LICENCIATURA EM QUÍMICA APLICADA RAMO MATERIAIS PLÁSTICOS C. A. BERNARDO

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1 LICENCIATURA EM QUÍMICA APLICADA RAMO MATERIAIS PLÁSTICOS C. A. BERNARDO

2 Programa da disciplina 3. Interface com o Ambiente 3.1 O impacto dos plásticos no ambiente O impacto visual dos plásticos. Os plásticos e o lixo. A recolha e tratamento de lixos: aterros sanitários, compostagem, pirólise e incineração 3.2 A reciclagem de plásticos Níveis de reciclagem. Reciclagem primária (reprocessamento) dos desperdícios gerados no processamento. Reciclagem secundária (material) de plásticos a pós-consumo para produzir novos produtos. Reciclagem terciária (pirólise) para obter reagentes e combustíveis. Reciclagem quaternária (incineração) para produzir energia. Comparação dos diferentes niveis de reciclagem

3 RESUMO Descrevem-se as principais formas de diminuir o impacto ambiental dos materiais, designadamente os materiais plásticos, e explica-se porque é que o tratamento dos resíduos é o actual passo limitante do desenvolvimento humano Examinam-se as percepções e os factos por detrás do problema do impacto visual dos materiais e as suas possíveis soluções Analisa-se o problema dos resíduos dos materiais no contexto do lixo (RSU, lixos industriais e agrícolas) e dos seus tratamentos Explicam-se, de forma genérica, os sistemas de tratamento dos RSU numa perspectiva histórica e com foco nos materiais: - Aterros/Compostagem - Pirólise - Incineração - Reciclagem material Contrapõem-se as vantagens e os inconvenientes da incineração de RSU com base no conceito de risco

4 O contexto Ao longo da sua história a humanidade explorou os recursos naturais sem quaisquer limites, a não ser os que derivavam da maior ou menor capacidade de, em cada época, os extrair e processar Igualmente sem limites parecia ser a capacidade da terra absorver e transformar os resíduos que resultavam da utilização desses recursos, nomeadamente os materiais Com o tempo, e o aumento contínuo da população do planeta somos hoje mais de de seres humanos - a situação começou a alterar-se...

5 O contexto A natureza dos materiais funcionais foi-se modificando também; no início, os materiais de engenharia eram essencialmente a pedra e a madeira Vieram depois a cerâmica, o vidro e os metais; a partir de meados do século XIX apareceu a borracha e, 50 anos depois, os materiais plásticos que dominaram todo o século XX Não só os materiais usados em aplicações de engenharia passaram a ser essencialmente sintéticos como a sua quantidade aumentou exponencialmente

6 O caso dos materiais plásticos Produzem-se anualmente cerca de 150 milhões de toneladas de plásticos, o que, nos países mais industrializados, corresponde a um consumo médio de 150 kg por habitante Para além disso, a formulação dos plásticos têm-os vindo a tornar menos susceptíveis à degradação por processos naturais: e.g., nos últimos 25 anos, a estabilidade das fibras de polipropileno à radiação UV aumentou 11 vezes Finalmente, pelas suas características próprias, os materiais plásticos são usados em aplicações de obsolescência rápida, isto é, em que o período entre a produção e o fim da utilização é extremamente curto

7 O contexto (conclusão) Como seria de esperar, os antigos métodos de eliminação, baseados nos elementos naturais, rapidamente se revelaram incapazes de lidar com a quantidade e a qualidade dos lixos modernos Em resultado disto, nas últimas décadas, tornou-se aguda a consciência social das limitações dos agentes naturais e do impacto dos resíduos da acção humana Na verdade, o impacto ambiental dos materiais, nomeadamente pós-utilização, é hoje, frequentemente, o passo limitador da sua produção

8 Resíduos e lixo Resíduo (Catálogo Europeu de Resíduos): qualquer substância ou objecto de que o seu proprietário se queira ou tenha a obrigação de se desfazer Lixo (do diccionário): todo o material desnecessário, não aproveitável ou indesejado, originado no processo de produção e consumo de produtos úteis Conclusão: O conceito de resíduo é dinâmico e reversível (no sentido em que o que hoje é considerado resíduo pode amanhã ser a matéria prima para um processo novo)

