Microsoft lança mouse Ocean Plastic: casca feita de plástico reciclado e bateria que dura até 12 meses
setembro 28, 2021
Avanços tecnológicos a favor da sustentabilidade da economia circular
outubro 18, 2021Do lixo ao luxo: pesquisa torna o plástico mais sustentável através da economia circular
A partir da década de 1950 os plásticos mudaram nossas vidas. Esses materiais incríveis, porém, são feitos principalmente de hidrocarbonetos fósseis como petróleo, gás e carvão – e nenhum é biodegradável. Assim, a maioria das quase 9 bilhões de toneladas de plástico já produzidas é agora lixo e se encontra em aterros sanitários e oceanos.
Embora os esforços de reciclagem de plástico tenham começado nos Estados Unidos já na década de 1980, a partir de 2018, a taxa doméstica geral de reciclagem de plástico é menor que 10% no país.
“A sustentabilidade dos plásticos continua sendo um grande desafio; é uma crise nacional e global iminente”, afirma Timothy Long, professor das Escolas de Engenharia Ira A. Fulton e da Escola de Ciências Moleculares da Universidade Estadual do Arizona. “Está vindo à tona para as pessoas abordarem. Há um senso de urgência agora.”, ele diz.
Uma forma de diminuir o desafio dos resíduos plásticos é introduzir a circularidade: a noção de que tudo o que é criado é devolvido ao sistema de manufatura sem que nada seja enviado aos aterros.
“É a ideia de que o lixo se transforma em ouro”, diz Long, que também dirige o Centro de Biodesign para Materiais Macromoleculares Sustentáveis e Fabricação. “Como pegamos esses fluxos de resíduos de plástico e os devolvemos a uma matéria-prima valiosa? No momento, essa é uma área muito importante para a pesquisa, não só para as universidades, mas para todas as indústrias líderes na fabricação de plásticos.”
O desenvolvimento de um plano viável para uma economia circular de plásticos é o foco principal de uma Fundação Nacional de Ciência chamada Fronteiras Emergentes em Pesquisa e Inovação , ou EFRI na sigla em inglês, projeto que Long está liderando com uma equipe interdisciplinar de pesquisadores. Essa equipe inclui ASU e Virginia Tech – dois primeiros membros universitários da Ellen MacArthur Foundation, um centro global e líder de avanços para economias circulares – além do Laboratório Nacional de Energia Renovável, Laboratório Nacional Oak Ridge e Adidas.
Os projetos EFRI são escolhidos para promover ideias transformadoras que podem mudar o conhecimento e causar impactos a longo prazo em grandes desafios ou outras necessidades sociais.
“As ideias são novas, a engenharia é desafiadora e a equipe é a certa para resolvê-las. Acho que essa é uma grande parte da razão pela qual fomos escolhidos”, diz Long. “Estamos abordando não apenas a ciência e a engenharia, mas também os elementos humanísticos da tecnologia.”Long e sua equipe de pesquisadores estão trabalhando para eliminar plásticos em fim de vida em sua abordagem de “moléculas para fabricação” do projeto EFRI de US$ 1,89 milhão para otimizar e padronizar processos para fazer uma economia circular para pelo menos um tipo de plástico: espumas de poliuretano ou PUFs.
Dando nova vida aos resíduos de espuma
A equipe de pesquisadores liderada por Long planeja literalmente se jogar aos colchões na luta contra o lixo plástico. O principal componente de poliuretano na espuma do colchão representa a sexta maior família de polímeros fabricados no mundo; colchões podem apresentar uma maneira mais fácil de coleta do que outras fontes de espuma, que incluem tênis, almofadas de assento e isolamento.
Na ASU, Long está contando com uma equipe de cientistas do ASU Biodesign Institute e da Escola de Ciências Moleculares, bem como engenheiros da Escola de Engenharia de Matéria, Transporte e Energia e da Escola Politécnica, duas das sete Escolas Fulton.
“A cultura interdisciplinar que existe na ASU é realmente essencial para este projeto”, diz ele.
O grupo de pesquisa de Long, formado por químicos, cientistas de materiais e engenheiros, está se voltando para o básico, observando como os PUFs são feitos e explorando sua estrutura molecular.
Enquanto Long e sua equipe estão descendo para o nível molecular, Kailong Jin, um professor assistente de engenharia química, e seu grupo de pesquisa estão criando um novo processo sem adição de solvente, que transforma PUFs diretamente em outros polímeros usando catalisadores enzimáticos.
“Se for bem-sucedida, esta pesquisa desenvolverá uma abordagem escalonável para reciclar resíduos de poliuretano reticulado em uma diversidade de produtos poliméricos valiosos”, diz Jin.
Enquanto isso, Matthew Green, um professor associado de engenharia química, e sua equipe de pesquisa estão no que ele chama de “serviço de limpeza”.
“Desmontar um polímero não significa que você criou uma economia de plástico circular. Você tem que demonstrar que pode obter essas moléculas de volta, em alta pureza, e usá-las repetidamente”, diz Green. “Meu trabalho é tentar isolar e purificar os componentes do fluxo que saem de seu processo de desconstrução e fazer isso de uma maneira muito eficiente em termos de energia.”
Kenan Song, professor assistente de engenharia mecânica, está explorando como usar técnicas de fabricação avançadas para processar espumas residuais, desde a moldagem tradicional até novas tecnologias de fabricação aditiva.
