Vivendo em um mundo de plástico: enfrentando a poluição plástica

A poluição plástica surgiu como um dos nossos problemas ambientais mais urgentes com o uso crescente de plásticos descartáveis. Como não são biodegradáveis, os plásticos se acumulam no ambiente, alterando habitats e processos naturais. Milhões de animais selvagens também ficam presos em resíduos plásticos todos os anos.

Quando os plásticos se decompõem, eles liberam compostos tóxicos que contaminam o ambiente. Eles também se desintegram em pequenos pedaços de plástico chamados microplásticos. Os microplásticos agora são encontrados em todo o mundo e estão ligados a efeitos graves à saúde, como distúrbios metabólicos e danos aos órgãos.

A reciclagem de plásticos reduz a quantidade de resíduos plásticos que seriam descartados e conserva os recursos naturais. No entanto, apenas cerca de 10% do plástico é reciclado atualmente no mundo. O número é baixo em parte porque a reciclagem de alguns tipos de plástico, como lixo eletrônico e lixo plástico marinho, é difícil. As reações químicas que quebram os plásticos em componentes mais simples para serem reutilizados também consomem muita energia.

Desde o uso de plásticos de lixo eletrônico para cultivar células até o desenvolvimento de um método mais ecológico que decompõe plásticos, pesquisadores da NTU Singapore estão resolvendo alguns dos maiores desafios que impedem a reciclagem de plásticos e avançando na redução da poluição plástica.

Reaproveitamento de plásticos de lixo eletrônico para cultivar ‘mini tumores’ para testes de laboratório

Os plásticos compreendem uma grande parte do lixo eletrônico (e-waste), e os rápidos avanços tecnológicos e a alta demanda do consumidor impulsionam seu uso crescente em eletrônicos. De acordo com um relatório da ONU, a geração de lixo eletrônico está aumentando cinco vezes mais rápido do que os números oficiais da taxa de reciclagem mostram. Em 2022, o lixo eletrônico gerou 17 milhões de toneladas de plástico globalmente.

Plásticos de uso único também são amplamente utilizados em aplicações de pesquisa e assistência médica, como cultura de células.

Acrilonitrila butadieno estireno (ABS) é um e-plástico comumente usado em invólucros de dispositivos como teclados e laptops. Reaproveitar plásticos como ABS para aplicações biomédicas de alto valor pode ser uma estratégia atrativa de conversão de resíduos em recursos para reduzir efetivamente o desperdício de plástico.

Cientistas da NTU desenvolveram uma matriz sintética para cultivar células usando ABS de teclados descartados. A matriz é porosa como uma esponja e funciona como uma estrutura de suporte, fornecendo uma estrutura para as células se fixarem e crescerem.

A matriz pode cultivar aglomerados esféricos de células, chamados esferoides cancerígenos, que lembram tumores reais. Devido ao seu formato 3D, esses “mini tumores” representam tumores com mais precisão do que culturas de células convencionais.

Para fabricar a matriz, os cientistas dissolveram restos de plástico de teclados descartados em um solvente orgânico, acetona, e despejaram a solução em um molde.

A matriz suportou o crescimento de esferoides de câncer de mama, colorretal e ósseo. Os esferoides de câncer tinham propriedades semelhantes às cultivadas usando matrizes disponíveis comercialmente e podem ser usados ​​para aplicações biomédicas, como testes de drogas.

“Nossa inovação não só oferece um meio prático de reutilizar plásticos de lixo eletrônico, mas também pode reduzir o uso de novos plásticos na indústria biomédica”, disse o professor associado Dalton Tay, da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da NTU, que liderou a pesquisa.

A pesquisa foi relatada em Recursos, Conservação e Reciclagem.

Conversão de resíduos plásticos difíceis de reciclar em hidrogênio e aditivos de carbono para espumas de polímero

Embora alguns tipos de plástico possam ser reaproveitados em novos produtos, não é tão fácil reciclar outros tipos de plástico. Plásticos domésticos, resíduos de embalagens e lixo plástico marinho recuperados do meio ambiente são todos exemplos de resíduos plásticos difíceis de reciclar. Também há benefícios econômicos limitados no tratamento de plásticos mistos e contaminados.

Pesquisadores da NTU exploraram o uso de plásticos difíceis de reciclar como uma fonte de material de carbono sólido para aplicação em espumas de polímero. Os pesquisadores primeiro obtiveram gás e óleo aquecendo diferentes tipos de resíduos plásticos em altas temperaturas (600 graus Celsius) na ausência de oxigênio.

Em seguida, o gás e o óleo foram aquecidos a mais de 1.000 graus Celsius para quebrar as moléculas em carbono sólido e hidrogênio. O carbono sólido pode ser adicionado à espuma de polímero para aumentar sua força e resistência à abrasão para aplicações de amortecimento. A espuma contendo o carbono sólido sintetizado derivado de resíduos plásticos exibiu propriedades comparáveis ​​a outros materiais de reforço convencionais e à base de carbono disponíveis no mercado.

Ao mesmo tempo, o hidrogênio produzido poderia ser coletado e usado como combustível.

Publicado no Revista de Materiais Perigososa pesquisa é um marco na descoberta de um uso para resíduos plásticos que antes não podiam ser reciclados.

“Desenvolvemos uma abordagem viável para reaproveitar plásticos difíceis de reciclar, o que é um aspecto importante da economia circular”, disse o pesquisador principal, Professor Associado Grzegorz Lisak, da Escola de Engenharia Civil e Ambiental da NTU.

Uma maneira brilhante de decompor plásticos em compostos valiosos

Embora os plásticos possam ser decompostos por aquecimento em altas temperaturas, esses processos consomem muita energia e geram gases de efeito estufa, contribuindo para o aquecimento global.

Atendendo à necessidade de métodos mais ecológicos de decomposição de plásticos, os cientistas da NTU desenvolveram um processo que pode reciclar a maioria dos plásticos em compostos químicos úteis para armazenamento de energia.

A reação usa diodos emissores de luz (LEDs) e um catalisador disponível comercialmente e ocorre em temperatura ambiente. Ela pode quebrar uma ampla gama de plásticos, incluindo polipropileno, polietileno e poliestireno, todos comumente usados ​​em embalagens e descartados como resíduos plásticos.

Comparado aos métodos convencionais de reciclagem de plástico, o processo requer muito menos energia.

Primeiro, os plásticos são dissolvidos no solvente orgânico chamado diclorometano, tornando as cadeias de polímeros plásticos mais acessíveis ao fotocatalisador. A solução é então misturada com o catalisador e flui por tubos transparentes onde a luz LED brilha 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-hidrogênio dos plásticos são oxidadas, o que os torna menos estáveis ​​e mais reativos. Depois disso, as ligações carbono-carbono são quebradas.

Os produtos finais resultantes são compostos como ácido fórmico e ácido benzoico, que podem ser usados ​​para fazer outros produtos químicos empregados em células de combustível e transportadores de hidrogênio orgânico líquido (LOHCs) — compostos orgânicos que podem absorver e liberar hidrogênio por meio de reações químicas. Os LOHCs estão sendo explorados pelo setor de energia como um meio de armazenamento para hidrogênio.

De acordo com o professor associado Han Soo Sen da Escola de Química, Engenharia Química e Biotecnologia da NTU, que liderou o estudo, a descoberta não apenas fornece uma resposta potencial ao 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.

O método foi relatado no periódico Química.