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Cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang, Singapura (NTU Singapura), criaram um processo que pode transformar a maioria dos plásticos em ingredientes químicos úteis para armazenamento de energia, utilizando díodos emissores de luz (LED) e um catalisador disponível comercialmente, tudo à temperatura ambiente.
O novo processo é muito eficiente em termos energéticos e pode ser facilmente alimentado por energia renovável no futuro, ao contrário de outros processos de reciclagem movidos a calor, como a pirólise.
Esta inovação supera os desafios atuais na reciclagem de plásticos como o polipropileno (PP), o polietileno (PE) e o poliestireno (PS), que normalmente são incinerados ou descartados em aterros sanitários. Globalmente, apenas nove por cento dos plásticos são reciclados e a poluição por plásticos está a crescer a um ritmo alarmante.
O maior desafio da reciclagem destes plásticos são as suas ligações inertes carbono-carbono, que são muito estáveis e, portanto, requerem uma quantidade significativa de energia para serem quebradas. Esta ligação é também a razão pela qual estes plásticos são resistentes a muitos produtos químicos e têm pontos de fusão relativamente elevados.
Atualmente, a única forma comercial de reciclar esses plásticos é através da pirólise, que tem elevados custos energéticos e gera grandes quantidades de emissões de gases com efeito de estufa, tornando-o proibitivo em termos de custos, dado o produto de menor valor do óleo de pirólise resultante.
Desenvolvido pelo professor associado Soo Han Sen, especialista em fotocatálise da Escola de Química, Engenharia Química e Biotecnologia da NTU, o novo método usa LEDs para ativar e quebrar as ligações inertes carbono-carbono em plásticos com a ajuda de um vanádio disponível comercialmente. catalisador.
Publicado esta semana na revista Química, o método NTU pode reciclar uma variedade de plásticos, incluindo PP, PE e PS. Estes plásticos, juntos, representam mais de 75% dos resíduos plásticos globais.
Ao desenvolver uma solução verde para o problema dos resíduos plásticos, a equipa quis garantir que fossem geradas emissões extras mínimas de carbono através da reciclagem de plásticos, que são longas cadeias de moléculas contendo átomos de carbono.
O Inventor Assoc Prof Soo disse: “Nossa descoberta não apenas fornece uma resposta potencial para o crescente problema dos resíduos plásticos, mas também reutiliza o carbono preso nesses plásticos em vez de liberá-lo na atmosfera como gases de efeito estufa por meio da incineração.”
Como os plásticos são decompostos
Primeiramente, os plásticos são dissolvidos ou dispersos no solvente orgânico conhecido como diclorometano, que é utilizado para dispersar as cadeias poliméricas para que fiquem mais acessíveis ao fotocatalisador. A solução é então misturada com o catalisador e flui através de uma série de tubos transparentes onde a luz LED incide sobre ela.
A luz fornece a energia inicial para quebrar as ligações carbono-carbono em um processo de duas etapas com a ajuda do catalisador de vanádio. As ligações carbono-hidrogénio nos plásticos são oxidadas – tornando as ligações menos estáveis e mais reativas – após o que as ligações carbono-carbono são quebradas.
Após a separação da solução, os produtos finais resultantes são ingredientes químicos como ácido fórmico e ácido benzóico, que podem ser usados para fabricar outros produtos químicos empregados em células de combustível e transportadores de hidrogênio orgânico líquido (LOHCs). Os LOHC estão agora a ser explorados pelo sector da energia, uma vez que desempenham um papel crítico no desenvolvimento de energia limpa, dada a sua capacidade de armazenar e transportar gás hidrogénio de forma mais segura.
Ao contrário das tecnologias atuais e de outras tecnologias emergentes para reciclar plásticos, como a pirólise, que utiliza um processo de alta temperatura para derreter e degradar os plásticos em combustíveis de baixa qualidade, ou nanotubos de carbono e hidrogénio, o novo método baseado em LED requer muito menos energia.
O professor Soo acrescenta que seu método é único, pois pode usar luz solar ou LEDs alimentados com eletricidade de fontes renováveis, como solar, eólica ou geotérmica, para processar e reciclar completamente uma ampla gama de plásticos. Isto pode permitir uma gestão limpa e energeticamente eficiente dos plásticos numa economia circular e aumentar a taxa de reciclagem dos plásticos.
