Transcrição Ex Libris – S01e14

[Tecnologia] – O sol, o homem e os plásticos.

E não é que – aparentemente – o homem descobriu como usar o sol para desfazer o que ele fez de bobagem nas últimas décadas?

Olá, eu sou Sérgio Vieira e este é o 14º episódio da primeira temporada do Ex-Libris, um podcast rápido e ligeiro sobre Política, Comportamento Humano, Ciência, Tecnologia e Cultura. A cada episódio um tema. Seja bem vindo e espero que o Ex-Libris esteja atendendo suas expectativas. Espero também ansioso sua opinião para saber se estou no caminho certo. Assim, dê um pulo lá no idigitais.com e deixe seu comentário no post deste episódio, ou na sua transcrição ou ainda envie um email para idigitais@gmail.com.

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Pois é gente… falhei uma semana p’ra gravar, me atrapalhei todo na edição e estou completamente atrasado. Começa a partir de agora o Ex-Libris sobre Tecnologia de 20 de nov de 2018.

Hoje eu falo sobre o sol, o homem e os plásticos, ou em modo mais direto:
E não é que – aparentemente – o homem descobriu como usar o sol para desfazer o que ele fez de bobagem nas últimas décadas?

Agora em Agosto de 2018 foi publicado um artigo instigante – na Royal Society of Chemical Energy & Environmental Science, pelos pesquisadores Taylor Uekert, Moritz Kuehnel, David Wakerley e Erwin Reisner – que tem por Abstract, ou como sumário, o título: Resíduos plásticos como matéria-prima para a geração de hidrogênio molecular a partir da energia solar.

Se fosse um brasileiro o título do “paper” seria algo como: Como produzir hidrogênio combustível a partir de certos plásticos, o “pulo do gato” e a energia solar.

Mas aqui, hoje não é brincadeira… parece que a coisa é seria, por enquanto… estou aguardando as refutações ao artigo. E, esse Abstract prossegue:

A transformação dos plásticos por irradiação solar oferece um meio simples e de baixo consumo de energia para transformar resíduos em hidrogênio molecular. Aqui, nós relatamos a foto-transformação eficiente de três polímeros comumente produzidos – ácido polilático, polietileno tereftalato (PET) e poliuretano – usando pontos quânticos de sulfeto de cádmio cobertos com ácido oleico, de baixo custo de produção, em solução aquosa alcalina.
Este processo opera sob temperatura e pressão ambientes, gera hidrogênio molecular puro e converte o polímero residual em produtos orgânicos, como formiato, acetato e piruvato. Além disso, validamos a aplicabilidade real do sistema convertendo uma garrafa de água feita de PET em hidrogênio molecular. Esta é a primeira e transparente demonstração de foto-transformação de plástico livre de utilização de metais nobres.

O link deste artigo encontra-se na transcrição deste episódio no idigitais.com ou no medium.com/@sergiovds. Infelizmente o artigo é restrito, mas dá uma futricada no Google tem até vídeo, olha o link lá na transcrição deste podcast.

[  ] Aqui abro um parênteses para esclarecer:
O polietileno tereftalato (o famoso PET), é um polímero termoplástico, formado pela reação entre o ácido tereftálico e o etileno glicol. O PET é utilizado principalmente em embalagens para bebidas e na forma de fibras para tecelagem.

É um poliéster por possuir o grupo funcional éster na sua cadeia principal, e pode ser reprocessado diversas vezes. Com a melhoria da qualidade de produção e reciclagem do PET, surgiram aplicações importantes, como tecidos, lâminas e embalagens para produtos alimentícios.

O ácido polilático (ou poliácido láctico ou ainda PLA) é um polímero constituído por moléculas de ácido láctico, com propriedades semelhantes às do PET e que é utilizado para fabricar também vasilhames ou envases, mas que também é biodegradável. Degrada-se em água e dióxido de carbono.

O poliuretano (ou PU) é um polímero que compreende uma cadeia de unidades orgânicas unidas por ligações uretânicas. É amplamente usado em espumas rígidas e flexíveis, em elastômeros duráveis e em adesivos de alto desempenho, em selantes, em fibras, vedações, gaxetas, preservativos, carpetes, peças de plástico rígido e tintas.

