Uma maneira inesperada de reciclar: resíduos plásticos se transformam em sabão

Jul 13, 2023

Guoliang 'Greg' Liu, do Departamento de Química, descobriu um novo método de reciclagem de plásticos - de caixas de leite, recipientes de alimentos e sacos plásticos - em sabão. O método: Aqueça as longas cadeias de carbono nos plásticos e depois resfrie-as rapidamente.

10 de agosto de 2023

Uma equipe liderada por pesquisadores da Virginia Tech desenvolveu um novo método para reciclar plásticos em produtos químicos de alto valor conhecidos como surfactantes, que são usados ​​para criar sabão, detergente e muito mais.

Plásticos e sabonetes tendem a ter pouco em comum no que diz respeito à textura, aparência e, o mais importante, à forma como são usados. Mas há uma ligação surpreendente entre os dois a nível molecular: a estrutura química do polietileno — um dos plásticos mais utilizados no mundo actualmente — é surpreendentemente semelhante à de um ácido gordo, que é utilizado como precursor químico para sabão. Ambos os materiais são feitos de longas cadeias de carbono, mas os ácidos graxos possuem um grupo extra de átomos no final da cadeia.

Guoliang “Greg” Liu, professor associado de química na Virginia Tech College of Science, há muito que sentia que esta semelhança implicava que deveria ser possível converter polietileno em ácidos gordos – e com algumas etapas adicionais ao processo – para produzir sabão. O desafio era como quebrar uma longa cadeia de polietileno em muitas cadeias curtas – mas não muito curtas – e como fazê-lo de forma eficiente. Liu acreditava que havia potencial para um novo método de reciclagem que pudesse transformar resíduos plásticos de baixo valor em uma mercadoria útil e de alto valor.

Depois de considerar a questão por algum tempo, Liu sentiu-se inspirado enquanto desfrutava de uma noite de inverno junto à lareira. Ele observou a fumaça subindo do fogo e pensou em como a fumaça era composta de minúsculas partículas produzidas durante a combustão da lenha. Embora os plásticos nunca devam ser queimados numa lareira por razões de segurança e ambientais, Liu começou a perguntar-se o que aconteceria se o polietileno pudesse ser queimado num ambiente laboratorial seguro. A combustão incompleta do polietileno produziria “fumaça” assim como a queima de madeira? Se alguém capturasse essa fumaça, do que ela seria feita?

“A lenha é feita principalmente de polímeros como a celulose. A combustão da lenha quebra esses polímeros em cadeias curtas e, em seguida, em pequenas moléculas gasosas antes da oxidação completa em dióxido de carbono”, disse Liu, titular da Blackwood Junior Faculty Fellowship of Life Sciences no Departamento de Química. “Se decompormos de forma semelhante as moléculas de polietileno sintético, mas interrompermos o processo antes que elas se decomponham em pequenas moléculas gasosas, então deveremos obter moléculas de cadeia curta, semelhantes ao polietileno.”

Com a ajuda de Zhen Xu e Eric Munyaneza, dois Ph.D. estudantes de química no laboratório de Liu, Liu construiu um pequeno reator semelhante a um forno onde eles poderiam aquecer o polietileno em um processo chamado termólise por gradiente de temperatura. Na parte inferior, o forno está a uma temperatura alta o suficiente para quebrar as cadeias poliméricas e, na parte superior, o forno é resfriado a uma temperatura baixa o suficiente para impedir qualquer quebra adicional. Após a termólise, eles recolheram o resíduo – semelhante a limpar a fuligem de uma chaminé – e descobriram que o palpite de Liu estava certo: era composto de “polietileno de cadeia curta”, ou mais precisamente, ceras.

Este foi o primeiro passo no desenvolvimento de um método para transformar plásticos em sabão, disse Liu. Ao acrescentar mais algumas etapas, incluindo a saponificação, a equipe fez o primeiro sabonete do mundo com plástico. Para dar continuidade ao processo, a equipe contou com a ajuda de especialistas em modelagem computacional, análise econômica e muito mais.

Alguns desses especialistas foram apresentados à equipe por meio de conexões com o Macromolecules Innovation Institute da Virginia Tech. Juntos, o grupo documentou e aprimorou o processo de upcycling até que estivesse pronto para ser compartilhado com a comunidade científica. O trabalho foi publicado hoje na popular revista Science.

“Nossa pesquisa demonstra um novo caminho para a reciclagem de plástico sem usar novos catalisadores ou procedimentos complexos. Neste trabalho, mostramos o potencial de uma estratégia conjunta para a reciclagem de plástico”, disse Xu, autor principal do artigo. “Isso irá instruir as pessoas a desenvolver designs mais criativos de procedimentos de reciclagem no futuro.”