Investigadores criaram um reactor solar que aproveita ácido recuperado de baterias antigas de automóvel para decompor plásticos difíceis de reciclar, gerando hidrogénio como combustível e também químicos de valor, como o ácido acético.
A abordagem transforma dois grandes fluxos de resíduos em matérias-primas para produção de energia e de produtos químicos, contornando simultaneamente a deposição de plásticos e a necessidade de neutralizar o ácido.
Porque é que o ácido importa
A produção mundial de plástico atingiu 460 milhões de toneladas em 2019, mas apenas 9% dos resíduos foi reciclado.
Ao contrário de muitas soluções actuais, este processo começa com um ácido que acelera a abertura de plásticos mais teimosos - e que, além disso, pode ser reutilizado.
“Esta descoberta foi quase acidental”, afirmou o Professor Erwin Reisner. No contexto da química de reciclagem, o resultado tem peso porque os ácidos são usados há muito para partir plásticos, mas os sistemas de baixo custo impulsionados por luz tendem a falhar.
Resíduos e ácido
Em frascos com plástico de garrafa triturado e ácido sulfúrico recuperado, cadeias longas do polímero foram cortadas em fragmentos menores, passando a existir como matérias-primas que o reactor conseguia efectivamente aproveitar.
Ao seguir esses fragmentos, o Professor Erwin Reisner, da Universidade de Cambridge, demonstrou que a luz solar podia libertar hidrogénio, deixando como produto o ácido acético.
Com base nessa prova, o grupo de Reisner aplicou o mesmo esquema a nylon e poliuretano e manteve o sistema em funcionamento durante 260 horas.
Esta durabilidade indica que a química não é o principal ponto fraco - embora a passagem do êxito em laboratório para a indústria continue a depender de um desenho de reactor mais robusto.
O que a luz solar muda
Depois de o ácido cumprir a sua função, um fotocatalisador - um material que usa luz para promover reacções - concluiu o processo com luz solar.
Os eletrões libertados pela luz favoreceram a formação de hidrogénio, enquanto o fragmento de origem desses eletrões evoluiu no sentido do ácido acético.
Em meio ácido, a equipa reportou 89% de selectividade para ácido acético, isto é, a fracção do resultado total que se converte num produto-alvo.
Em contexto industrial, um conjunto de produtos mais “limpo” poderá simplificar a separação a jusante, um detalhe importante porque a separação costuma determinar custos reais.
Para além de plásticos de garrafa
O plástico de garrafa foi apenas o primeiro teste, já que o reactor também processou nylon e poliuretano - dois materiais que frequentemente resistem à reutilização.
Após o tratamento ácido, o nylon gerou hidrogénio e um subproduto ácido provável, enquanto o poliuretano apresentou a maior produção de hidrogénio.
Em conjunto, estes dados alargam o alcance do sistema para lá das embalagens de bebidas e apontam para têxteis, espumas e fluxos de resíduos mistos.
Dentro da química
O processo começou com a luz solar a retirar eletrões de um pequeno fragmento rico em carbono libertado pelo plástico, ao mesmo tempo que os protões no ácido formavam gás hidrogénio.
De seguida, ocorreu uma etapa que já não exigiu luz: a superfície do catalisador ajudou a reorganizar esse fragmento, favorecendo a formação de ácido acético em vez de uma mistura mais ampla.
Ensaios com carbono marcado mostraram que o ácido acético retinha os átomos de carbono do plástico original, reforçando a interpretação.
De forma decisiva, o ácido não só se manteve estável como também influenciou o destino final do carbono.
A aguentar mais tempo (reactor solar de Reisner)
Ao longo de ciclos repetidos, o catalisador permaneceu activo por 11 dias, e o desempenho melhorou após o primeiro ciclo.
Durante a operação, a sua superfície alterou-se, expondo mais área útil e sítios de reacção mais eficazes.
As quebras posteriores pareceram dever-se sobretudo a perdas de material durante a lavagem, e não à dissolução dos metais essenciais na solução.
Do ponto de vista de fábrica, uma substituição constante do catalisador apagaria rapidamente grande parte do valor ambiental e económico do processo.
Reaproveitar resíduos de baterias
Baterias de automóvel em fim de vida costumam permitir recuperar chumbo reutilizável, mas o ácido remanescente é frequentemente neutralizado e passa a ser mais um resíduo.
Como essas baterias contêm cerca de 20% a 40% de ácido em volume, o líquido descartado representa uma matéria-prima industrial considerável.
Ao usar ácido recuperado de uma bateria usada, o reactor produziu hidrogénio e ácido acético a ritmos próximos dos obtidos com ácido novo.
Em vez de pagar para neutralizar o ácido, os operadores poderiam reintegrá-lo no processo e reduzir mais uma carga de resíduos.
Aumentar a escala do sistema
Para lá dos ensaios em pequena escala, um reactor maior, construído de forma artesanal, continuou a produzir hidrogénio durante cinco dias enquanto processava material real proveniente de garrafas.
Uma versão portátil de duas câmaras também começou a gerar hidrogénio em 30 minutos, indicando que a química responde em horizontes temporais práticos.
Estes testes de escala ainda foram modestos, mas mostraram que o método pode sair do banco de laboratório e avançar para provas de engenharia aplicadas.
A operação estável é relevante, porque os sistemas de hidrogénio tornam-se mais úteis quando conseguem alimentar outro equipamento ou processo.
Custos e limites
Quando a equipa modelou a economia, a venda de um ingrediente recuperado usado na produção de garrafas e do ácido acético fez descer o custo líquido do hidrogénio para valores abaixo de zero.
Ainda assim, o cenário não está fechado, porque o modelo não incluiu todos os custos de separação necessários numa unidade industrial completa.
“Não estamos a prometer resolver o problema global dos plásticos”, disse Reisner.
Visto desta forma, o reactor surge como um complemento à reciclagem convencional, e não como um substituto total.
Onde se encaixa
No essencial, o reactor combina um ácido industrial comum com luz solar e um catalisador durável, oferecendo aos plásticos mais difíceis uma alternativa à eliminação.
Se forem desenvolvidos sistemas de escoamento resistentes à corrosão à sua volta, a proposta poderá gerar hidrogénio e químicos úteis a partir de fluxos de resíduos mais complexos.
Comentários
Ainda não há comentários. Seja o primeiro!
Deixar um comentário