Reciclagem de plástico, um carbono de cada vez

Uma equipe de cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab)e a UC Berkeley desenvolveram uma nova técnica para reciclar sacolas plásticas de polietileno e embalagens de alimentos em propileno ou gás propeno, um valioso material inicial para plásticos comerciais e produtos químicos básicos.

A reciclagem do plástico polietileno em plásticos novos e recicláveis ​​poderia ajudar a reduzir as emissões de carbono associadas à poluição plástica e aos aterros sanitários.

“O mundo produz mais de 200 mil milhões de libras de polietileno”, disse o cientista John Hartwig, autor sénior do estudo da Science que relata a nova técnica. “Dependemos dos polietilenos. Eles apresentam grandes benefícios para uma ampla gama de aplicações, desde tubos e materiais de construção até preservação de alimentos. Os resíduos destes plásticos podem ser uma fonte de carbono, mas estes materiais são muito difíceis de reciclar. Nosso trabalho aborda esse problema oferecendo uma nova estratégia para reciclar polietilenos para produzir produtos químicos que normalmente obtemos de fontes fósseis.”

Hartwig é cientista sênior da Divisão de Ciências Químicas do Berkeley Lab e professor de química na UC Berkeley. Ele também é líder do programa de catálise e transformações químicas no Berkeley Lab.

O polietileno é uma cadeia polimérica de moléculas ou monômeros compreendendo dois átomos de carbono e quatro átomos de hidrogênio: C2H4. Durante muitos anos, os investigadores quiseram encontrar uma forma de reciclar quimicamente o polietileno, recuperando os monómeros para fazer novos polímeros de polietileno, como alternativa a uma técnica de reciclagem chamada pirólise, que cliva as cadeias de polietileno a temperaturas muito elevadas para formar uma mistura de cadeias. . O problema com a pirólise é que é difícil separar os produtos com um comprimento de cadeia específico que você deseja para uma finalidade específica (como lubrificantes ou como precursores de combustíveis) dos produtos que são muito curtos ou muito longos para serem usados.

Portanto, para reciclar quimicamente o polietileno, é necessário quebrar suas ligações químicas. O polietileno é mantido unido por ligações carbono-carbono incomumente não reativas que são muito difíceis de quebrar, mas, de acordo com Hartwig, “nós encontramos uma maneira de usar uma série de catalisadores para clivar muito seletivamente essas ligações no polietileno para produzir propileno, uma matéria-prima químico."

Em um experimento importante, Hartwig e sua equipe dissolveram amostras de polietileno de alta densidade (HDPE) (o plástico presente em tampas de recipientes, jarras de leite e frascos de xampu) com gás etileno e um catalisador em um solvente em um recipiente pressurizado. Estas condições, previram os investigadores, forçariam o hidrogénio a sair de algumas das unidades monoméricas – e tal perda de hidrogénio, raciocinaram, permitiria, por sua vez, uma série de reações entre o polímero desidrogenado e o etileno na presença de catalisadores adicionais para produzir propileno.

Para surpresa dos investigadores, embora o hidrogénio tenha sido removido de apenas 1,9% das unidades monoméricas, 87% dos átomos de carbono numa cadeia de polímero HDPE reagiram com o etileno e transformaram-se em propileno em apenas 18 horas. Isto significa que todos os outros monómeros numa cadeia de 1.000 unidades monoméricas se transformaram em gás propileno – por outras palavras, “não sobrou nenhum polímero”, disse Hartwig. “Fiquei muito chocado por ter funcionado tão bem.”

Experimentos na Fundição Molecular do Berkeley Lab confirmaram que as mudanças no peso molecular do material durante as reações estavam ocorrendo conforme planejado.

Hartwig disse que embora a técnica ainda não esteja pronta para implantação em escala industrial, suas descobertas têm implicações importantes para a reciclagem de plástico polietileno em matérias-primas de carbono para novos plásticos, lubrificantes industriais, combustíveis de aviação e matérias-primas químicas.

Em experimentos futuros, ele e sua equipe planejam melhorar a viabilidade comercial da técnica com catalisadores recicláveis. Eles também gostariam de usar este trabalho para estabelecer as bases para a concepção de novos tipos de plástico quimicamente recicláveis.

Este trabalho foi apoiado pelo DOE Office of Science.