Catalisadores à base de cobalto podem ser utilizados para transformar resíduos plásticos mistos em combustível, novos plásticos e outros produtos.

Os resíduos plásticos podem ser reaproveitados, mas a mistura de diferentes tipos de plástico dificulta muito esse processo, fazendo com que mais lixo seja acumulado.

Como os plásticos podem ser classificados em sete tipos diferentes, e a reciclagem depende que esses tipos estejam separados para que não ocorra a contaminação do material, boa parte dessas matérias são desperdiçadas. Hoje, grande parte do material plástico coletado por meio de programas de reciclagem acaba em aterros sanitários.

Mas essa questão está bem próxima de ser resolvida. De acordo com uma nova pesquisa do MIT, um processo químico usando um catalisador baseado em cobalto foi bastante eficaz na quebra de uma variedade de plásticos, como polietileno (PET) e polipropileno (PP), as duas formas de plástico mais amplamente produzidas, em um único produto, propano. O propano pode ser usado como combustível para fogões, aquecedores e veículos, ou como matéria-prima para a produção de uma ampla variedade de produtos ― incluindo novos plásticos, potencialmente fornecendo pelo menos um sistema de reciclagem parcialmente fechado.

A descoberta foi descrita no artigo do professor de engenharia química do MIT, Yuriy Román-Leshkov, o pós-doutorando Guido Zichitella e outros sete pesquisadores do MIT, no Laboratório Nacional SLAC Acelerador de Partículas e do Laboratório Nacional de Energias Renováveis.

A reciclagem de plásticos tem sido um problema difícil, explica Román-Leshkov, porque as moléculas de cadeia longa nos plásticos são mantidas juntas por ligações de carbono, que são “muito estáveis e difíceis de quebrar”. As técnicas existentes para quebrar essas ligações tendem a produzir uma mistura aleatória de diferentes moléculas, que então exigiriam métodos de refino complexos para separar em compostos específicos utilizáveis. “O problema é: não há como controlar onde na cadeia de carbono você quebra a molécula”, afirma o professor.

Mas para surpresa dos pesquisadores, um catalisador feito de um material microporoso chamado zeólito, que contém nanopartículas de cobalto, pode quebrar seletivamente várias moléculas de polímeros plásticos e transformar mais de 80% delas em propano.

Embora os zeólitos sejam repletos de pequenos poros com menos de um nanômetro de largura (correspondendo à largura das cadeias poliméricas), uma suposição lógica era que haveria pouca interação entre o zeólito e os polímeros. Surpreendentemente, no entanto, o oposto acabou sendo o caso: não apenas as cadeias poliméricas entram nos poros, mas o trabalho sinérgico entre o cobalto e os sítios ácidos no zeólito pode quebrar a cadeia no mesmo ponto. Esse ponto de clivagem acabou correspondendo a cortar exatamente uma molécula de propano sem gerar metano indesejado, deixando o restante dos hidrocarbonetos mais longos prontos para passar pelo processo, novamente e novamente.

“Uma vez que você tem esse único composto, propano, você diminui a carga nas separações a jusante”, diz Román-Leshkov. “Essa é a essência de por que achamos que isso é muito importante. Não estamos apenas quebrando as ligações, mas estamos gerando principalmente um único produto que pode ser usado para a fabricação de muitos itens e em processos diferentes.

Os materiais necessários para o processo, zeólitos e cobalto, “são bastante baratos” e amplamente disponíveis, diz o pesquisador do MIT, embora hoje a maior parte do cobalto venha de áreas problemáticas na República Democrática do Congo. Algumas novas produções estão sendo desenvolvidas no Canadá, em Cuba e em outros lugares. 

Outro material necessário para o processo é o hidrogênio, que hoje é produzido principalmente a partir de combustíveis fósseis, mas pode ser facilmente feito de outras maneiras, incluindo a eletrólise da água usando eletricidade livre de carbono, como energia solar ou eólica.

Os pesquisadores testaram seu sistema em um exemplo real de plástico reciclado misturado, produzindo resultados promissores. No entanto, mais testes serão necessários em uma variedade maior de fluxos de resíduos mistos, para determinar quanto entupimento ocorre com a presença de contaminantes no material como tintas, colas e rótulos colados nos recipientes plásticos, ou outros materiais não plásticos que são misturados com os resíduos, e como isso afeta a estabilidade a longo prazo do processo.

Junto com colaboradores do NREL, a equipe do MIT também está continuando a estudar a economia do sistema e analisando como ele pode se encaixar nos sistemas de hoje para lidar com plásticos e fluxos de resíduos mistos. “Ainda não temos todas as respostas”, diz Román-Leshkov, mas a análise preliminar parece promissora.

Fonte:

https://news.mit.edu/2022/plastics-recycling-cobalt-catalyst-1006