Autores
Barros, J. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO) ; Kelber, N. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO) ; Carvalho, L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO) ; Barbio, M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO) ; Peguin, R. (BRASKEM) ; Cardoso, C. (BRASKEM) ; Pinto, J.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO)
Resumo
Os resíduos sólidos, na maioria das vezes, acabam sendo descartados em aterros
sanitários, lixões e até mesmo nos mares, causando graves problemas ambientais.
Por esta razão, o processo de pirólise constitui uma alternativa promissora para a
reciclagem e a circularidade dos materiais plásticos, pois pode possibilitar a
reinserção dos resíduos na cadeia produtiva do setor petroquímico. Diante disso, o
objetivo principal deste trabalho foi desenvolver um estudo experimental para a
caracterização da qualidade dos produtos oriundos da pirólise de resíduos
plásticos pós-consumo obtidos em unidades de tratamento de resíduos sólidos
urbanos.Os resultados do balanço de massa mostraram o alto teor de condensáveis
(~75%), seguido dos voláteis (~13%) e sólidos (~12%).
Palavras chaves
Reciclagem Química Avança; Pirólise; Compostos Químicos
Introdução
Atualmente, a destinação final dos resíduos sólidos constitui um importante
problema com que a sociedade moderna se depara. Aliado ao constante crescimento
do consumo dos materiais plásticos e à grande diversidade de produtos
descartados, é notória a necessidade de desenvolver técnicas de reciclagem
viáveis e ambientalmente adequadas (MONTEIRO, 2022). Embora a
distribuição ordenada de rejeitos em aterros seja considerada uma forma de
disposição final ambientalmente adequada, é sabido que os resíduos plásticos
possuem elevado poder calorífico e sua disposição inadequada constitui
desperdício de energia e de matéria-prima (PINTO, 2012).
A reciclagem química consiste no uso de processos tecnológicos avançados para
converter materiais plásticos em moléculas menores, geralmente líquidos ou
gases, que podem ser usadas como matérias-primas para a produção de novos
produtos petroquímicos e plásticos. Estes processos podem incluir transformações
termoquímicas, químicas ou biológicas e levar a uma mudança na estrutura química
da molécula do polímero (AL-SALEM, 2009). Dependendo do tipo de plástico
a ser reciclado, a composição e massa molar do produto, diferentes métodos de
reciclagem química podem ser implementados, tais como degradação térmica
(pirólise, gaseificação e hidrogenação) e degradação catalítica (MONTEIRO, 2022;
FINK, 2018). Nesse contexto, a reciclagem química poderia
constituir uma tecnologia alternativa à reciclagem mecânica e à energética, por
ser capaz de atingir as metas da economia circular e fornecer aos fabricantes de
plástico um material reciclado de maior qualidade.
Material e métodos
Os resíduos oriundos do processo de triagem do lixo urbano sólido, fornecidos
pela empresa Tecipar como fração poliolefínica reciclável, foram secos em estufa
a 120 °C durante 4 horas para remoção da água. Após secagem, as amostras foram
pirolisadas. Para cada experimento, foram utilizados 7 g de amostra, fluxo de
gás N2 de 100 mLmin-1 e temperatura de 500 °C. Para a determinação dos
rendimentos dos produtos gerados (frações sólida, líquida e gasosa), foram
realizados cálculos de balanço de massa, de modo a determinar o acúmulo de
material gerado. Para isto, realizou-se a subtração das massas final e inicial
das vidrarias envolvidas no processo. Para as análises qualitativa e
quantitativa dos compostos presentes nas amostras gasosas, foram utilizados três
cromatógrafos da Agilent (6890N) e quatro métodos distintos, utilizando uma
coluna de metil-silicone de 100 metros, 0,25 mm de diâmetro interno e 0,50
micrometro de espessura de filme para a obtenção da especiação de todos os
hidrocarbonetos
presentes nas amostras. Para a análise das amostras líquidas, foi utilizada uma
coluna com a mesma especificação descrita, mas, devido ao elevado número de
analitos (superior a 400), a identificação de cada um deles foi feita com
auxílio da técnica de Identificação por Índices de Retenção (LPTRI) proposto por
van den Dool e Kratz (1963). Como gás de arraste, foi utilizado o fluxo de 1,8
mLmin-1 de hidrogênio (H2) com 99,999% de pureza fornecido pela empresa Air
Liquid. A temperatura inicial do forno foi de 32 °C, com um aquecimento de 1
°Cmin-1 até atingir a temperatura de 60 °C, aumentando em seguida a taxa de
aquecimento para 8 °Cmin-1 até atingir a temperatura de 310 °C, a qual foi
mantida por 46 min.
Resultado e discussão
A pirólise térmica foi efetiva para produção de óleo, possibilitando a obtenção
de até 75% de fração líquida condensada. Já era esperado um baixo rendimento de
resíduos sólidos porque as análises térmicas apresentaram degradação completa na
temperatura de 500 °C (MONTEIRO, 2022). Além disso, o processo de
pirólise apresentou baixo teor de voláteis, ao redor de 13%. A produção de
voláteis está associada à presença de contaminação por biomassa e à decomposição
de aditivos de baixa massa molar (como plastificantes). Estes resultados
indicaram que a pirólise térmica constitui uma técnica efetiva para a reciclagem
química dessas frações residuárias.
As frações gasosas foram coletadas em bags e analisadas por GC-MS (cromatografia
gasosa acoplada a espectrômetro de massas). A composição química encontrada nos
gases não condensáveis provenientes da pirólise de amostras de resíduos é
formada por uma mistura de oxigênio (0,41%), nitrogênio (79,50%), monóxido de
carbono (0,93%), dióxido de carbono (17,18%) e hidrocarbonetos (81,15%).
Observando os dados da Figura 1, os resultados encontrados são compostos
essencialmente por uma mistura de metano, eteno, etano, propeno, propano,
isobutano, butano, pentano, hexano, heptano, octano e nonano, destacando-se a
classe de carbono (C3) que apresentou maior percentagem(cerca de 26,15%; 21,58%
e 21,07%, para as amostras de PEAD, com laminado e sem laminado,
respectivamente). A Figura 2 apresenta os compostos identificados nas amostras
líquidas, permitindo uma visão geral da distribuição destes em cada fração. As
classes dos hidrocarbonetos distribuem-se em parafinas, isoparafinas, olefinas,
naftênicos e aromáticos, destacando o teor elevado de carbonos C12 a C20
correspondendo majoritariamente pela classe das parafinas
Distribuição do número de carbonos das amostras gasosas de PEAD, com laminado e sem laminado (Tecipar).
Distribuição da classe de carbonos das amostras líquidas (ceras) nas amostras de PEAD, com laminado e sem laminado (Tecipar).
Conclusões
O presente trabalho fez a caracterização experimental da qualidade dos produtos
oriundos da pirólise de resíduos plásticos pós-consumo obtidos em unidades de
tratamento de resíduos sólidos urbanos. Os dados obtidos mostraram que a classe de
hidrocarbonetos (C12 a C20) corresponderam a mais de 40% nas amostras líquidas
analisadas, destacando-se os hidrocarbonetos (C3) para as amostras gasosas. Em
particular, mostrou-se que a presença de laminados afeta pouco os rendimentos e
composições das correntes obtidas, o que pode constituir informação muito
relevante para a proposição da reciclagem.
Agradecimentos
Os autores agradecem o apoio técnico e financeiro concedido pelo CNPq, FAPERJ e
Braskem.
Referências
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