Novo Método Químico Converte Borracha Usada em Resinas de Alto Valor

A borracha é um material de alto valor com um mercado global massivo. Embora seu uso remonte a centenas de anos, era principalmente restrita à borracha natural das árvores. O processo moderno de vulcanização, que torna a borracha durável e versátil, não foi desenvolvido até 1839. 

O químico Charles Goodyear inventou a borracha vulcanizada, que é borracha natural ou sintética aprimorada ao ser tratada com enxofre, entre outros produtos químicos, e calor.

Propriedades únicas como elasticidade, flexibilidade, resistência, resistência à tração, resistência ao envelhecimento, impermeabilidade, absorção de choque e resistência ao calor são o que tornam a borracha tão valiosa nas indústrias automotiva, de construção, industrial, de saúde, bens de consumo e embalagens.

No entanto, o lixo de borracha é um problema importante que contribui para a crise de resíduos massiva, apresentando desafios ao meio ambiente, à saúde humana e à economia. O aumento da geração de resíduos é um produto da urbanização, do desenvolvimento econômico e do crescimento populacional.

Os pneus, em particular, são o principal contribuinte do lixo de borracha. A produção total mundial de pneus descartados representa 2% do total de resíduos sólidos anuais.

O Grave Problema do Resíduo de Borracha 

Cerca de um bilhão de pneus são descartados a cada ano em todo o mundo, e milhões acabam em aterros. No Reino Unido sozinho, estima‑se que 37 milhões de pneus de carros e caminhões sejam descartados anualmente. Enquanto isso, nos EUA, mais de 274 milhões de pneus foram descartados em 2021, com cerca de 20% deles jogados em locais de descarte. 

Não se trata apenas de uma questão de espaço. O acúmulo desses materiais de resíduos introduz riscos ambientais. 

Produtos de borracha contêm vários produtos químicos, incluindo antioxidantes e antiozonantes, que podem infiltrar-se no meio ambiente e representar riscos à saúde. O descarte inadequado de resíduos de borracha, especialmente pneus, em aterros pode até levar à contaminação de águas subterrâneas devido ao vazamento de substâncias nocivas e metais pesados. 

Ser não biodegradável por natureza significa que eles persistem no meio ambiente por longos períodos, contribuindo para a poluição e para a feiura visual por séculos. Além disso, a borracha é altamente inflamável, e acúmulos de pneus descartados podem representar um risco significativo de incêndio, liberando poluentes nocivos no ar. 

Um estudo de 2020 financiado pelo governo do Reino Unido sugeriu que partículas de pneus são uma fonte principal e adicional de microplásticos e podem, de fato, ser uma fonte amplamente não documentada de microplásticos em corpos d’água.

O estudo foi o primeiro a identificar isso, demonstrando que partículas de pneus podem ser transportadas diretamente para o oceano através da atmosfera ou levadas para esgotos e rios pela água da chuva, onde podem passar pelo processo de tratamento de água.

“Os cientistas há muito suspeitam que os detritos de pneus representam uma ameaça oculta ao ambiente marinho,” mas poucos estudos mediram sua abundância em ambientes aquáticos, disse o Professor Richard Thompson OBE. O estudo fornece “uma visão real sobre a importância do desgaste de pneus como fonte de microplásticos.”

Todos esses fatores exigem ação urgente e uma mudança rumo a práticas sustentáveis de gestão de resíduos.

Necessidade de Soluções Eficientes para Gestão de Resíduos de Borracha

O lixo de borracha, particularmente de pneus, é um problema crescente globalmente devido ao aumento da produção e à vida útil limitada, criando a necessidade de soluções eficazes de gestão e reciclagem de resíduos. 

“Acredita‑se que partículas de pneus estejam entre as maiores fontes de poluição por microplásticos no mundo,” e precisamos de “soluções mais sistêmicas talvez via design aprimorado de pneus de veículos,” diz o Professor Richard Thompson OBE FRS, Diretor do Marine Institute.

Pesquisa do ano passado, conduzida pela University of Plymouth e Newcastle University e financiada pela UK National Highways, mostra que lagos de retenção podem ajudar a combater a poluição de pneus. O estudo também observou que partículas de desgaste de pneus superavam outras formas de microplásticos e foram removidas em quantidades muito maiores.

Agora, constatou‑se que a presença de lagos de retenção e áreas úmidas reduz a quantidade de partículas liberadas pelos pneus que entram nas águas em uma média de 75%, oferecendo proteção aos rios e ao oceano.

Assim, os pesquisadores recomendaram que a manutenção de áreas úmidas e lagos de retenção seja feita uma prioridade maior para reduzir o fluxo de partículas de pneus das estradas para os rios.