Por meio de operações nanotecnológicas o pesquisadores conseguem sintetizar pontos quânticos de Sulfeto de Cádmio cobertos com ácido oleico, que é um ácido carboxílico.

Explicando esta última frase: O ponto quântico é uma região semicondutora (ou metálica) tão pequena que é essencialmente confinada em todas as nossas três dimensões espaciais; como um átomo, contém um número finito de cargas e possui níveis discretos de energia. Por isso é chamado de átomo artificial…

Veja o link na transcrição desde episódio para uma explicação bem melhor que essa minha tentativa aqui.

E o ácido oleico é carboxílico por quê? Porque possui um grupo funcional COOH. Ácido oleico é um ácido graxo de cadeia longa possuindo 18 carbonos na sua estrutura. Por possuir uma dupla ligação entre os carbonos ele é chamado de ácido graxo insaturado.

Os ácidos graxos são uma classe de compostos orgânicos que constituem os lipídeos, os quais são vitais na construção da membrana celular, estando presentes na epiderme, os quais protegem e fazem parte da barreira da pele evitando a sua desidratação, por perda de água trans-epidérmica. O ácido oleico é um ácido graxo (ômega 9), o qual participa do nosso metabolismo, desempenhando um papel fundamental na síntese dos hormônios.

Por sinal, por ser velho e ter usado muito produto esfoliador e básico em minha pele (principalmente nas extremidades de meus membros superiores e inferiores) devido aos banhos intermináveis na água quente e sabonetes, perdi parte da barreira trans-epidérmica e agora preciso usar um creme oleico caro bagaray para não desenvolver foliculite sem mais nem menos e ter que apelar para bactericidas específicos. Acredita? Banhos em excesso e ao longo de décadas fazem mal ao seu maior órgão. Fale com o seu dermatologista.

Agora que a turma de química e biologia se divertiu pelas bobagens que falei e o restante deve estar desligado o player, vamos para o assunto de verdade.
[ ] Fechando o parênteses que abri lá atrás.

Toda esta verborragia técnica anterior significa: Cientistas britânicos descobriram um processo barato baseado na luz do sol para transformar resíduos de plástico em hidrogênio em questão de horas!

Algumas produtoras de polímeros – como a Dow Chemical; a Lyondell Basell; Exxon Mobil; a SABIC; INEOS; BASF (conhecida aqui como BASF); ENI; LG Chem; a Chevron Phillips, que juntas faturam coisa de 560 bilhões de dólares por ano – devem estar felizes da vida (vai dobrar o mercado).

Na transcrição do episódio eu mostro o faturamento anual e o faturamento por funcionário de cada empresa – se você quiser comprar ações, é claro.

  • Dow Chemical – EUA: faturamento bruto anual de $49 bi (US$1 mi/func)
  • Lyondell Basell – Holanda: US$ 33 bi (US$ 2,6 mi/func)
  • Exxon Mobil EUA: $236 bi (US$ 3,2 mi/func)
  • SABIC – Arabia Saudita: US$ 35.4 bi (US$ 0,88 mi/func)
  • INEOS – multi sede na Suiça: US$40 bi (US$ 2,4 mi/func)
  • BASF – Alemanha : US$ 63.7 bi (Us$ 0,57 mi/func)
  • ENI – Italia: US$ 61.6 bi (US$ 1,9 mi/func)
  • LG Chem – Coreia do Sul: US$ 17.8 bi (1,28 mi/func)
  • Chevron Phillips – EUA: US$13.4 bi (2,7 mi/func)

Rápido esclarecimento antes que alguns comecem a jogar pedras: muitos dos plásticos eventualmente começam a se decompor quando são imersos em água e/ou expostos à luz solar, mas este processo pode levar anos, centenas, às vezes milhares de anos.

Então… a beleza desse caso é que pesquisadores britânicos conseguiram acelerar essa reação usando um fotocatalisador.
Tadá!!!

… Cadê a música do De Volta para o Futuro 2?

Voltando a seriedade científica. Os cientistas britânicos Taylor Uekert do laboratório Reisner da Universidade de Cambridge na Inglaterra e seus colegas, Moritz, David e o chefão que dá o nome ao laboratório, Erwin Reisner, desenvolveram um processo simples baseado no espectro eletromagnético da luz solar para degradar resíduos de alguns tipos de plásticos abundantes nos lixos urbanos, industriais e rurais em hidrogênio molecular, portanto, combustível e produtos químicos úteis, na realidade moléculas orgânicas.

