Power Shift é a série contínua do Gizmodo de Ellyn Lapointe que explora avanços em tecnologia verde, com foco em energia renovável, modernização da rede e redução de emissões.
A reciclagem de plásticos e a descarbonização energética representam dois dos mais importantes desafios de sustentabilidade do nosso tempo. Um novo estudo oferece uma solução que pode resolver ambos os problemas simultaneamente: converter resíduos plásticos em hidrogénio limpo.
Embora o conceito não seja novo, o método é descrito em um artigo publicado – no Proceedings of the National Academy of Sciences no início deste mês – melhora significativamente os 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 uma extensa triagem de resíduos. Além disso, não emite diretamente 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.
“Tradicionalmente, os plásticos descartados são frequentemente misturados, contaminados com alimentos, adesivos, rótulos, corantes e outros aditivos, ou combinados em embalagens multicamadas”, disse o coautor Woo Jae Kim, professor de engenharia química e ciência de materiais na Ewa Women’s University, na Coreia do Sul, ao Gizmodo por e-mail. “Portanto, separá-los e limpá-los pode ser tecnicamente mais difícil e mais caro do que produzir novos plásticos a partir de recursos fósseis”.
Pesquisa anterior mostrou Que em 2022, a taxa global de reciclagem estagnou em apenas 9%, enquanto 40% acabou em aterros e 34% foi incinerado. Entretanto, espera-se que o consumo de plástico continue a crescer, passando de 464 megatons em 2020 para 884 megatons em 2050. Projeção.
Ao mesmo tempo, o mundo necessita urgentemente de fontes de energia limpa. 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 não existe uma fonte de hidrogênio puro facilmente extraível na Terra. Se quisermos usá-lo, temos que criá-lo.
Para resolver estes dois problemas, os engenheiros químicos estão a explorar diferentes formas de converter resíduos plásticos em hidrogénio limpo. Dois métodos que ganharam atenção significativa nos últimos anos são a pirólise e a gaseificação.
A pirólise aquece os plásticos num ambiente livre de oxigénio, decompondo-os em petróleo, carvão e gás (incluindo hidrogénio). 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 forma diferente, oxidando parcialmente o plástico a temperaturas muito mais elevadas para produzir uma mistura de hidrogénio, monóxido de carbono e hidrocarbonetos. Como a gaseificação pode lidar com plásticos mistos sem uma triagem extensiva, é geralmente considerada um método mais económico, mas a alta pressão e as temperaturas extremas tornam-na extremamente intensiva em energia, resultando em emissões substanciais de CO2.
Para superar essas desvantagens, este novo estudo propõe o uso de tratamento térmico alcalino para reciclar resíduos plásticos mistos. Os autores adaptaram o seu processo ATT a partir de uma abordagem de Kim desenvolvido Com Ah-Hyung “Alisa” Park, professora de engenharia química e biomolecular na Universidade da Califórnia, em Los Angeles. Eles projetaram o processo original para converter biomassa, como algas marinhas, em hidrogênio de uma forma neutra em carbono, mas se perguntaram se o mesmo método também poderia ser útil para reciclar plásticos mistos.
Uma transição mais limpa
No laboratório, Kim, Park e seus colegas usaram ATT modificado para converter os três plásticos 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. Graças à condição alcalina fornecida pelo NaOH, não requer tanto calor quanto a gaseificação.
Primeiro, o processo produz significativamente mais hidrogénio a partir do PET do que do PE ou PP. Esses dois plásticos consistem inteiramente em ligações carbono-hidrogênio, portanto são quimicamente inertes sob condições alcalinas. Para resolver esse problema, os pesquisadores expuseram brevemente o PE e o PP a calor moderado e oxigênio antes da reação principal. Este pré-tratamento permite que todos os três plásticos se decomponham de forma eficiente.
Com este método, os pesquisadores produziram 43,7, 51,9 e 30,2 mmol de gás hidrogênio por grama de PET, PE e PP, respectivamente – comparáveis aos rendimentos alcançados pela pirólise e gaseificação. Além do mais, a análise pós-reação mostrou que as emissões de carbono da reação foram insignificantes.
Julie Zimmerman, professora de engenharia química e ambiental e vice-reitora de Soluções Planetárias da Universidade de Yale, disse que a pesquisa apresenta um “conceito de feedback interessante e potencialmente importante”, mas é muito cedo para dizer se é um caminho escalonável e sustentável para a conversão de plásticos compostos em hidrogênio.
“Os autores demonstram uma rota química convincente para produzir hidrogênio de alta pureza a partir de PET e PE e PP pré-oxidados com uma mistura controlada dos três plásticos”, disse Zimmerman. “No entanto, experimentos em escala de miligramas, longos pré-tratamentos de oxidação, uso de álcalis substanciais e altas temperaturas finais estabelecem a viabilidade química em vez da viabilidade técnica ou econômica.”
Os investigadores concordam que são necessárias mais pesquisas para otimizar o processo e avaliar a sua viabilidade económica. Se a reação produzir 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 precisa desenvolver uma forma eficiente de reciclar o reagente hidróxido de sódio e testar se esse método funciona com resíduos plásticos que contêm 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 tanto o lixo como as emissões de carbono continuam a acumular-se, encontrar soluções inovadoras para estes problemas tornar-se-á mais importante.
