1. Caminhos não biológicos para reciclagem/atualização de PET

A reciclagem do PET pode ser realizada por meio de rotas não biológicas, como técnicas mecânicas ou processos químicos. O método mecânico envolve trituração, lavagem e aquecimento, mas apresenta limitações em termos de pureza e qualidade dos produtos resultantes. Por outro lado, a reciclagem química envolve a despolimerização e a repolimerização para criar matéria-prima de alta qualidade, promovendo a reciclagem em circuito fechado e o crescimento da cadeia de valor dos recursos, ao mesmo tempo que reduz as emissões de carbono.

1.1 Reciclagem mecânica de PET: status e desafios

A reciclagem mecânica é uma tecnologia madura e amplamente aplicada no campo de reciclagem de PET, e seu baixo custo e facilidade de operação a tornam dominante na reciclagem de produtos de material único, como garrafas plásticas.

A reciclagem mecânica envolve principalmente a coleta e a classificação de resíduos de PET, depois a moagem e a moagem em pequenos pedaços, seguidos pela lavagem para remover contaminantes, secagem e aquecimento para convertê-los em resina de PET derretida, que é então extrudada em pellets para a fabricação de novos produtos.

No entanto, a reciclagem mecânica também apresenta limitações significativas. Primeiro, a pureza dos resíduos de PET deve atingir um determinado padrão para garantir a qualidade dos produtos reciclados. Segundo, o processo de reciclagem física pode danificar as cadeias moleculares do PET, resultando em um desempenho inferior ao do material original. Além disso, esse método é limitado na conversão de resíduos de PET em produtos de alto valor agregado.

Além disso, o consumo de energia e as emissões de carbono associados à reciclagem mecânica não podem ser ignorados. Os processos de britagem, moagem e lavagem no fluxo de trabalho da reciclagem mecânica exigem energia mecânica e térmica, frequentemente derivada da combustão de combustíveis fósseis, resultando em emissões de dióxido de carbono. As etapas de secagem e aquecimento também exigem um aporte energético significativo, aumentando ainda mais a pegada de carbono geral.

1.2 Reciclagem Química: Técnicas Pioneiras para Upcycling de PET 

A reciclagem química representa uma abordagem transformadora para a gestão de resíduos de PET, oferecendo uma alternativa sofisticada aos métodos tradicionais de reciclagem mecânica. Esse processo não apenas produz matérias-primas de alta pureza, como ácido tereftálico (PTA) e monoetilenoglicol (MEG), mas também oferece a versatilidade necessária para reciclar PET em um sistema de circuito fechado e explorar novas possibilidades de utilização de recursos por meio de ciclos abertos.

A reciclagem química, também conhecida como reciclagem de circuito fechado, é uma tecnologia não biológica que envolve a quebra de longas cadeias de polímeros de PET por meio de métodos de tratamento termoquímico em monômeros ou outras matérias-primas petroquímicas básicas, que podem então ser usadas para fabricar novos PET ou outros produtos de valor agregado.

O processo de reciclagem química inclui despolimerização, purificação, repolimerização e conformação. A despolimerização é a etapa crítica, normalmente realizada pelo uso de excesso de metanol e catalisadores para aquecer e decompor o PET em seus monômeros individuais. A etapa de purificação envolve a remoção de impurezas ou contaminantes dos monômeros, enquanto a repolimerização utiliza calor e catalisadores para remontar os monômeros em novos polímeros de PET.

Em comparação com a produção de PET virgem, a reciclagem química também pode reduzir as emissões de gases de efeito estufa e o consumo de energia em até 50%. No entanto, a reciclagem química é um processo mais complexo e caro do que a reciclagem mecânica, e ainda existem desafios em termos de escalabilidade e viabilidade comercial. Apesar desses desafios, o potencial da reciclagem química do PET é imenso.

1.2.1 Reciclagem eficiente em circuito fechado: conversão de resíduos de PET em TPA e EG de alta qualidade

A reciclagem em circuito fechado de resíduos de PET por meio de tratamento preciso em nível molecular pode convertê-los em TPA e EG de alta pureza, que são monômeros cruciais para a fabricação de novos produtos de PET. 

A chave para esse processo está na despolimerização, que pode ser alcançada por meio de vários métodos, incluindo hidrólise, amonólise, alcoólise, bem como tecnologias fotocatalíticas e eletroquímicas avançadas.

Hidrólise: Em condições ácidas, alcalinas ou neutras, o PET sofre hidrólise em altas temperaturas e/ou pressões, produzindo TPA e EG.

Amonólise: Em altas temperaturas, o PET reage com amônia ou compostos de amina, produzindo tereftalamida (a forma amida do TPA) e EG, que pode ser posteriormente convertido em TPA.

Alcoólise: Em temperaturas específicas, o PET reage com o metanol, produzindo tereftalato de dimetila (DMT) e EG, que é uma forma de transesterificação.

Técnicas oxidativas de ponta para a decomposição de resíduos plásticos, como fotocatálise e eletroquímica, são foco de pesquisa em reciclagem química. Essas abordagens oferecem um meio promissor, ecológico e eficaz de transformar e recuperar materiais valiosos a partir de resíduos.

A fotocatálise envolve a utilização de materiais semicondutores como catalisadores e a irradiação de luz do PET para produzir TPA e EG, utilizando fontes de energia renováveis, como a energia solar. Este método opera em temperatura e pressão ambiente, reduzindo o consumo de energia e o impacto ambiental.

A eletroquímica utiliza um processo eletroquímico em uma célula eletrolítica para decompor o PET em TPA e EG, oferecendo controlabilidade do processo, alta seletividade e consumo mínimo de energia. Ela permite o uso de energia elétrica renovável para reduzir a pegada de carbono.

