, é que ele é muito forte e durável para quebrar sozinho. Assim, uma vez no ambiente, permanece durante milhares de anos, espalhando lixo nos cursos de água, quebrando corais e estrangulando aves e vida marinha.

Agora, os químicos da Northwestern University desenvolveram um novo catalisador que decompõe o Nylon-6 de forma rápida, limpa e completa em questão de minutos – sem gerar subprodutos prejudiciais. Melhor ainda:o processo não requer solventes tóxicos, materiais caros ou condições extremas, tornando-o prático para aplicações diárias.

Este novo catalisador não só poderia desempenhar um papel importante na remediação ambiental, como também poderia desempenhar o primeiro passo na reciclagem de resíduos de Nylon-6 em produtos de maior valor.

A pesquisa foi publicada na quinta-feira (30 de novembro) na revista Chem .

“O mundo inteiro está ciente do problema do plástico”, disse Tobin Marks, da Northwestern, autor sênior do estudo. "O plástico faz parte da nossa sociedade; usamos muito dele. Mas o problema é:o que faremos quando terminarmos com ele? Idealmente, não o queimaríamos nem o colocaríamos em aterros. Reciclaríamos estamos desenvolvendo catalisadores que desconstruem esses polímeros, devolvendo-os à sua forma original, para que possam ser reutilizados."

Marks é professor de química Charles E. e Emma H. ​​Morrison e professor de química catalítica Vladimir N. Ipatieff na Faculdade de Artes e Ciências Weinberg da Northwestern e professor de ciência e engenharia de materiais na Escola de Engenharia McCormick da Northwestern.

Ele também é professor afiliado do Instituto Paula M. Trienens de Sustentabilidade e Energia. Os co-autores da Northwestern incluem Linda J. Broadbelt, professora Sarah Rebecca Roland de Engenharia Química e Biológica e reitora associada sênior da McCormick, e Yosi Kratish, professor assistente de pesquisa no grupo de Marks.

Uma dificuldade mortal

De roupas a carpetes e cintos de segurança, o Nylon-6 é encontrado em uma variedade de materiais que a maioria das pessoas usa todos os dias. Mas, quando as pessoas acabam com esses materiais, eles acabam em aterros sanitários ou pior:soltos no meio ambiente, inclusive no oceano. De acordo com a Federação Mundial da Vida Selvagem, até 1 milhão de libras de artes de pesca são abandonadas no oceano todos os anos, com redes de pesca compostas de Nylon-6 representando pelo menos 46% da Grande Mancha de Lixo do Pacífico.

“As redes de pesca perdem qualidade após alguns anos de uso”, disse Liwei Ye, principal autor do artigo e pós-doutorado no laboratório de Marks. “Eles ficam tão alagados que é difícil retirá-los do oceano. E são tão baratos para substituir que as pessoas simplesmente os deixam na água e compram novos.”

“Há muito lixo no oceano”, acrescentou Marks. "O papelão e os resíduos de alimentos são biodegradáveis. Os metais afundam. Depois ficamos com os plásticos."

O solvente mais verde não é solvente

Os métodos atuais de descarte do Nylon-6 limitam-se a simplesmente enterrá-lo em aterros sanitários. Quando o Nylon-6 é queimado, emite poluentes tóxicos, como óxidos de azoto, que estão ligados a várias complicações de saúde, incluindo morte prematura, ou dióxido de carbono, um gás com efeito de estufa extremamente potente.

Embora outros laboratórios tenham explorado catalisadores para degradar o Nylon-6, esses catalisadores requerem condições extremas (como temperaturas tão altas quanto 350° Celsius), vapor de alta pressão (que é energeticamente caro e ineficiente) e/ou solventes tóxicos que apenas contribuem para mais poluição.

“Você pode dissolver plásticos em ácido, mas depois fica com água suja”, disse Marks. "O que você faz com isso? O objetivo é sempre usar um solvente verde. E que tipo de solvente é mais verde do que nenhum solvente?"

Recuperando blocos de construção para reciclagem

Para contornar essas questões, os pesquisadores recorreram a um novo catalisador já desenvolvido no laboratório de Marks. O catalisador aproveita o ítrio (um metal barato e abundante na Terra) e os íons lantanídeos. Quando a equipe aqueceu amostras de Nylon-6 até temperaturas de fusão e aplicou o catalisador sem solvente, o plástico se desfez – revertendo aos seus blocos de construção originais sem deixar subprodutos para trás.

“Você pode pensar em um polímero como um colar ou um colar de pérolas”, explicou Marks. "Nesta analogia, cada pérola é um monômero. Esses monômeros são os blocos de construção. Desenvolvemos uma maneira de quebrar o colar, mas recuperar essas pérolas."

Em experimentos, Marks e sua equipe conseguiram recuperar 99% dos monômeros originais dos plásticos. Em princípio, esses monómeros poderiam então ser reciclados em produtos de maior valor, que são atualmente muito procurados pela sua resistência e durabilidade.

“Na verdade, o náilon reciclado vale mais dinheiro do que o náilon comum”, disse Marks. “Muitas marcas de moda sofisticadas usam náilon reciclado em roupas.”

Visando com eficiência o Nylon-6

Além de recuperar um alto rendimento de monômeros, o catalisador é altamente seletivo – agindo apenas nos polímeros de Nylon-6 sem perturbar os materiais circundantes. Isto significa que a indústria poderia aplicar o catalisador a grandes volumes de resíduos indiferenciados e visar seletivamente o Nylon-6.

“Se você não tem um catalisador seletivo, como separar o náilon do resto dos resíduos?” Marcos disse. "Seria necessário contratar humanos para separar todos os resíduos e remover o náilon. Isso é extremamente caro e ineficiente. Mas se o catalisador apenas degradar o náilon e deixar todo o resto para trás, isso será incrivelmente eficiente."

A reciclagem desses monômeros também evita a necessidade de produzir mais plásticos a partir do zero.

“Esses monômeros são produzidos a partir de petróleo bruto, por isso têm uma enorme pegada de carbono”, disse Ye. “Isso simplesmente não é sustentável.”

O que vem a seguir?

Após registrar a patente do novo processo, Marks e sua equipe já despertaram o interesse de potenciais parceiros industriais. Eles esperam que outros possam usar os seus catalisadores em larga escala para ajudar a resolver o problema global do plástico.

“Nossa pesquisa representa um avanço significativo no campo da reciclagem de polímeros e gestão sustentável de materiais”, disse Ye. "A abordagem inovadora aborda uma lacuna crítica nas atuais tecnologias de reciclagem, oferecendo uma solução prática e eficiente para o problema dos resíduos de náilon. Acreditamos que isso tem implicações na redução da pegada ambiental dos plásticos e na contribuição para uma economia circular."

Mais informações: Projeto de metal-ligante catalisador para despolimerização rápida, seletiva e sem solvente de plásticos de nylon-6, Química (2023). DOI:10.1016/j.chempr.2023.10.022. www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(23)00548-X
Informações do diário: Química

Fornecido pela Northwestern University