A foto-transformação de álcoois simples para produzir hidrogênio tem sido pesquisada extensivamente, mas este processo se mostrou muito caro – até agora.

Esses pesquisadores loucos, como diria Asterix – e de acordo com o artigo publicado – usaram resíduos plásticos como uma alternativa abundante e barata aos álcoois.

Os plásticos são mais difíceis de transformar por causa de suas estruturas complexas, baixa solubilidade em água e baixa biodegradação, considerando o tempo humano.

Queremos usar lixo não-reciclável e fazer algo útil com isso. O lixo plástico contém muita energia e quando você o joga fora, você joga fora a energia. Mesmo quando se usa plásticos biodegradáveis, e os resíduos não são gerados, a energia nesse plástico ainda é perdida

diz Moritz Kuehnel, da Universidade de Swansea.

O processo, chamado “photoreforming”, é razoavelmente simples considerando o estado da arte da nanotecnologia. Coloca-se o foto-catalisador no plástico – toda a descrição está no paper  disponível no link deste episódio – e depois mergulham o plástico já com o foto-catalisador em uma solução alcalina.

É quase igual ao que acontece quando a sua mãe coloca aquele seu tênis branco imundo em uma bacia com sabão de côco e cândida sob o sol.

Só aqui a coisa é um pouco diferente… os ingredientes são outros e os pontos quânticos de cádmio não são maiores que cinco nanômetros de diâmetro – 100 mil vezes menor que o diâmetro de um fio de cabelo humano – o que lhes dá uma enorme quantidade de área de superfície, nanometricamente falando, tornando o catalisador extremamente eficiente.

Complementando, a irradiação com a luz solar reduz a água da solução para o hidrogênio, enquanto os polímeros plásticos oxidam – ou seja, ligam-se aos átomos de oxigênio – simultaneamente em pequenas moléculas orgânicas.
Todo o processo pode ser feito à temperatura e pressão ambientes, o que contribui para a sua relação custo-benefício.

Parece quase uma fusão a frio, né?
Quem não sabe sobre fusão a frio dá uma pesquisadinha no Google

O grupo testou o sistema foto-transformador em três polímeros comuns, como já citado lá no abstract do artigo e no início deste podcast: PET PLA e PU. Os resultados foram compatíveis com os sistemas de fotocatálise do hidrogênio de última geração, e que até o momento, empregavam reagentes extremamente caros, inviabilizando a aplicação.

Dispor adequadamente os plásticos e reciclá-los em novos produtos ​​requer materiais puros e limpos. Sempre foi um problemão – para os adeptos da conduta politicamente correta – a busca do “passo ecológico” quando consideradas as quantidades de energia e água potável utilizadas na preparação do descarte do resíduo plástico.

Vamos descontar a bronca 1ª sobre a produção estúpida de plásticos, e em 2º lugar a irritação com o pessoal que descarta plásticos velhos, onde os plastificantes e outros produtos já estão se decompondo – certeza que você já pegou um saquinho plástico e achou que ele estava engordurado… nada disso, era apenas plastificante seguindo seu curso natural de entropia.

Caso você ainda não saiba, os plásticos com decomposição de plastificantes e contaminados com alimentos ou óleo são quase impossíveis de reciclar, porque essas impurezas interferem nos processos tradicionais de reciclagem. Mas como diz um dos pesquisadores que desenvolveram este processo, isso não é um problema para o método proposto por eles:

Uma das belezas da nossa abordagem de foto-transformação é que ela não é muito exigente, basicamente o processo consome tudo o que está lá na mistura.

A equipe demonstrou a aplicabilidade do processo ao desperdício do mundo real, aplicando o método deles em uma garrafa de plástico PET comum, do lixo, transformada em hidrogênio e em algumas moléculas orgânicas com uma eficiência comparável a alcançada com polímeros puros, caros e altamente controlados.

