Sustentabilidade
CRISPR para Editar Polímeros Pode Redefinir os Esforços Globais de Reciclagem
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Desbloqueando a Reciclagem de Plástico
Since their widespread adoption by the manufacturing industry in the 1960s, plastics have become an omnipresent material in our daily lives. They are also the cause of very serious pollution, especially microplásticos – the broken down, microscopic fragments of plastic polluting the entirety of the Earth and its oceans.
Foi demonstrado que os microplásticos reduzem a eficácia dos antibióticos, são encontrados em fetos, em nossos corações e cérebros, são ingeridos por fauna marinha, etc.
Existem muitas estratégias sendo exploradas para lidar com a poluição já existente de microplásticos, por exemplo, adotar métricas de sustentabilidade, usar solventes repelentes de água não tóxicos, ou reutilizar plásticos com lasers ou fotocatalise impulsionada por luz.
O problema com a maioria das soluções para a poluição plástica é que elas são relativamente caras, levando muitos países a não estarem dispostos ou capazes de implementar soluções para o que é um problema globalizado. Uma solução melhor seria transformar o lixo plástico em um recurso para produzir material valioso, criando um forte incentivo econômico para que o lixo plástico seja coletado.
É isso que os pesquisadores do Oak Ridge National Laboratory têm trabalhado. Eles descobriram uma maneira de “upciclar resíduos plásticos em plásticos de alto desempenho”, publicando seus resultados no Journal of the American Chemical Society sob o título “Polialquenamers como Aditivos Drop-In para Polimerização por Metátese de Abertura de Anel: Um Promissor Paradigma de Upcycling”1.
Por que a Reciclagem Tradicional Não é Suficiente?
O plástico já é reciclado, mas o processo está longe de ser perfeito. Os pesquisadores que trabalharam nesta publicação descrevem‑no com precisão como “derreter e esperar o melhor”.
Isso é um problema, pois cada ciclo de reciclagem de plástico cria polímeros cada vez menos valiosos, com o produto resultante apresentando resistência, cor, durabilidade, etc., inferiores. Isso ocorre porque o derretimento não direcionado altera a forma como as cadeias de polímero do plástico são formadas e ligadas entre si.
Portanto, com a tecnologia de reciclagem atual, os plásticos podem ser reutilizados apenas um número limitado de vezes, mas acabarão como lixo de qualquer forma, logo após alguns ciclos de reciclagem em vez de um único uso.
Além disso, alguns tipos de plásticos realmente não podem ser reciclados com este método, e geralmente acabam incinerados ou em aterros.
De fato, apenas 9% da produção global de plástico é reciclada.
Fonte: PureCycle Technologies [securities_stock_price_tag symbol="PCT" exchange="NASDAQ"]
Upcycling em vez de Reciclagem
O conceito de “upcycling” é que o produto resultante do processo de reciclagem é, na verdade, superior ao material inicial.
Isso só pode ser alcançado rearranjando de forma controlada as cadeias de polímero que formam o plástico. Esse tipo de “edição” precisamente direcionada da estrutura do plástico levou os pesquisadores a comparar seu novo método ao CRISPR, uma tecnologia usada para modificar à vontade cadeias de DNA e RNA.
Eles trabalharam com moléculas pouco ou nada recicladas atualmente. Isso incluiu poli‑butadieno macio, um material comum em pneus de borracha, e acrilonitrila butadieno estireno resistente, usado em brinquedos de plástico, teclados de computador, tubos de ventilação, equipamentos de proteção, acabamentos e moldagens de veículos, e eletrodomésticos de cozinha.
“Estamos abordando um componente significativo do fluxo de resíduos com esta tecnologia. Isso teria um impacto bastante grande apenas pela conservação de massa e energia dos materiais que agora vão para aterros.”
Jeffrey Foster, Alvin M. Weinberg Distinguished Staff Fellow
O processo tem uma “economia atômica” muito alta, o que significa que recupera no produto final quase todo o plástico a ser reciclado que é inserido.
Como Funciona
Para recriar polímeros plásticos resistentes a partir do material a ser reciclado, eles primeiro criaram um aditivo para acrescentar ao plástico existente.
Para fazer o aditivo, eles trituraram poli‑butadieno e acrilonitrila butadieno estireno e os imergiram em diclorometano. A reação química funcionou em baixas temperaturas (40 °C / 104 °F) e em menos de duas horas.
A reação também precisou de um catalisador, e foi usado rutenium. Este é um catalisador bem conhecido na fabricação de plásticos e também é usado para converter biomassa, como óleos vegetais, em combustíveis e outros compostos orgânicos de alto valor.
Os átomos de rutenium essencialmente “carregam” os elementos plásticos menores e os transportam para os polímeros, tornando‑os mais longos.
O processo de “metátese” usa ligações duplas fortes entre átomos de carbono para aumentar as chances de reações químicas.
Uma parte do método, chamada polimerização por metátese de abertura de anel, abre moléculas circulares de carbono e as transforma em polímeros longos úteis. Outra parte, chamada cross‑metátese, insere cadeias de sub‑unidades de polímero de uma cadeia polimérica em outra.
Fonte: Sigma Aldrich
O trabalho foi uma tarefa colaborativa, com alguns pesquisadores encarregados de otimizar a polimerização, outros usando espectroscopia de RMN (ressonância magnética nuclear) para analisar as reações em tempo real, e outros testando as propriedades mecânicas e térmicas dos materiais finais.
