The Power Shift é a série contínua do Gizmodo de Ellyn Lapointe que explora desenvolvimentos em tecnologia verde, com foco em energia renovável, modernização da rede e redução de emissões.
A reciclagem de plástico e a descarbonização energética representam dois dos desafios de sustentabilidade mais prementes do nosso tempo. Um novo estudo oferece uma solução que poderá resolver ambos os problemas ao mesmo tempo: transformar resíduos de plástico em hidrogénio limpo.
Embora o conceito não seja novo, a abordagem descrita no artigo é publicado na Biblioteca da Academia Nacional de Ciências, no início deste mês, foi significativamente melhorado em relação aos métodos convencionais. Chamada de “ATT”, abreviação de tratamento térmico alcalino, a reação produz hidrogênio de alta pureza em temperaturas muito mais baixas, sem a necessidade de qualquer tipo de desperdício. Além disso, não gera diretamente emissões de gases de efeito estufa.
Dois problemas, uma solução
Como a reciclagem de plástico exige triagem e processamento dispendiosos, apenas uma pequena fração do plástico descartado no mundo é realmente reciclada.
“Na prática, os plásticos descartados são frequentemente misturados, contaminados com alimentos, adesivos, rótulos, corantes e outros aditivos, ou misturados em embalagens multicamadas”, disse o coautor Woo Jae Kim, professor de engenharia química e ciência de materiais na Ewha Womans University, na Coreia do Sul, ao Gizmodo por e-mail. “É portanto difícil e tecnicamente mais caro do que a refinação produzir novos plásticos a partir de recursos fósseis”.
Investigação preliminar ele mostrou que em 2022, a taxa global de reciclagem permaneceu em apenas 9%, enquanto 40% foram parar em aterros e 34% foram incinerados. Enquanto isso, espera-se que o uso de plástico cresça, passando de 464 megatons em 2020 para 884 megatons em 2050, segundo um deles. projeção.
Ao mesmo tempo, o mundo pressiona por fontes de energia limpas. O hidrogénio é frequentemente apontado como um combustível promissor porque pode ser queimado como petróleo ou gás, mas não liberta dióxido de carbono (CO2), que aquece o planeta. O problema é que as fontes de hidrogénio puro não estão prontamente disponíveis na Terra. Se quisermos usá-lo, precisamos fazê-lo.
Para resolver estes dois problemas, os engenheiros químicos estão a explorar diferentes formas de transformar resíduos plásticos em hidrogénio limpo. Dois métodos que têm recebido atenção significativa nos últimos anos são a pirólise e a gaseificação.
A pirólise aquece os plásticos em um ambiente livre de oxigênio, decompondo-os em óleo, carvão e gases (incluindo hidrogênio). O processo produz emissões de carbono relativamente baixas, mas só funciona bem com certos tipos de plástico e, portanto, requer uma triagem e refinação extensivas.
A gaseificação funciona de maneira diferente, oxidando parcialmente os materiais a temperaturas muito mais altas para produzir uma mistura de hidrogênio, monóxido de carbono e hidrocarbonetos. Como a gaseificação pode lidar com materiais misturados sem uma grande triagem, é geralmente considerada uma abordagem económica, mas requer altas pressões e temperaturas extremas para torná-la muito intensiva em energia, resultando em emissões substanciais de CO2.
Para eliminar estas desvantagens, este novo estudo propõe a utilização de tratamento térmico alcalino para reciclar resíduos plásticos mistos. Os autores do ATT adaptaram o seu processo do método que Kim tinha cultivado por Ah-Hyung “Alissa” Park, professor de química e engenharia biomolecular na Universidade da Califórnia, Los Angeles. Eles estavam desenvolvendo um processo original para converter biomassa, como algas, em hidrogênio de uma forma neutra em carbono, mas se perguntavam se uma abordagem semelhante também poderia ser útil para a reciclagem de plásticos mistos.
Uma conversão mais limpa
No laboratório, Kim, Park e seus colegas usaram ATT modificado para converter três dos materiais mais comuns – tereftalato de polietileno (PET), polietileno (PE) e polipropileno (PP) em hidrogênio de alta pureza. A ATT decompõe o plástico misturando-o com hidróxido de sódio (NaOH) e aquecendo-o. Devido às condições alcalinas, o NaOH não requer tanto calor quanto a gaseificação.
Primeiro, o processo rendeu significativamente mais hidrogênio do PET do que do PE ou PP. Esses dois plásticos consistem inteiramente em ligações carbono-hidrogênio e, portanto, são quimicamente inertes sob condições alcalinas. Para resolver esse problema, os pesquisadores expuseram brevemente o PE e o PP ao calor e à dor leve antes da reação principal. Este pré-tratamento permitiu que todos os três plásticos fossem efetivamente dissolvidos.
Com esta abordagem, os pesquisadores produziram rendimentos de hidrogênio de 43,7, 51,9 e 30,2 milimoles de gás hidrogênio por grama de PET, PE e PP, respectivamente – rendimentos comparáveis aos obtidos por pirólise e gaseificação. Além do mais, a sua análise pós-reação mostra que as emissões de carbono provenientes da reação são insignificantes.
Julie Zimmerman, professora de engenharia química e ambiental e vice-reitora de soluções planetárias na Universidade de Yale, disse que o estudo é “um conceito de reação interessante e potencialmente importante”, mas é muito cedo para dizer se já é um caminho escalonável e sustentável para converter plásticos mistos em hidrogênio limpo.
“Os autores demonstram uma forma química confiável de produzir hidrogênio de alta pureza a partir de PET e PE e PP pré-oxidados, uma mistura contendo três materiais”, disse Zimmerman. “No entanto, experimentos de miligramas, pré-tratamento de oxidação longo, uso de álcalis substanciais e altas temperaturas finais constituem viabilidade química em vez de viabilidade técnica ou econômica.”
Os investigadores concordam que a optimização do processo e a avaliação da sua viabilidade económica requerem mais investigação. Embora a reação produza emissões diretas negligenciáveis de CO2, será necessário realizar uma análise completa do ciclo de vida para compreender a sua pegada de carbono global, disse Kim. A equipe também precisa desenvolver uma forma eficiente de reciclar o hidróxido de sódio e testar se o método funciona com resíduos plásticos que contenham resíduos de alimentos, umidade, aditivos e outros contaminantes.
Embora ainda haja muito trabalho a ser feito, o estudo marca um passo importante em direção a uma forma mais eficiente e potencialmente mais limpa de converter plástico em hidrogênio. À medida que os resíduos e as emissões de carbono continuam a acumular-se, encontrar novas soluções para estes problemas tornar-se-á ainda mais premente.
