Reciclagem de Resíduos Metálicos com “ShAPE” Pode Mudar Nossos Hábitos de Reciclagem

Melhor Reciclagem

À medida que a civilização industrial avança em tempo e escala, torna‑se claro que precisamos otimizar a utilização de recursos. Uma dessas atividades é a reciclagem de metais, cujo material, em teoria, pode ser reciclado indefinidamente.

Na prática, isso não é tão simples, pois a maioria dos fluxos de resíduos contendo metal possui uma mistura complexa de diferentes metais. Às vezes, isso ocorre porque o resíduo é uma liga, e outras vezes, simplesmente misturar os diferentes metais no produto reciclado e separá‑los seria muito complexo e/ou caro.

Isso cria um problema; reutilizar essa mistura de metais resultaria em produtos inferiores, mais propensos a dobrar ou quebrar do que o metal feito a partir de minério novo, o que pode ser perigoso para os usuários finais.

Por exemplo, para ser reciclada, a sucata de alumínio precisa ser misturada com 40 % de alumínio recém extraído e refinado. Isso ajuda, mas obviamente não é “reciclagem verdadeira”.

Isso ocorre porque pesquisadores do Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) desenvolveram um novo método, chamado ShAPE (Shear Assisted Processing and Extrusion). Eles publicaram como ele funciona e por que pode permitir uma taxa de reciclagem de alumínio de 100 % na revista Nature Communications, sob o título “Upcycled high‑strength aluminum alloys from scrap through solid‑phase alloying¹”.

Problemas na Reciclagem de Alumínio

Quando se trata de alumínio, a maior parte dos custos, tanto financeiros quanto energéticos, além das emissões de CO₂, provém da necessidade de fundir completamente o alumínio, um metal com ponto de fusão elevado.

Isso precisa ser feito porque o alumínio reciclado contém pequenas impurezas, como grumos de ferro. Essas impurezas precisam ser diluídas com alumínio novo para criar um produto satisfatório.

ShAPE

Em vez de gastar muita energia e minério novo apenas para criar um produto padrão de alumínio, os pesquisadores da PNNL encontraram uma forma de produzir uma liga de alumínio melhor sem todas as etapas intermediárias.

Esse processo elimina diretamente as etapas de triagem, fusão e fundição. Em vez disso, alimenta a sucata de alumínio diretamente em um processo chamado “extrusão em fase sólida”, desenvolvido em 1993 pelo Welding Institute no Reino Unido.

A extrusão em fase sólida usa fricção em vez de calor para fundir o metal, resultando em uma mistura muito homogênea apesar de consumir muito menos energia. Você pode vê‑la em ação no curto vídeo abaixo:

A máquina possui uma cabeça giratória que roda 500 vezes por minuto com 2.200 foot‑pounds de torque. A outra extremidade da máquina contém uma prensa hidráulica capaz de exercer 200.000 libras de força contra a cabeça giratória.

Fonte: Nature Communications

A sucata de alumínio é misturada com pó de cobre (Cu), pó de zinco (Zn) e fitas de magnésio ZK60 (Mg). Quando uniformemente misturados, formam um produto de liga de alumínio de alta resistência em questão de minutos. Em comparação, o processo tradicional de reciclagem de alumínio leva dias.

Todo o método também consome 50 % menos energia.

Fonte: PNNL

Estrutura Superior & Desempenhos

Quando analisado ao microscópio, o novo método demonstra uma estrutura metálica radicalmente diferente. O material upciclado apresenta grãos muito menores (7,7 µm), comparado ao alumínio tradicionalmente reciclado (43,1 µm).

Fonte: Nature Communications

Isso prova que, durante o ShAPE, formam‑se características em escala atômica chamadas zonas Guinier‑Preston dentro da liga. Essas características são bem conhecidas por melhorar a resistência em ligas metálicas.

Isso leva diretamente a um desempenho superior para o metal upciclado, com resistência ao esforço mecânico 200 % maior que a liga normalmente reciclada.