“Lagos de retenção e áreas úmidas são construídos como parte de projetos de rodovias principalmente para atenuar o fluxo e prevenir inundações a jusante, mas também para remover poluentes. Essas medidas de drenagem existentes ao longo de partes da rede rodoviária estratégica do Reino Unido têm o potencial de interromper a propagação da poluição por pneus.”

— Sra. Florence Parker-Jurd, Pesquisadora Associada

Para obter números concretos sobre a quantidade total de partículas de desgaste de pneus coletadas na entrada, saída e sedimentos das áreas úmidas e lagos de retenção, o estudo utilizou o método de pirólise-gas cromatografia‑espectrometria de massa (Py‑GC‑MS) desenvolvido por Geoff Abbott da Newcastle University. O método foi desenvolvido para identificar partículas derivadas de pneus no ambiente.

Outra solução promissora é a reciclagem, que pode reduzir o impacto ambiental da disposição de resíduos de borracha e criar novos produtos a partir de materiais reciclados.

Uma aplicação da borracha reciclada é na construção, onde pode ser usada em misturas de asfalto e concreto, pedras de pavimentação e superfícies de playground. Outras aplicações incluem enchimento de grama artificial, superfícies esportivas, ladrilhos de piso e isolamento acústico. Usando processos térmicos, o lixo de borracha pode até ser convertido em combustível ou outras fontes de energia.

A pirólise é um processo popular que transforma resíduos de borracha em algo útil. Neste processo químico, a borracha é reciclada por meio de decomposição a alta temperatura. Ele separa ligações covalentes na matéria orgânica na ausência de oxigênio.

Ao submeter o lixo de borracha à decomposição térmica, são produzidos nanopartículas de negro de carbono reciclado (RCBN) e óleo/gás, que podem ser usados como combustível alternativo em fornos de cimento.

O lixo de borracha reciclado obtido por pirólise de pneus descartados também pode ser usado para produzir concreto eletricamente condutor. A borracha condutora está sendo usada nas indústrias aeroespacial, militar e automobilística.

A gestão de resíduos de borracha, no entanto, enfrenta desafios sérios. Para começar, o enorme volume de resíduos de borracha gerados globalmente torna extremamente difícil gerenci‑‑los e reciclá‑‑los de forma eficiente.

Depois há a variedade de produtos de borracha e suas composições químicas complexas que dificultam a reciclagem e reutilização. Mesmo o processo amplamente usado (pirólise) tem desvantagens — gera subprodutos nocivos como dioxinas e benzeno que apresentam riscos à saúde e ao meio ambiente.

Também há falta de infraestrutura e tecnologia para coleta, triagem e reciclagem eficazes de resíduos de borracha. Métodos tradicionais de gestão de resíduos focam na coleta, queima e disposição de resíduos de borracha em aterros.

Nesse contexto, é essencial que desenvolvamos técnicas eficientes de gestão de resíduos para enfrentar o problema crescente de resíduos de borracha de forma eficaz.

Clique aqui para saber se uma ‘Métrica de Sustentabilidade’ pode ajudar a conter a poluição plástica.

Um Novo Processo Químico para Reaproveitar Resíduos de Borracha

Um novo estudo, financiado pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE) e publicado na Nature¹, introduziu uma nova técnica para enfrentar o lixo de borracha.

Devido à falta de estratégias para a reciclagem química de polímeros dienes de commodities, como os encontrados em pneus, foi desenvolvido um novo método químico para decompor o lixo de borracha.

Uma equipe de pesquisadores liderada pelo Dr. Aleksandr Zhukhovitskiy, professor assistente no Departamento de Química da UNC‑Chapel Hill, aplicou aminização C‑H juntamente com uma estratégia de rearranjo da espinha dorsal do polímero para transformar a borracha descartada em precursores para resinas epóxi.

Essa desconstrução de materiais oferece uma alternativa inovadora, prática e sustentável aos métodos tradicionais de reciclagem. Também visa superar desafios nas abordagens tradicionais de decomposição da borracha.

A borracha é composta por polímeros que são entrelaçados em uma rede tridimensional. Esse extenso entrecruzamento dentro da estrutura do polímero torna a borracha um material resistente, flexível e durável, mas também a torna resistente à degradação.

Existem duas técnicas convencionais principais para decompor a borracha: desvulcanização, um processo que quebra as ligações de enxofre, mas corrói as propriedades mecânicas do polímero, e clivagem das espinhas dorsais dos polímeros usando métodos catalíticos ou oxidativos, que tendem a resultar em subprodutos de baixo valor.

Nenhum dos métodos fornece uma solução eficiente e escalável para reaproveitar o lixo de borracha. Para superar esses obstáculos, a pesquisa desenvolveu “um método que decompõe a borracha em materiais funcionais que possuem valor mesmo como mistura”, disse o autor sênior Dr. Zhukhovitskiy.