9 A civilização e o lixo são 2 faces da mesma moeda: quanto maior é o nível civilizacional de uma sociedade, tanto maior é a massa de lixo produzido por habitante e mais artificial é a sua natureza Portugal é claramente um país do primeiro mundo, já que se produzem, em média, cerca de 400 kg de lixo - Resíduos Sólidos Urbanos, RSU - por habitante, por ano, dos quais cerca de 50% (p/p) são produtos sintéticos e desses 11 a 12% são plásticos Porém, como os plásticos dominam muitas aplicações, nomeadamente embalagens, tornaram-se para o público o principal factor de poluição ambiental, enquanto resíduos sólidos abandonados irresponsavelmente após utilização

10 Composição média dos RSU em Portugal Portugal produz, em média, 400 kg de lixo por habitante, por ano, dos quais cerca de 50% são produtos sintéticos e 11 a 12% são plásticos 3% 5% 15% Finos (<20mm) Papel, cartão Vidro 34% 23% Plástico Metais ferrosos Metais não ferrosos Fermentáveis 1% 2% 12% 5% Têxteis Outros

11 Os plásticos são materiais dominantes em muitas aplicações, nomeadamente em embalagens; tornaramse, por isso, um factor de poluição ambiental, enquanto resíduos sólidos abandonados irresponsavelmente após utilização Esta visibilidade fez com que diversos movimentos político-sociais os tenham eleito (juntamente com o nuclear e as incineradoras) como alvos prioritários; várias ideias chave surgem repetidamente nos media: - Os plásticos poluem visualmente a paisagem - Os plásticos deveriam ser biodegradáveis - Os produtos em plástico consomem demasiada energia

12 E será que os factos confirmam estas ideias? É um facto que os plásticos são um factor de poluição visual, mas... Um truísmo irrefutável: O impacto ambiental negativo dos materiais plásticos abandonados irresponsavelmente após a utilização resulta basicamente da falta de sentido cívico dos utilizadores Contudo, o ónus é posto essencialmente nos materiais e não em quem os utiliza: - Directiva 94/62/EC: Recuperar 50 a 65% dos resíduos de embalagens e valorizar 25% desses resíduos até Dezembro de 2001, valor que passará para 50% em 2005

13 Os plásticos deveriam ser biodegradáveis? - Qualquer produto deve ser projectado para ter um desempenho adequado durante a sua vida útil, incluindo a resistência à degradação por agentes naturais e micro-organismos - Em produtos de obsolescência rápida, como a embalagem alimentar, pode-se, porém, induzir susceptibilidade a ataque por mecanismos naturais quando se tornam constituintes do lixo - De que maneira?

14 Como tornar os plásticos biodegradáveis? - Há no mercado sacos de polietileno que se degradam por acção de agentes naturais (com aditivos que a catalisam) - Co-polímeros de etileno com 1% de grupos carbonilo são estáveis em interiores mas, após 3 semanas expostos à luz do sol, fotodegradam-se, originando fragmentos biodegradáveis - Por manipulação fotoquímica podem-se produzir polímeros estáveis a radiações com λ fixo na zona do visível (330 nm), mas degradáveis se irradiados com luz natural ( nm) - A biodegradabilidade não depende da existência de tecnologia mas sim dum ratio custo/benefício (desempenho e ambiental) aceitável

15 Os produtos de plástico consomem demasiada energia? - Os plásticos são obtidos essencialmente do petróleo, mas consomem apenas uma pequena fracção deste Distribuição do Consumo de Petróleo Produção de energia: 31,8% Material (matériaprima): 7,5% Fonte: IEA Energy Balance for Spain, 1999 Transportes 60,7% O uso do petróleo em transportes causa ainda impactos ambientais significativos

16 Que soluções se colocam então para este problema? Uma visão actual do problema envolve três conceitos: - Reutilizar tantas vezes quanto possível uma mesma peça antes que ocorra uma diminuição sensível do seu desempenho -Reduzira massa de material utilizado em cada peça sem perda significativa de especificações - Reciclar o material quando a peça não puder ser mais utilizada A reutilização é frequentemente limitada por factores culturais e comportamentais