Fonte: Nature Communications

Outra melhoria trazida por esse método é que a produção de perfis de alumínio, tubos e outras peças metálicas ocorre em estado sólido, potencialmente ajudando a desenvolver um novo tipo de liga que não funcionaria nas etapas tradicionais de fusão.

Solid phase alloying is theoretically applicable to any metal combination that you can imagine, and the fact that manufacturing occurs wholly in the solid state means you can begin to consider totally new alloys that we’ve not been able to make before.

Cindy Powell – Chief science and technology officer for energy and environment at PNNL

Indo Além da Alumínio Reciclado

Essa técnica poderia ser aplicada a outros metais que são difíceis de separar ou reciclar.

Ela também poderia ser usada para produzir ligas com desempenho superior, como estruturas de automóveis mais fortes e seguras, ou para usar menos material para o mesmo resultado.

O mesmo método provavelmente poderia ser expandido para outros processos de fabricação em fase sólida, como cold spray ou friction stir welding & processing.

“Our ability to upcycle scrap is exciting, but the thing that excites me the most about this research is that solid phase alloying is not just limited to aluminum alloys and junk feedstocks.

Cindy Powell – Chief science and technology officer for energy and environment at PNNL

Impressão 3D de Metais

Por fim, esse método poderia ser usado para criar um material de alta qualidade para impressoras 3D de metal.

Como o método adiciona uma certa quantidade de metais extras de forma precisa, pode ser usado para criar ligas sob medida para necessidades específicas na manufatura aditiva.

A estrutura 3D aprimorada também deve ajudar a tornar o produto final impresso em 3D extra‑resistente.

“It’s difficult to obtain feed wires with customized compositions for wire‑based additive manufacturing. Solid phase alloying is a fantastic way to produce tailored alloys with exact compositions such as 2 percent copper or 5 percent copper.”

Xiao Li – PNNL materials scientist

Empresa de Reciclagem de Alumínio

Radius Recycling

À medida que novos métodos para reciclagem aprimorada são desenvolvidos, os players estabelecidos no setor podem se beneficiar ao ganhar participação de mercado dos produtores primários.

Conforme reciclamos cada vez mais material e avançamos na eletrificação do aquecimento e do transporte, a demanda por empresas de reciclagem deve crescer lenta, porém continuamente. The metal recycling market is expected to grow from $915B in 2024 to $1.29T by 2033, or a 3.9% CAGR.

A Radius Recycling foi fundada em 1906 e atualmente emprega mais de 3.500 pessoas. Possui mais de 100 unidades de reciclagem de metal e automóveis em todo o Canadá e EUA, além de um site de produção de aço, tornando‑se uma das maiores recicladoras de metal da região.

Fonte: Radius Recycling

A empresa processa tanto:

• Metais ferrosos, contendo ferro, como cabos, tambores, telhados metálicos, bicicletas, automóveis, eletrodomésticos, etc.
• Metais não ferrosos: alumínio, cobre, aço inoxidável, zinco, baterias de chumbo‑ácido, fios, bobinas, motores elétricos, radiadores, etc.

No segmento não ferroso, os maiores metais são cobre e alumínio.

Fonte: Radius Recycling

A empresa equilibra sua alocação de capital entre acionistas (com dividendos pagos a cada trimestre desde que se tornou pública em 1993, ‑ com rendimento de 4,5 % na data de escrita deste artigo), controle de custos de dívida e reinvestimento em crescimento (incluindo 2 novos centros de recuperação na costa oeste dos EUA).

No geral, a empresa é uma boa escolha para investidores que buscam exposição ao setor de reciclagem e à economia circular, renda de dividendos estável e atividade focada no mercado norte‑americano.

Referência do Estudo:

^{1. Wang, T., Li, X., Li, Z., et al. (2024). Upcycled high‑strength aluminum alloys from scrap through solid‑phase alloying. Nature Communications, 15, 10664. https://doi.org/10.1038/s41467-024-53062-2}