Para isso, os pesquisadores desenvolveram um reagente de dissulfeto de enxofre, que é uma imina de dióxido de enxofre, que permite até 35% de aminização alílica de polímeros dienes e borracha. O rearranjo catiônico 2‑aza‑Cope foi então aplicado para desconstruir os polímeros.

A introdução do reagente de dissulfeto de enxofre permite a posicionamento de grupos amina em locais específicos nas cadeias poliméricas e prepara o terreno para o subsequente rearranjo da espinha dorsal. A reação química é o que reestrutura a espinha dorsal do polímero. Essa reorganização envolve a desconstrução da borracha em materiais solúveis funcionalizados com amina. Esse processo de duas etapas, como demonstrado pelos pesquisadores, funciona de forma excelente.

Quando testado em um polímero modelo, os pesquisadores conseguiram decompô‑lo consideravelmente. O peso molecular do polímero foi reduzido para cerca de 400 g/mol a partir de 58.100 g/mol.

Ao aplicar seu método à borracha usada, eles conseguiram decompô‑la totalmente em questão de seis horas. A borracha pós‑consumo aminada transformou‑se em um material solúvel com grupos amina que podem ser utilizados para produzir materiais como resinas epóxi.

Resinas epóxi são conhecidas por suas excelentes propriedades de aderência. Elas são usadas em adesivos, revestimentos, selantes, isolamento elétrico e reparos de engenharia civil. Resinas epóxi são tipicamente feitas a partir de produtos químicos derivados do petróleo, como bisfenol A e agentes de cura.

De acordo com a pesquisa, os termofixos epóxi preparados usando os polímeros solúveis funcionalizados com amina resultantes têm resistência semelhante às resinas comerciais derivadas de bisfenol A.

De acordo com o co‑autor Maxim Ratushnyy, ex‑bolsista de pós‑doutorado na UNC‑Chapel Hill:

“Em momentos como este, passo a apreciar o poder da síntese orgânica. É fascinante observar a facilidade com que a sequência desenvolvida de transformações orgânicas simples, porém poderosas, pode atacar uma ligação C—C resistente e converter borrachas baseadas em polibutadieno e poliisopreno em resinas epóxi potencialmente valiosas.”

Além disso, a nova reciclagem química de materiais pós‑consumo é altamente eficiente comparada aos métodos de reciclagem convencionais, que frequentemente requerem catalisadores caros ou temperaturas extremas.

Neste estudo, os pesquisadores obtiveram seus resultados em temperaturas brandas, 35‑50 °C (95‑122 °F) em meio aquoso, tornando o processo econômico e ambientalmente amigável.

O impacto ambiental do processo foi avaliado usando o Fator de Impacto Ambiental (E‑factor), “uma métrica simples porém poderosa,” que calcula a quantidade real de resíduos medindo o desperdício gerado em relação ao rendimento do produto.

Além de comparar o impacto de um novo processo com os existentes, o Dr. Geoff Lewis, especialista em pesquisa no Center for Sustainable Systems da University of Michigan, explicou que o E‑factor também destaca “etapas do processo que podem ser aprimoradas à medida que trabalhamos para transitar esse processo do laboratório para a prática.”

O E‑factor completo do processo, que inclui o uso de solventes, foi alto. Contudo, seu E‑factor simples foi muito menor, excluindo solventes. Isso destaca as áreas do processo que podem ser otimizadas para sustentabilidade.

Portanto, a equipe está agora explorando sistemas de solventes mais verdes e condições de reação alternativas para reduzir a geração de resíduos.

Chamando isso de “uma mudança de paradigma na forma como abordamos o problema dos resíduos de borracha,” a co‑autora do estudo Sydney Towell, candidata a Ph.D. na UNC‑Chapel Hill, explicou que:

“Ao aproveitar o poder da aminização C–H e do rearranjo da espinha dorsal, este método oferece um novo caminho para transformar a borracha pós‑consumo em materiais de alto valor, reduzindo a dependência de aterros e minimizando os danos ambientais.”

Empresa Inovadora

Goodyear Tire & Rubber Co  

Fundada em 1898, a Goodyear é um grande fabricante de pneus que está investindo em alternativas sustentáveis de borracha e iniciativas de reciclagem.

Em janeiro de 2022, a empresa lançou um pneu de demonstração feito de material sustentável. O pneu inclui 13 ingredientes destacados em nove componentes diferentes do pneu e oferece desempenho geral forte.

Isso inclui negro de carbono, que é usado para aumentar a vida útil do pneu e é produzido pela queima de vários tipos de produtos de petróleo. No entanto, para reduzir a circularidade e as emissões de carbono, quatro tipos de deriva agora são apresentados, produzidos a partir de óleo vegetal, dióxido de carbono, metano e óleos de pirólise de pneus ao fim da vida (TPO).

