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É leve, de baixo custo, quase infinitamente personalizável e onipresente: apesar de todos os seus benefícios, o plástico – e os resíduos de plástico – são um grande problema. Ao contrário do vidro, que é infinitamente reciclável, a reciclagem do plástico é desafiadora e cara devido à complexa estrutura molecular do material projetada para necessidades específicas.
Globalmente, cerca de 380 milhões de toneladas métricas de plástico são produzidas a cada ano. No entanto, apenas cerca de 9% de todos os resíduos plásticos são reciclados, cerca de 12% são incinerados e o restante é descartado em aterros sanitários e no meio ambiente.
Uma nova pesquisa do laboratório de Giannis Mpoumpakis, professor associado de engenharia química e de petróleo da Universidade de Pittsburgh, concentra-se na otimização de uma tecnologia promissora chamada pirólise, que pode reciclar quimicamente resíduos de plástico em produtos químicos mais valiosos. O artigo foi publicado recentemente e apareceu na capa do American Chemical Society (ACS) Journal of Chemical Theory and Computation.
“A pirólise tem um custo relativamente baixo e pode gerar produtos de alto valor, por isso apresenta uma solução prática e atraente”, disse Mpourmpakis. “Ele já foi desenvolvido em escala comercial. O principal desafio agora é encontrar as condições ideais de operação, considerando os produtos químicos iniciais e finais, sem precisar depender muito da experimentação de tentativa e erro.”
Para otimizar as condições de pirólise e produzir os produtos desejados, os pesquisadores normalmente usam cálculos termodinâmicos com base no que é conhecido como abordagem de minimização de energia livre de Gibbs. No entanto, a falta de dados termoquímicos pode limitar a precisão desses cálculos.
Embora os cálculos da teoria funcional da densidade (DFT) sejam comumente usados para obter dados termoquímicos precisos para moléculas pequenas, sua aplicação torna-se desafiadora e computacionalmente cara para as moléculas grandes e flexíveis que compõem os resíduos plásticos, especialmente em temperaturas elevadas de pirólise.
Neste estudo, Mpourmpakis e o ex-pós-doutorado Hyunguk Kwon, que agora é professor da Universidade Nacional de Ciência e Tecnologia de Seul, desenvolveram uma estrutura computacional para calcular com precisão a termoquímica dependente da temperatura de moléculas grandes e flexíveis. Essa estrutura combina pesquisa conformacional, cálculos DFT, correções termoquímicas e estatísticas de Boltzmann; os dados termoquímicos resultantes são usados para prever os perfis de decomposição térmica do octadecano, um composto modelo que representa o polietileno.
A análise computacional proposta com base nos primeiros princípios oferece um avanço significativo na previsão de distribuições de produtos dependentes da temperatura da pirólise de plástico. Ele pode orientar futuros esforços experimentais na reciclagem química de plásticos, permitindo que os pesquisadores otimizem as condições de pirólise e aumentem a eficiência da conversão de resíduos plásticos em produtos químicos valiosos.
“Espera-se que a produção de plásticos continue aumentando, por isso é essencial que encontremos e aperfeiçoemos maneiras de reciclar e reutilizar plásticos sem prejudicar o meio ambiente”, disse Mpourmpakis. “Este trabalho, financiado pela National Science Foundation, contribui para o desenvolvimento de estratégias sustentáveis de gestão de resíduos e para a redução da poluição plástica, oferecendo benefícios potenciais tanto para o meio ambiente quanto para a sociedade”.
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