Plástico sustentável obtido a partir de resíduos agrícolas já é uma realidade

A busca por materiais sustentáveis nunca foi tão urgente: num mundo cada vez mais enfraquecido pelos efeitos da aquecimento global e lidar com o desenvolvimento muito rápido dos países emergentes, um dos desafios mais cruciais é aquele representado pela plástico, agora onipresente no dia a dia de cada um de nós, de uma ponta à outra do planeta.

Além do problema de descarte de materiais plásticos, o que também é preocupante é o facto de estas substâncias serem produzidas a partir de combustíveis fósseis, razão pela qual sua síntese impacta diretamente oemissão de gases de efeito estufa e aquecimento global.

Cientistas da EPFL, no entanto, desenvolveram um método sustentável de produção plásticos de alto desempenho, como as poliamidas, a partir de um açúcar extraído de resíduos agrícolas, em particular a partir de biomassa, como madeira ou espigas de milho.

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Plástico sustentável, um desafio verdadeiramente crucial para o planeta

produtos materiais plásticos de alto desempenho de forma sustentável é um desafio crucial para o futuro do planeta, especialmente se considerarmos que a maioria dos materiais de alto desempenho, como o náilon ou os chamados tecnopolímeros, utilizam precursores aromáticos que ainda são muito difíceis de obter de forma sustentável.

Uma abordagem pioneira para esse problema vem do estudo realizado pela equipe de Jeremy Luterbacher do Politécnico Federal de Lausanne acaba de ser publicado em “Sustentabilidade da Natureza”: os pesquisadores conseguiram sintetizar alguns poliamidas, classe de plásticos à qual pertencem os diversos tipos de náilon, a partir de um núcleo de açúcar derivados de resíduos agrícolas.

Não apenas o novo método explora um recurso renovável, mas também consegue alcançar essa transformação de forma eficiente e com um impacto ambiental mínimo.

"Os plásticos típicos de origem fóssil precisam de grupos aromáticos para conferir rigidez aos seus plásticos, o que lhes confere propriedades de desempenho como dureza, força e resistência em altas temperaturas“, explica Luterbacher.

"Aqui obtemos resultados semelhantes, mas usamos uma estrutura de açúcar, que é encontrado em toda a natureza e geralmente é completamente não tóxico, para fornecer rigidez e propriedades de desempenho".

O carboidrato obtido a partir de resíduos, lemos no estudo, é capaz de conferir aos plásticos desempenhos capazes de competir com os dos Polímeros “clássicos” ou semi-aromáticos.

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Aquelas poliamidas sustentáveis ​​e com preço competitivo…

Lorenz Manker e seus colegas desenvolveram um processo sem catalisador para convertê-lo xilose dimetil glioxilato (DMGX), um carboidrato estabilizado proveniente diretamente de biomassa, como madeira ou espigas de milho, fabricado em poliamidas de alta qualidade.

O processo, além de sustentável, é também extremamente eficaz: na verdade, atinge um desempenho impressionante eficiência atômica de 97 por cento, o que significa que quase todo o material inicial é utilizado no produto final, reduzindo drasticamente o desperdício.

O que os cientistas conseguiram obter são poliamidas amorfas com desempenho comparável a alternativas semi-aromáticas de base fóssil. Como afirma o estudo, “apesar da presença de um núcleo de carboidrato, esses materiais mantêm suas propriedades termomecânicas graças a múltiplos ciclos de reciclagem mecânica de alto cisalhamento e eles podem ser reciclados quimicamente".

Não só isso: a análise técnico-económica e a avaliação do ciclo de vida das novas poliamidas sustentáveis ​​mostraram que estes materiais poderiam ter "un preço competitivo em comparação com poliamidas tradicionais, incluindo nylons (por exemplo nylon 66), com um redução do potencial de aquecimento global em até 75%".

Como lemos no estudo, as poliamidas têm um alto valor de mercado, com preços variando de 3 a 7 dólares por quilo para o náilon 66 até 20 dólares por quilo para poliftalamidas à base de ácido (PPAs) semi-aromáticas de alto desempenho. seus copolímeros.

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Um processo eficiente capaz de reduzir a pegada ambiental

Ponto de partida para poliamidas sustentáveis é o xilose dimetil glioxilato (DMGX), um precursor polimérico que pode ser produzido a partir de biomassa disponível e que já foi utilizado para produzir poliésteres degradáveis.

No novo estudo, o mesmo composto é utilizado para a síntese de poliamidas de alto peso molecular, utilizando o derretendo a 250 graus centígrados, sem necessidade de catalisador e com tempos de reação de apenas três horas.

A produção de monômeros sustentáveis ​​para incorporação em poliamidas projetadas poderia reduzir significativamente a pegada ambiental da indústria química, oferecendo ao mesmo tempo a possibilidade de aumentar a rentabilidade da biomassa lignocelulósica abrindo um mercado de alto valor agregado comparado ao dos poliésteres básicos e das poliolefinas.

As poliamidas tradicionais, como náilon ou Kevlar, possuem alta resistência a impactos, desgaste, solventes e óleos, garantindo razoável isolamento térmico.

Em termos de sustentabilidade, no entanto, ainda há muito trabalho a fazer. Isso pode ser visto claramente se levarmos em consideração o potencial de aquecimento global (GWP), que expressa a contribuição de um material para o efeito estufa e que é particularmente elevada para as poliamidas. Como afirma o estudo, “a poliamida mais comum, o náilon 66, tem um PAG de aproximadamente 8-9 kg equivalente de CO2 por quilo”, em comparação com os 3 kg de tereftalato de polietileno (PET).

Também é interessante notar como em síntese de náilon, grande parte do GWP se deve justamente ao precursor, ou seja, o ácido adípico, que sozinho “pesa” 8,5 kg.

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Uma alternativa real e concreta ao uso de plásticos fósseis

"Ao analisar a sustentabilidade geral do nosso material, também consideramos outras categorias de impacto ambiental além do GWP”, explicam os cientistas. Como muitas vezes acontece com produtos de base biológica, a carga ambiental para a produção destas poliamidas é transferida para outros lugares, particularmente envolvendo o transformação natural do solo e ecotoxicidade causada pela agricultura intensiva.

O plástico obtido de Resíduos agrícolas, lemos no estudo: “reduziu esta carga em comparação com outras poliamidas de base biológica que cultivam culturas oleaginosas exclusivamente para este fim (por exemplo, poliamidas derivadas de óleo de mamona)”. Além disso, a utilização de resíduos agrícolas em vez de óleos vegetais reduz significativamente o impacto na acidificação terrestre, naeutrofização de água doce, sobre a ecotoxicidade marinha e o esgotamento dos combustíveis fósseis.

As poliamidas de base biológica desenvolvidas pelos pesquisadores da EPFL oferecemalternativa muito promissora aos plásticos fósseis, para uma variedade de aplicações que vão desde componentes automotivos até filamentos para impressão 3D e bens de consumo.

"Encontrar precursores plásticos que possam ser sintetizados com alta eficiência a partir de matérias-primas abundantes e renováveis, que são compatíveis com diferentes materiais químicos e que podem oferecer propriedades de desempenho semelhantes às dos monômeros aromáticos e ftalatos, facilitariam muito a concorrência com produtos petrolíferos”, mostra novamente o estudo.

O caminho ainda é longo, mas o progresso avança rapidamente: a produção destes novos materiais já está em fase de expansão graças à Bloom Biorrenováveis, o spin-off da EPFL que visa colocá-los no mercado. A alternativa concreta aos plásticos fósseis já é uma realidade.

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