A acumulação de resíduos plásticos constitui um dos maiores desafios ambientais da nossa era. Em resposta, uma equipa de investigadores da Universidade de Yale desenvolveu uma abordagem inovadora que promete transformar este problema numa solução energética eficiente.
O desafio do tratamento do plástico
Enquanto toneladas de resíduos plásticos continuam a acumular-se em aterros sanitários, cientistas procuram formas de lhes dar um novo propósito. Uma das técnicas mais estudadas é a pirólise, um processo termoquímico que utiliza calor extremo na ausência de oxigénio para decompor materiais a nível molecular.
No caso dos plásticos, este processo pode gerar químicos valiosos, incluindo componentes para combustíveis.
No entanto, os métodos tradicionais de pirólise enfrentam obstáculos significativos. As abordagens que recorrem a catalisadores para acelerar as reações químicas e aumentar o rendimento são, por norma, dispendiosas.
Sempre que falamos de catalisadores, falamos de custos elevados e de uma vida útil limitada, pois estes acabam por se degradar por diferentes motivos.
Explica Liangbing Hu, professor de engenharia elétrica e ciência dos materiais em Yale. Por outro lado, os métodos sem catalisadores tendem a apresentar uma baixa taxa de conversão, o que resulta num aproveitamento ineficiente dos resíduos.
Abordagem inovadora: reator impresso em 3D
A equipa de Yale, liderada pelos professores Liangbing Hu e Shu Hu, encontrou uma forma de contornar estas limitações. Desenvolveram um método de pirólise sem catalisadores que é, simultaneamente, seletivo e energeticamente eficiente, capaz de converter uma elevada percentagem de plástico em produtos químicos de grande valor.
O segredo reside num reator de coluna de carbono, aquecido eletricamente e impresso em 3D. Este reator possui uma estrutura porosa hierárquica, composta por três secções com poros de tamanho decrescente:
- A primeira com poros de um milímetro;
- A segunda de 500 micrómetros;
- E a terceira de apenas 200 nanómetros.
Esta arquitetura é fundamental para o sucesso do processo, pois controla o progresso da reação.
Em primeiro lugar, a estrutura impede que as moléculas maiores avancem prematuramente pelo reator antes de serem devidamente decompostas. Além disso, permite um controlo preciso da temperatura ao longo da coluna, o que evita a coqueificação (formação de depósitos de carbono) e outros efeitos secundários que poderiam comprometer a eficiência do processo.
Resultados bastante promissores
Para validar o sistema, os investigadores testaram o reator com amostras de polietileno, um dos plásticos mais comuns. Os resultados foram impressionantes, atingindo uma taxa de rendimento recorde de quase 66% do plástico convertido em produtos químicos úteis para a produção de combustíveis.
A utilização da impressão 3D foi crucial para que a equipa pudesse controlar com precisão as dimensões dos poros e investigar os efeitos da pirólise.
Com o objetivo de demonstrar um design mais escalável para aplicações industriais, os cientistas testaram também um dispositivo composto por feltro de carbono comercialmente disponível.
Verificaram que, mesmo sem a otimização detalhada da estrutura impressa em 3D, este design melhorou a seletividade dos produtos e alcançou um rendimento satisfatório: converteu mais de 56% do plástico em químicos de valor.
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