Óleo de soja no pneu sustentável ajuda a manter a flexibilidade do composto de borracha em temperaturas variáveis, enquanto sílica de alta qualidade, feita a partir de resíduos de casca de arroz, melhora a aderência e reduz o consumo de combustível.

Poliéster usado nos pneus é reciclado de garrafas pós‑consumo, enquanto resinas de pinho, que são bio‑renováveis, substituíram as tradicionais baseadas em petróleo.

Na época, o conteúdo de material sustentável dos pneus da Goodyear era de 70%, o que foi relatado como aumentado para 90% em 2023, aproximando‑se de sua meta de criar o primeiro pneu feito completamente de materiais sustentáveis.

A empresa relatou que o pneu de demonstração passou em todos os testes regulatórios e internos aplicáveis. Em comparação com pneus feitos com materiais tradicionais, o pneu de demonstração também apresentou menor resistência ao rolamento, o que significa melhor economia de combustível e menor pegada de carbono.

Há alguns meses, a empresa revelou um Pneu Sustainable-Material (EDS) ElectricDrive, que marca um passo crucial em sua meta de introduzir o primeiro pneu da indústria 100% sustentável até 2030.

Em meio ao boom de veículos elétricos (EVs) e ao foco na sustentabilidade, esses pneus EDS são projetados especificamente para EVs, oferecendo alta quilometragem, menor resistência ao rolamento, redução de ruído e frenagem e manuseio superiores em condições úmidas.

Quando se trata das finanças da empresa, a Goodyear, com capitalização de mercado de US$ 2,5 bilhões, cujas ações estão atualmente negociando a US$ 8,85, queda de 2,33% no ano, anunciou um lucro líquido de US$ 76 milhões ou 26 centavos por ação, comparado a um prejuízo líquido de US$ 291 milhões no ano anterior, e US$ 114 milhões em lucro líquido ajustado ou 39 centavos por ação para o quarto trimestre de 2024.

Durante esse período, as vendas da empresa foram de US$ 4,9 bilhões, com volume de unidades de pneus totalizando 43,6 milhões. No ano completo, as vendas foram de US$ 18,9 bilhões, com volume de unidades de pneus totalizando 166,6 milhões.

Em 2024, a Goodyear reportou um lucro líquido de US$ 70 milhões ou 24 centavos por ação, comparado a um prejuízo líquido de US$ 689 milhões no ano anterior, e um lucro líquido ajustado de US$ 302 milhões ou US$ 1,05 por ação.

Os fluxos de caixa das atividades operacionais durante esse período foram de US$ 698 milhões, queda em relação a US$ 1,032 bilhão no ano anterior. No mês passado, a empresa concluiu com sucesso a venda de seu negócio de pneus off‑the‑road para a The Yokohama Rubber Company, enquanto a venda da marca Dunlop para a Sumitomo Rubber Industries está prevista para ser concluída até o meio do ano.

Falando sobre seu primeiro ano na Goodyear, o CEO Mark Stewart compartilhou satisfação com o progresso feito em 2024, durante o qual a empresa superou expectativas, aumentou os lucros e chegou a acordos para desinvestir ativos não‑centrais.

“Avançando, permanecemos comprometidos em alcançar nossas metas ampliadas do Goodyear Forward, incluindo maior expansão de margem e redução significativa da dívida.” 

– CEO Stewart

Para 2025, a empresa espera “desalavancagem significativa,” expansão de margem e otimização de seu portfólio para impulsionar o valor para os acionistas. A Goodyear está projetada para gerar receitas brutas superiores a US$ 2 bilhões e uma relação de alavancagem líquida de 2,0x a 2,5x até o final do ano.

Últimas Notícias sobre Goodyear Tire & Rubber Co

Conclusão

O lixo de borracha, principalmente de pneus, apresenta um grande desafio que exige nossa atenção urgente e soluções eficientes. Métodos existentes como a pirólise, embora amplamente usados, produzem subprodutos perigosos. Enquanto isso, métodos tradicionais de reciclagem lutam com eficiência e escalabilidade.

Dado que o lixo de borracha é um problema crescente e crítico, pesquisadores estão explorando novas formas, como lagos de retenção para filtragem de microplásticos e processos químicos envolvendo aminização C‑H e rearranjo da espinha dorsal para desconstrução da borracha, oferecendo soluções promissoras e mais verdes.

Com pesquisa contínua e adoção pela indústria, esses avanços podem ajudar a minimizar a poluição por borracha, reduzir o lixo em aterros e transformar resíduos de borracha em materiais valiosos!