O processo também pode ajudar Singapura a reduzir a quantidade de resíduos plásticos incinerados ou depositados em aterros, ajudando o país a cumprir o seu Plano Diretor de Resíduos Zero, que visa aumentar a taxa global de reciclagem para 70 por cento até 2030 e reduzir os resíduos destinados a o aterro de Semakau, que deverá ficar sem espaço até 2035.
Singapura gera cerca de 1 milhão de toneladas de resíduos plásticos anualmente e apenas 6% dos resíduos plásticos de Singapura são reciclados.
Este estudo faz parte de um projeto maior, intitulado ABETO: Reutilização Sustentável de Plásticos para uma Economia Circularque também envolve o Professor Xin (Simba) Chang, Reitor Associado (Pesquisa) da Nanyang Business School e Professor Associado Md Saidul Islam da Escola de Ciências Sociais.
A equipa interdisciplinar estima que, se Singapura conseguir reciclar 80 por cento dos seus plásticos, isso poderá levar a uma redução de pelo menos 2,1 milhões de toneladas nas emissões de dióxido de carbono – cerca de quatro por cento das emissões totais de gases com efeito de estufa do país.
Além disso, quando os plásticos são reciclados em matéria-prima química, reduz-se a necessidade da indústria química de queimar combustíveis fósseis para produzir matéria-prima química, reduzindo ainda mais as emissões de gases com efeito de estufa.
Com base nas estimativas do professor Chang e outros membros da equipe, o benefício econômico da redução das emissões de dióxido de carbono é estimado em 41,40 milhões de dólares por ano, enquanto a economia de custos estimada ao evitar o uso de aterros é de cerca de 41,35 milhões de dólares por ano em Cingapura., Prevê-se que a reutilização e a reciclagem de plásticos gerem um crescimento do lucro de até 60 mil milhões de dólares para a indústria química a nível mundial.
O professor Chang, especialista em finanças corporativas, acrescentou: “Dado que a indústria química de Singapura é responsável por cerca de um terço da produção industrial em 2015, a integração da tecnologia de reciclagem de plástico na indústria tem o potencial de produzir um impacto económico e ambiental positivo considerável. .”
O especialista em sociologia Assoc Prof Islam disse: “Esta abordagem inovadora – ao transformar resíduos plásticos em recursos valiosos como o ácido fórmico – não apenas reduz o fardo da poluição plástica, mas também atende à crescente demanda por produtos químicos sustentáveis. Isto contribui para um ambiente mais limpo, melhora a saúde pública e cria novas oportunidades de emprego, especialmente nos setores de investigação, desenvolvimento e produção, promovendo assim o crescimento económico com uma mudança para economias circulares.”
A equipe da NTU registrou uma patente para seu processo fotocatalítico, que foi projetado tendo em mente a escalabilidade industrial, por meio da empresa de inovação e empreendimento da Universidade, NTUitive. A equipa está agora à procura de parceiros para comercializar ainda mais a tecnologia, o que pode contribuir para ajudar Singapura a atingir a sua meta de emissões líquidas zero para 2050.
A sua inovação exemplifica o compromisso inabalável da NTU em desenvolver soluções sustentáveis para enfrentar desafios globais urgentes, como as alterações climáticas. No seu Plano Estratégico NTU 2025, a Universidade também delineou o seu Manifesto de Sustentabilidade que explica como a NTU pretende tornar-se neutra em carbono até 2035.
A NTU também procura nutrir e apoiar novas soluções de investigação e acelerar o processo de comercialização através da sua iniciativa de Inovação e Empreendedorismo recentemente lançada.
SPRUCE é apoiado pela NTU e pela Alliance to End Plastic Waste. Este projeto também é parcialmente apoiado pela Fundação Nacional de Pesquisa de Cingapura (NRF) no âmbito de seu Programa de Pesquisa Competitiva, bem como uma bolsa de pesquisa individual A*STAR de fabricação e engenharia avançada e uma bolsa de nível 1 do Ministério da Educação.
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