1.2.2 Melhoria de Resíduos de PET: De Monômeros a Produtos Químicos de Valor Agregado

A aplicação de tecnologias de reciclagem química na reciclagem de resíduos de PET demonstrou seu imenso potencial, fornecendo novas direções para a reciclagem de recursos e o desenvolvimento sustentável.

Como mencionado anteriormente, a despolimerização é uma etapa crucial na reciclagem química, e os vários métodos de despolimerização também abriram possibilidades para a valorização de resíduos de PET para produzir produtos químicos de valor agregado.

Durante a amonólise na reciclagem química, o polímero PET pode ser convertido em valiosas diamidas/amidas de TPA, reagindo com amônia ou aminas em altas temperaturas. Esses produtos têm diversas aplicações, como plastificantes, adesivos, agentes antimicrobianos e corantes têxteis, e também podem ser modificados em poli(éster-amidas), tereftalonitrila e p-xililenodiamina, fornecendo novos materiais para solventes orgânicos e outras indústrias químicas.

Em estratégias de oxidação mais avançadas, o processo fotocatalítico utiliza materiais semicondutores como catalisadores, gerando radicais livres ou espécies ativas de oxigênio sob irradiação de luz para decompor plásticos PET em moléculas menores, como formaldeído, ácido fórmico e ácido acético. Esses produtos também podem servir como solventes, matéria-prima química e aditivos plásticos, oferecendo uma ampla gama de aplicações industriais.

O processo eletroquímico, por outro lado, aplica uma corrente elétrica em uma célula eletrolítica para decompor o PET em TPA e EG, convertendo posteriormente o EG em compostos oxigenados, como ésteres de formato, ácido fórmico e ácido glicólico. Este método também pode produzir hidrogênio, reduzindo o consumo de energia e a pegada de carbono.

2. Caminhos biológicos: inovações verdes na reciclagem de PET

A reciclagem enzimática, também chamada de reciclagem biológica, é um novo método de reciclagem de PET que utiliza enzimas para decompor os produtos de PET em monômeros. Ela supera as desvantagens da reciclagem mecânica e química e reduz as emissões de gases de efeito estufa e o consumo de energia, melhorando assim a eficiência da reciclagem de PET.

O processo de reciclagem biológica do PET inclui várias etapas: primeiro, a coleta e triagem dos resíduos de PET, depois a redução de tamanho, seguida pela despolimerização enzimática, purificação e, por fim, a repolimerização para regenerar os materiais de PET. Este método emprega microrganismos e enzimas para a biodespolimerização, produzindo uma mistura de monômeros e oligômeros de alta qualidade, proporcionando um caminho de reciclagem verde e sustentável.

A principal vantagem da reciclagem biológica é seu impacto ambiental relativamente baixo, permitindo a recuperação de resíduos de PET de baixa qualidade e a produção de novo PET com desempenho semelhante ao do PET virgem. Além disso, a reciclagem biológica não requer combustíveis fósseis, reduzindo significativamente o consumo de energia e as emissões de dióxido de carbono.

3. Abordagem Integrada Não Biológica/Biológica: Reciclagem Inovadora de Resíduos de PET

A introdução da biocatálise impulsionou a transição da química verde para a química circular. A abordagem integrada não biológica/biológica é um processo em etapas que combina as vantagens da hidrólise química e das tecnologias de conversão biológica para alcançar o aproveitamento dos recursos dos resíduos de PET.

A reciclagem e a valorização de resíduos de PET podem ser realizadas por meio de um método inovador integrado não biológico/biológico. Essa abordagem emprega, primeiramente, vias químicas, como a hidrólise, para converter eficientemente resíduos de PET em TPA, bis(2-hidroxietil) tereftalato (BHET) e EG. Esses produtos quimicamente decompostos tornam-se então os substratos ideais para a conversão biológica, onde cepas bacterianas modificadas podem transformar ainda mais esses monômeros orgânicos em uma gama mais ampla de produtos químicos úteis, garantindo a despolimerização seletiva e a conversão biológica eficiente.

Essa abordagem químico-biológica integrada combina a velocidade e a controlabilidade da química com a seletividade e as condições amenas da biologia, permitindo uma produção mais eficiente de TPA e EG, além de promover a geração de produtos químicos de alto valor agregado, impulsionando assim a reciclagem e a modernização do PET em circuito fechado. Por exemplo, o BHET, como principal produto da fermentação do açúcar do PET, pode ser convertido em TPA por meio de ação enzimática, um processo que pode ser concluído em um tempo relativamente curto e com alto rendimento.

Além disso, sistemas fotoeletroquímicos biocatalíticos (PEC) inovadores utilizam energia solar para impulsionar a biossíntese, convertendo compostos como o etilenoglicol em outros produtos químicos úteis. Esses sistemas empregam eletrodos catalíticos de estado sólido como ativadores de enzimas solares, oferecendo novas perspectivas para a conversão e aplicação de energia solar, aumentando ainda mais a sustentabilidade e o respeito ao meio ambiente da reciclagem de PET.

4. Conclusão

O campo da reciclagem de PET se diversificou com o surgimento de processos mecânicos, químicos e biológicos, juntamente com técnicas integradas de ponta, não biológicas e biológicas. Apesar de seus benefícios e limitações individuais, essas tecnologias visam, em conjunto, canalizar os resíduos de PET para a economia circular. Com inovações futuras, a eficácia e a sustentabilidade da reciclagem de PET estão prestes a sofrer melhorias significativas, alinhando ainda mais a indústria humana com a gestão ambiental.