Cientistas ao redor do mundo agora podem ir a todo vapor em suas pesquisas sobre reciclagem química de plásticos. Pesquisadores da ETH Zurich estabeleceram bases importantes para isso ao mostrar que é tudo sobre agitação.
Centenas de milhões de toneladas de resíduos plásticos são gerados no mundo todo a cada ano. Cientistas estão trabalhando incansavelmente em novos métodos para reciclar uma grande proporção desses resíduos em produtos de alta qualidade e, assim, permitir uma economia circular genuína. No entanto, as práticas atuais de reciclagem ficam aquém dessa meta. A maioria dos resíduos plásticos é reciclada mecanicamente: triturada e então derretida. Embora esse processo resulte em novos produtos plásticos, sua qualidade se deteriora a cada etapa da reciclagem.
Uma alternativa a isso é a reciclagem química, que evita a perda de qualidade. Esse método envolve quebrar moléculas de plástico de cadeia longa (polímeros) em seus blocos de construção fundamentais (monômeros), que podem ser remontados em novos plásticos de alta qualidade, criando um ciclo verdadeiramente sustentável.
Combustíveis a partir de resíduos plásticos
À medida que a abordagem da reciclagem química se desenvolve, o foco inicial é quebrar essas longas cadeias de polímeros em moléculas de cadeia mais curta que podem ser usadas como combustíveis líquidos, digamos, ou lubrificantes. Isso dá aos resíduos plásticos uma segunda vida como gasolina, combustível de aviação ou óleo de motor. Cientistas da ETH Zurich agora estabeleceram bases importantes para o desenvolvimento desse processo. Isso permite que a comunidade científica global se envolva em um trabalho de desenvolvimento de reciclagem mais direcionado e eficaz.
Pesquisadores do grupo liderado por Javier Pérez-Ramírez, Professor de Engenharia de Catálise, investigaram como quebrar polietileno e polipropileno com hidrogênio. Aqui, também, o primeiro passo é derreter o plástico em um tanque de aço. O hidrogênio gasoso é então introduzido no plástico fundido. Um passo crucial envolve adicionar um catalisador em pó contendo metais como rutênio. Ao selecionar cuidadosamente um catalisador adequado, os pesquisadores podem aumentar a eficiência da reação química, promovendo a formação de moléculas com comprimentos de cadeia específicos, ao mesmo tempo em que minimizam subprodutos como metano ou propano.
A velocidade de rotação e a geometria são fundamentais
“O plástico derretido é mil vezes mais espesso que o mel. A chave é como você o agita no tanque para garantir que o pó catalisador e o hidrogênio se misturem completamente”, explica Antonio José Martín, um cientista do grupo de Pérez-Ramírez. Por meio de experimentos e simulações de computador, a equipe de pesquisa demonstrou que o plástico é melhor agitado usando um impulsor com lâminas paralelas ao eixo. Comparado a uma hélice com lâminas anguladas ou um agitador em forma de turbina, isso resulta em uma mistura mais uniforme e menos vórtices de fluxo. A velocidade de agitação é igualmente crucial. Não deve ser nem muito lenta nem muito rápida; a velocidade ideal é próxima a 1.000 revoluções por minuto.
Os pesquisadores desenvolveram com sucesso uma fórmula matemática para descrever todo o processo de reciclagem química com todos os seus parâmetros. “É o sonho de todo engenheiro químico ter uma fórmula como essa em mãos para seu processo”, diz Pérez-Ramírez. Todos os cientistas no campo da pesquisa agora podem calcular precisamente o efeito da geometria e velocidade do agitador.
Com esta fórmula, experimentos futuros podem se concentrar em comparar diretamente diferentes catalisadores com a influência da mistura sob controle. Além disso, os princípios desenvolvidos aqui são centrais para escalar a tecnologia do laboratório para grandes plantas de reciclagem. “Mas, por enquanto, nosso foco continua sendo pesquisar melhores catalisadores para a reciclagem química de plásticos”, diz Martín.
Esta pesquisa foi apoiada por Catálise NCCR Catálise NCCR um Centro Nacional de Competência em Pesquisa.
Referência
Jaydev SD, Martín AJ, Garcia D, Chikri K, Pérez-Ramírez J: Avaliação de fenômenos de transporte na eficácia do catalisador para reciclagem química de poliolefinas. Nature Chemical Engineering, 28 de agosto de 2024, doi: 10.1038/s44286'024 -00108-3
Fabio Bergamin
