Cientistas inventam uma maneira brilhante de transformar plásticos em líquidos que podem armazenar energia de hidrogênio

O novo processo é muito eficiente em termos energéticos e pode ser facilmente alimentado por energia renovável no futuro, ao contrário de outros processos de reciclagem movidos a calor, como a pirólise.

Esta inovação supera os desafios atuais na reciclagem de plásticos como o polipropileno (PP), o polietileno (PE) e o poliestireno (PS), que normalmente são incinerados ou descartados em aterros sanitários. Globalmente, apenas nove por cento dos plásticos são reciclados e a poluição por plásticos está a crescer a um ritmo alarmante.

O maior desafio da reciclagem destes plásticos são as suas ligações inertes carbono-carbono, que são muito estáveis ​​e, portanto, requerem uma quantidade significativa de energia para serem quebradas. Esta ligação é também a razão pela qual estes plásticos são resistentes a muitos produtos químicos e têm pontos de fusão relativamente elevados.

Atualmente, a única forma comercial de reciclar esses plásticos é através da pirólise, que tem elevados custos energéticos e gera grandes quantidades de emissões de gases com efeito de estufa, tornando-o proibitivo em termos de custos, dado o produto de menor valor do óleo de pirólise resultante.

Desenvolvido pelo professor associado Soo Han Sen, especialista em fotocatálise da Escola de Química, Engenharia Química e Biotecnologia da NTU, o novo método usa LEDs para ativar e quebrar as ligações inertes carbono-carbono em plásticos com a ajuda de um vanádio disponível comercialmente. catalisador.

Publicado esta semana na revista Química, o método NTU pode reciclar uma variedade de plásticos, incluindo PP, PE e PS. Estes plásticos, juntos, representam mais de 75% dos resíduos plásticos globais.

Ao desenvolver uma solução verde para o problema dos resíduos plásticos, a equipa quis garantir que fossem geradas emissões extras mínimas de carbono através da reciclagem de plásticos, que são longas cadeias de moléculas contendo átomos de carbono.

O Inventor Assoc Prof Soo disse: “Nossa descoberta não apenas fornece uma resposta potencial para o 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.”

Como os plásticos são decompostos

Primeiramente, os plásticos são dissolvidos ou dispersos no solvente orgânico conhecido como diclorometano, que é utilizado para dispersar as cadeias poliméricas para que fiquem mais acessíveis ao fotocatalisador. A solução é então misturada com o catalisador e flui através de uma série de tubos transparentes onde a luz LED incide 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-hidrogénio nos plásticos são oxidadas – tornando as ligações menos estáveis ​​e mais reativas – após o que as ligações carbono-carbono são quebradas.

Após a separação da solução, os produtos finais resultantes são ingredientes químicos como ácido fórmico e ácido benzóico, que podem ser usados ​​para fabricar outros produtos químicos empregados em células de combustível e transportadores de hidrogênio orgânico líquido (LOHCs). Os LOHC estão agora a ser explorados pelo sector da energia, uma vez que desempenham um papel crítico no desenvolvimento de energia limpa, dada a sua capacidade de armazenar e transportar gás hidrogénio de forma mais segura.

Ao contrário das tecnologias atuais e de outras tecnologias emergentes para reciclar plásticos, como a pirólise, que utiliza um processo de alta temperatura para derreter e degradar os plásticos em combustíveis de baixa qualidade, ou nanotubos de carbono e hidrogénio, o novo método baseado em LED requer muito menos energia.

O professor Soo acrescenta que seu método é único, pois pode usar luz solar ou LEDs alimentados com eletricidade de fontes renováveis, como solar, eólica ou geotérmica, para processar e reciclar completamente uma ampla gama de plásticos. Isto pode permitir uma gestão limpa e energeticamente eficiente dos plásticos numa economia circular e aumentar a taxa de reciclagem dos plásticos.

O processo também pode ajudar Singapura a reduzir a quantidade de resíduos plásticos incinerados ou depositados em aterros, ajudando o país a cumprir o seu Plano Diretor de Resíduos Zero, que visa aumentar a taxa global de reciclagem para 70 por cento até 2030 e reduzir os resíduos destinados a o aterro de Semakau, que deverá ficar sem espaço até 2035.

Singapura gera cerca de 1 milhão de toneladas de resíduos plásticos anualmente e apenas 6% dos resíduos plásticos de Singapura são reciclados.

Este estudo faz parte de um projeto maior, intitulado ABETO: Reutilização Sustentável de Plásticos para uma Economia Circularque também envolve o Professor Xin (Simba) Chang, Reitor Associado (Pesquisa) da Nanyang Business School e Professor Associado Md Saidul Islam da Escola de Ciências Sociais.

A equipa interdisciplinar estima que, se Singapura conseguir reciclar 80 por cento dos seus plásticos, isso poderá levar a uma redução de pelo menos 2,1 milhões de toneladas nas emissões de dióxido de carbono – cerca de quatro por cento das emissões totais de gases com efeito de estufa do país.

Além disso, quando os plásticos são reciclados em matéria-prima química, reduz-se a necessidade da indústria química de queimar combustíveis fósseis para produzir matéria-prima química, reduzindo ainda mais as emissões de gases com efeito de estufa.

Com base nas estimativas do professor Chang e outros membros da equipe, o benefício econômico da redução das emissões de dióxido de carbono é estimado em 41,40 milhões de dólares por ano, enquanto a economia de custos estimada ao evitar o uso de aterros é de cerca de 41,35 milhões de dólares por ano em Cingapura.^, Prevê-se qu