“Estamos desenvolvendo novos princípios de fabricação que irão inovar a microestrutura porosa das espumas para melhor desempenho em produtos reciclados”, diz Song sobre sua equipe de pesquisa no Laboratório de Manufatura Avançada de Materiais Avançados . “Usar a manufatura aditiva significa que vamos economizar materiais e consumo de energia em comparação com o processamento subtrativo convencional.”
Os esforços das equipes da ASU são apoiados por dois laboratórios nacionais, que “trazem algumas das ferramentas de pesquisa mais avançadas que temos no país, e eles trazem conhecimento nacional crítico para a equação”, diz Long.
O Oak Ridge National Laboratory contribui com ferramentas analíticas para ajudar os pesquisadores a compreender e medir a mecânica fundamental de como as espumas podem ser desconstruídas e reutilizadas.
O Laboratório Nacional de Energia Renovável traz experiência em processos químicos, projeto de reatores e estratégias de purificação para ajudar a quebrar os polímeros em PUFs, em um processo chamado despolimerização.
O lado econômico e social da tecnologia de reciclagem
Essa pesquisa vai muito além da ciência e da engenharia de poliuretanos. Jennifer Russell, professora assistente de biomateriais sustentáveis na Virginia Tech, e sua equipe de pesquisa estão garantindo que as tecnologias desenvolvidas pelos pesquisadores da ASU possam ser realmente adotadas em todo o mundo. Isso envolve considerar as implicações econômicas, sociais e ambientais da criação de um sistema circular para PUFs.
A equipe de Russell analisará resíduos de materiais de PUF de fontes industriais, comerciais, institucionais e residenciais – e confirmará se colchões, em comparação com tênis ou outra fonte, apresentam desafios de gestão de resíduos mais significativos e a melhor matéria-prima para reciclagem.
O impacto ambiental em cada estágio do ciclo de vida do PUF é outra consideração importante para a equipe de Russell. Eles avaliarão se desviar produtos e resíduos de PUF e reciclá-los leva às reduções de impacto ambiental desejadas.
“Não queremos propor novas tecnologias ou novos sistemas que nos deixem em uma situação ambiental ainda mais grave”, diz ela.
A avaliação técnico-econômica ajudará a equipe de Russell a determinar o desempenho econômico de novas tecnologias desenvolvidas por pesquisadores da ASU, a infraestrutura e os sistemas necessários para desviar e reciclar PUFs e os ganhos econômicos que as empresas podem obter com o uso de materiais reciclados de PUF ao invés de materiais novos.
A equipe de Russell também criará previsões qualitativas e quantitativas de condições futuras e necessidades materiais com as partes interessadas relevantes que representam a gestão, manufatura, governo e indústria “para garantir que as soluções de infraestrutura e sistemas desenvolvidas por meio deste projeto sejam realmente viáveis, adequadas e tenham sido concebidas coletivamente.”
A Adidas, fabricante líder de têxteis à base de poliuretano, incluindo PUFs para uso em calçados esportivos e outros equipamentos, será uma das principais partes interessadas da indústria neste projeto EFRI.
“A Adidas traz validação externa do que estamos fazendo em termos de impacto translacional”, diz Long. “Isso aumenta as chances de usarmos o que aprendemos aqui na ASU e colocar no mercado.”
A empresa também oferece instalações e testes que ajudarão a avaliar as propriedades das espumas recicladas para garantir que atendam às necessidades da Adidas e de outras empresas.
Trabalhando rumo a um futuro mais sustentável
Toda a equipe EFRI está animada para trabalhar em conjunto e aprender uns com os outros em um projeto com imenso potencial de impacto.
“Os poliuretanos são uma fração enorme dos polímeros que fabricamos e usamos e, no momento, não temos estratégias de reciclagem viáveis”, diz Green. “Se formos capazes de realizar o que colocamos na proposta, isso terá um impacto social imenso.”
Russell diz que está animada com a oportunidade de reconhecer que as soluções tecnológicas devem ser feitas com avanços comportamentais e econômicos sustentáveis e análises de consequências indesejadas – e para demonstrar um modelo para lidar com outros desafios de sustentabilidade problemáticos, mas importantes.
“Se não conseguirmos que as pessoas usem a inovação que estamos desenvolvendo, mesmo a tecnologia mais perfeita e os avanços de inovação acabarão sendo inúteis”, diz Russell. “Queremos não apenas encontrar soluções de engenharia para os desafios da despolimerização de PUFs, mas também construir uma visão de sistemas que garanta que essas soluções sejam economicamente viáveis, escalonáveis e ambientalmente preferíveis. Para conseguir isso, precisamos considerar e engajar com as dimensões humanas da reciclagem e uma economia circular desde o início.”
Referências
Plastics: Material-Specific Data | US EPA
Ira A. Fulton Schools of Engineering – Creating engineers and inspiring innovation
School of Molecular Sciences: Home page
Biodesign Center for Sustainable Macromolecular Materials and Manufacturing
EMERGING FRONTIERS IN RESEARCH AND INNOVATION | Beta site for NSF
Ellen MacArthur Foundation: How to build a circular economy
National Renewable Energy Laboratory (NREL) Home Page | NREL
Oak Ridge National Laboratory: Solving the Big Problems
adidas Official Website | adidas US
Team | Biodesign Institute | ASU
Group Members – Jin Research Group
Advanced Materials Advanced Manufacturing Laboratory (AMAML) – Team
Advanced Materials Advanced Manufacturing Laboratory (AMAML) – Team
Advanced Materials Advanced Manufacturing Laboratory (AMAML)
