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Embora muitos americanos depositem seu lixo plástico nas lixeiras apropriadas todas as semanas, muitos desses materiais, incluindo filmes flexíveis, materiais multicamadas e muitos plásticos coloridos, não são recicláveis usando métodos convencionais de reciclagem mecânica. No final, apenas cerca de 9% do plástico nos Estados Unidos é reutilizado, muitas vezes em produtos de baixo valor. Com uma nova técnica, no entanto, os engenheiros químicos da Universidade de Wisconsin-Madison estão transformando resíduos de plástico de baixo valor em produtos de alto valor.
O novo método, descrito na edição de 11 de agosto da revista Ciência, poderia aumentar os incentivos econômicos para a reciclagem de plástico e abrir uma porta para a reciclagem de novos tipos de plástico. Os pesquisadores estimam que seus métodos também podem reduzir as emissões de gases de efeito estufa da produção convencional desses produtos químicos industriais em cerca de 60%.
A nova técnica se baseia em algumas técnicas de processamento químico existentes. A primeira é a pirólise, na qual os plásticos são aquecidos a altas temperaturas em um ambiente livre de oxigênio. O resultado é o óleo de pirólise, uma mistura líquida de vários compostos. O óleo de pirólise contém grandes quantidades de olefinas – uma classe de hidrocarbonetos simples que são um bloco de construção central dos produtos químicos e polímeros de hoje, incluindo vários tipos de poliésteres, surfactantes, álcoois e ácidos carboxílicos.
Nos processos atuais de uso intensivo de energia, como craqueamento a vapor, os fabricantes de produtos químicos produzem olefinas submetendo o petróleo a calor e pressão extremamente altos. Nesse novo processo, a equipe da UW-Madison recupera olefinas do óleo de pirólise e as utiliza em um processo químico que consome muito menos energia, chamado catálise de hidroformilação homogênea. Este processo converte olefinas em aldeídos, que podem então ser ainda mais reduzidos em importantes álcoois industriais.
“Esses produtos podem ser usados para fazer uma ampla gama de materiais de maior valor”, diz George Huber, professor de engenharia química e biológica que liderou o trabalho ao lado do pesquisador de pós-doutorado Houqian Li e do estudante de doutorado Jiayang Wu.
Esses materiais de alto valor incluem ingredientes usados para fazer sabonetes e produtos de limpeza, bem como outros polímeros mais úteis.
“Estamos muito empolgados com as implicações dessa tecnologia”, diz Huber, que também dirige o Centro financiado pelo Departamento de Energia para a reciclagem química de resíduos plásticos. “É uma tecnologia de plataforma para atualizar resíduos de plástico usando química de hidroformilação”.
A indústria de reciclagem poderá adotar o processo em breve; nos últimos anos, pelo menos 10 grandes empresas químicas construíram ou anunciaram planos de instalações para produzir óleos de pirólise a partir de resíduos plásticos. Muitos deles passam o óleo de pirólise por crackers a vapor para produzir compostos de baixo valor. A nova técnica de reciclagem química pode fornecer uma maneira mais sustentável e lucrativa de usar esses óleos.
“Atualmente, essas empresas não têm uma abordagem muito boa para atualizar o óleo de pirólise”, diz Li. “Nesse caso, podemos obter álcoois de alto valor no valor de US$ 1.200 a US$ 6.000 por tonelada de resíduos plásticos, que valem apenas cerca de US$ 100 por tonelada. Além disso, esse processo usa tecnologias e técnicas existentes. É relativamente fácil de ampliar.”
O estudo foi um esforço colaborativo entre alguns departamentos diferentes da UW-Madison, diz Huber. Clark Landis, presidente do Departamento de Química e especialista mundial em hidroformilação, sugeriu a possibilidade de aplicar a técnica a óleos de pirólise. O professor de engenharia química e biológica Manos Mavarikakis usou modelagem avançada para fornecer uma visão em nível molecular dos processos químicos. E o professor de engenharia química e biológica Victor Zavala ajudou a analisar a economia da técnica e o ciclo de vida dos resíduos plásticos.
O próximo passo da equipe é ajustar o processo e entender melhor quais combinações de plásticos reciclados e catalisadores produzem quais produtos químicos finais.
“Existem tantos produtos diferentes e tantas rotas que podemos seguir com essa tecnologia de plataforma”, diz Huber. “Existe um mercado enorme para os produtos que estamos fabricando. Acho que isso realmente pode mudar a indústria de reciclagem de plástico.”
George Huber é o professor Richard L. Antoine. Manos Mavrikakis é o Distinguished Chair Ernest Micek, James A. Dumesic Professor e Vilas Distinguished Achievement Professor. Victor Zavala é o professor Baldovin-DaPra. Outros autores da UW-Madison incluem Zhen Jiang e Jiaze Ma.
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