O Professor Reisner declarou:

O plástico usado contém uma grande quantidade de energia armazenada que está sendo jogada fora. Nosso trabalho mostra que podemos usar recursos abundantes como resíduos plásticos e luz solar para criar hidrogênio combustível e produtos químicos orgânicos de forma sustentável. Continuaremos a investigar maneiras de melhorar nosso processo estudando uma ampla gama de substratos de polímeros e foto-catalisadores, e avaliaremos sua viabilidade econômica no futuro próximo.

Comentário rápido: o professor, chefe do laboratório deu a dica: põe dinheiro que a gente acha a saída.

Taylor Uekert, estudante de doutorado e primeiro autor do artigo, acrescentou:

O lixo plástico é uma questão global: mais da metade de todos os plásticos produzidos desde 1950 foram jogados fora, e a reciclagem ainda é difícil ou economicamente inviável para alguns tipos de plástico. E se pudéssemos encontrar uma maneira de usar esses recursos para que eles não estejam mais poluindo nosso planeta? Essa foi a pergunta que inspirou esse trabalho e estamos realmente empolgados em mostrar que podemos transformar resíduos de plástico em algo útil (hidrogênio no caso) usando apenas uma fonte de energia renovável (luz solar).

Foi um grande alívio que funcionou – diz Moritz Kuehnel – quando você faz provas de conceito, você tende a trabalhar com materiais purificados, mas se você usa o lixo do mundo real nunca é assim, você não tem um plástico puro e mesmo em uma garrafa de plástico há plastificantes, estabilizantes, revestimentos e todos os tipos de produtos químicos, por isso ficamos muito surpresos que poderíamos utilizar lixo real tão bem quanto os plásticos dos fornecedores de produtos químicos. Estávamos preocupados que os estabilizantes nos impedissem de usar resíduos reais ou causassem uma queda enorme no desempenho.

O artigo obviamente já repercutiu de modo interessante na comunidade dos pesquisadores da área: Shaohua Shen, pesquisador em geração de hidrogênio solar baseado em nanomateriais da Universidade de Jiaotong na China, comentou:

Este processo demonstrou seu grande valor ambiental e econômico no mundo real, dado seu potencial significativo em converter uma enorme quantidade de resíduos plásticos para produzir produtos químicos e combustíveis valiosos.

Enquanto isso no próprio Reino Unido: Jan Baeyens, especialista em reciclagem de plásticos da Universidade de Warwick, mais cético, fleumático e britânico possível, diz que

O trabalho se enquadra perfeitamente no estado-da-arte da pesquisa da foto-catálise no espectro da luz visível quando do manuseio dos resíduos plásticos sólidos para a geração de hidrogênio. Porém, mais pesquisas sobre os polímeros de resíduos sólidos de plástico a granel e sobre a melhoria da tecnologia para ser mais economicamente viável ainda são necessárias.

Após esta última declaração, humildemente, eu como engenheiro eletrônico, e desconhecedor do tema, aponho minha singela opinião… Pô Jan!

Kuehnel enfatiza a fala de Reisner confirmando que ele e seus parceiros continuarão trabalhando para ampliar o processo e aplicá-lo a outros tipos de resíduos.

Nossa visão é que essa será uma maneira adicional de tratar o lixo não reciclável. Poderíamos ampliar o processo e usá-lo para tratar os restos de resíduos em uma usina de reciclagem. Em última análise, talvez as pessoas pudessem tratar seus próprios resíduos de plásticos em seu quintal, com um dispositivo de transformação acionado por irradiação solar. Você coloca o seu lixo plástico nele e obtém hidrogênio para aquecer sua casa ou abastecer o seu carro.

Mesmo um DeLorean DMC-12.

Por fim não posso deixar passar esta informação: fechando este roteiro descobri que o departamento de química de Cambridge não para de aplicar na reciclagem de resíduos através da nanotecnologia utilizando catalisadores baratos para extração de hidrogênio molecular.

Veja o link indicado na transcrição sobre o artigo no Journal of the American Chemical Society de 28 de agosto, que tem como título: Photoreforming of Lignocellulose into molecular Hydrogen Using Nanoengineered Carbon Nitride under Benign Conditions, pois é, eles estão indo fundo.

O Ex-Libris, um podcast rápido e ligeiro, hoje sobre Tecnologia, acabou. 
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Ex-Libris, inteligência com propriedade.