Resultados Fortes
Os cientistas do Oak Ridge National Laboratory demonstraram que o processo, que usa menos energia e produz menos emissões que a reciclagem tradicional, integra eficientemente materiais de resíduos sem comprometer a qualidade do polímero.
O plástico upciclado resultante exibiu forte desempenho térmico e mecânico, tornando‑se superior ao material original e muito superior ao plástico reciclado com métodos tradicionais.
Os Próximos Passos no Upcycling de Plástico
Upcycling de Todos os Plásticos
Este método, agora demonstrado para certos plásticos, poderia ser expandido para todos os outros plásticos. Solventes mais ecológicos também poderiam ser uma melhoria.
“A visão é que este conceito possa ser estendido a qualquer polímero que possua algum tipo de grupo funcional na cadeia principal para reagir.
Se ampliado e expandido para empregar outros aditivos, classes mais amplas de resíduos poderiam ser extraídas para blocos de construção moleculares, reduzindo drasticamente o impacto ambiental de outros plásticos difíceis de processar.
”
Jeffrey Foster, Alvin M. Weinberg Distinguished Staff Fellow
Os detalhes da economia do procedimento também precisam ser esclarecidos, mas deve ser viável, pois utiliza baixa temperatura, curto tempo de reação e um catalisador de uso comum.
Além dos Plásticos
O método utilizado funcionou com plásticos, mas também poderia ser aplicado a outros produtos químicos.
Os pesquisadores o consideram especialmente promissor para uma classe de material polimérico chamada termofixo. Isso inclui resinas epóxi, borracha vulcanizada, poliuretano e silicone.
Materiais termofixos não podem ser remeltidos ou remodelados após a cura, o que torna sua reciclagem um desafio.
O método de upcycling desenvolvido aqui, atacando a estrutura molecular entrecruzada dos plásticos, poderia ser aplicado à mesma estrutura em materiais termofixos.
Como o processo de repolimerização é altamente personalizável, o produto upciclado final poderia ser superior ao original. Os materiais upciclados podem ser, por exemplo, mais macios e elásticos que os polímeros originais ou, talvez, mais fáceis de moldar e endurecer em produtos termofixos duráveis.
Conclusão
O upcycling é uma opção promissora para aumentar a taxa de reciclagem de plástico, pois deve fornecer o incentivo econômico que faltava até agora para alcançar mais de 10% de plástico reciclado globalmente.
Reduzir o uso de plástico, remover microplásticos, desenvolver bioplásticos (veja “Top 5 Bioplastics Companies”), e fazer upcycling em vez de reciclagem deficiente provavelmente farão parte da solução para a poluição plástica.
No conjunto, eles serão um componente chave no desenvolvimento de uma economia circular que seja muito mais intensiva em recursos e muito menos poluente.
Empresa de Reciclagem
PureCycle Technologies
PCT Gráfico de preços
PureCycle é uma empresa de reciclagem de plástico focada em polipropileno (PP), transformando PP residual em resina PP reciclada ultra‑pura.
Eles criaram um procedimento proprietário para “limpar” o PP residual de todo o material adicionado em produtos acabados, como polietileno, material sólido, pigmentos, contaminantes, etc.
Fonte: PureCycle Technologies
Este processo de extração difere do sistema de filtração mecânica comumente usado, que gera PP de qualidade muito baixa para a maioria das aplicações industriais, mesmo ao usar matéria‑prima de alta qualidade.
A reciclagem química é outra opção, mas está longe de ser ambientalmente amigável e não é econômica.
Fonte: PureCycle Technologies
O produto final da Purecycle é aceito pela FDA para várias aplicações usuais de PP, incluindo armazenamento de alimentos, recipientes quentes ou pasteurizados e armazenamento de alimentos congelados. Produtos futuros devem incluir fibras, embalagens de filme, moldagem por injeção para embalagens e plásticos automotivos.
Além de reciclar resíduos plásticos, o processo é muito mais eficiente em energia, com 79% menos consumo em comparação ao “PP virgem”, e uma pegada de emissões de gases de efeito estufa 35% menor.
A empresa tem construído sua instalação de produção de pellets em Ironton, com a primeira produção em junho de 2023, para implantar seu processo de reciclagem.
Também está construindo outras instalações na América do Norte e na Europa, e posteriormente planejadas no Japão e na Coreia do Sul com uma joint‑venture com SK geo centric, visando alcançar 630 milhões de libras de capacidade anual de reciclagem até 2027
Fonte: PureCycle Technologies
A produção de pellets da instalação de Ironton atingiu 3,5 milhões de libras no terceiro trimestre de 2024, triplicando em relação ao trimestre anterior, além de observar um aumento na qualidade do produto resultante.
No geral, a PureCycle é uma boa empresa para apostar na melhoria da tecnologia de reciclagem de plástico, e possui a experiência para implantar progressivamente novas tecnologias, afastando‑se da tecnologia de reciclagem legada.
Referência do Estudo:
1. Jeffrey C. Foster, et al. (2024) Polialquenamers como Aditivos Drop-In para Polimerização por Metátese de Abertura de Anel: Um Promissor Paradigma de Upcycling. Journal of the American Chemical Society 2024 146 (48), 33084-33092 DOI: 10.1021/jacs.4c10588