17 Que soluções existem para este problema? Redução de Material na Fonte Diminuição do peso das embalagens Tipos de Embalagem Filme extensível para paletes Garrafas para bebidas Garrafas de leite Caixas para margarina e manteiga Saco de compras Saco para utilizações exigentes (exemplo: adubos) Caixas, contentores e embalagens de grandes dimensões Redução média global no período Variação da massa de material Entre 1988 a % -19% -25% -27% -34% -23% -10% -28% ( 1.8 Mton)

18 Que soluções existem para este problema? A redução material já atingiu em muitas aplicações o limite tecnologicamente aceitável (caso da embalagem): Impacto ambiental Impacto ambiental negativo Impacto mínimo Packforsk Report (Sweden) No. 194, Junho 2000 sub-embalagem -5% + 5% sobre-embalagem Mínimo Quantidade de material A partir de um mínimo óptimo de material o impacto ambiental torna-se negativo (devido a roturas, falhas em serviço, etc.)

19 Que soluções se colocam para este problema? Como há limites para o número de reutilizações de um dado produto e para a redução do material desse produto, a reciclagem aparece como a alternativa viável para o problema dos resíduos O conceito de reciclagem é abrangente: inclui o aproveitamento de materiais, produtos químicos ou energia a partir de resíduos (valorização energética) No caso dos materiais plásticos, a energia recuperada na incineração é equivalente ao poder calorífico do petróleo usado na produção desses plásticos

20 Os níveis de reciclagem NÍVEL Primário (reprocessamento) Secundário (reciclagem mecânica) Terciário (reciclagem química) Quaternário (reciclagem energética) FONTE PRINCIPAL Transformador (dentro da própria indústria) Resíduos Sólidos Urbanos (RSU), agricultura, indústria Resíduos Sólidos Urbanos Resíduos Sólidos Urbanos RECUPERA-SE Material para produtos com boas especificações Material para produtos com especificações menores que as iniciais Produtos químicos por pirólise/ decomposição química ou biológica Energia por incineração

21 Reciclagem primária de materiais plásticos Aproveitamento de resíduos industriais para, misturados com polímeros virgens produzir novos produtos, em princípio com as mesmas especificações que os originais Vantagens: - Tecnologias acessíveis, propriedades materiais adequadas, disponibilidade elevada - Óbvias vantagens económicas Desvantagens: - Possibilidade de degradação e de contaminação com corpos estranhos

22 Lógica económica da reciclagem primária PROCESSO Moldação por injecção Sopro Extrusão Calandragem Rotomoldação RESÍDUOS PRODUZIDOS (%) Reprocessam-se por ano ~ kg de plásticos (valendo ~10 10 EUROS); são também kg de resíduos que não causarão impacto ambiental

23 Reciclagem secundária de materiais plásticos Aproveitamento de RSU e resíduos industriais e agrícolas para produzir novos produtos, em princípio de menores especificações que os originais Vantagens: - Boa imagem junto do público - Legislação protectora e impositiva, a nível nacional e da EU (por exemplo, a proposta de modificação de da Directiva 94/62/EC) - Viável, se existir recolha selectiva e voluntarista, sobretudo de embalagens alimentares e com alguns materiais (PET) - Ajudar a desenvolver o espírito cívico, e.g., através de campanhas de sensibilização feitas nas escolas

24 Reciclagem secundária de materiais plásticos Desvantagens: - Tecnologias ainda em desenvolvimento e com problemas - Contaminação por materiais não plásticos - Mistura de materiais de composição pouco reprodutível e com disponibilidade variável - Presença de plásticos mutuamente incompatíveis nos RSU que diminuem dramaticamente as propriedades - Viabilidade económica marginal, dado o baixo preço das matérias primas virgens

25 Reciclagem secundária de materiais plásticos - aplicações Materiais plásticos para substituir madeira (uma ideia já antiga, por exemplo os primeiros MDF) Plastic lumber, PL - Compósitos com matriz termoplástica e serrim ou fibra de madeira como carga Procura de bio-equilíbrios reciclagem e bio-degradabilidade Início difícil mas situação actual em franca expansão - Os mercados dos EUA e Canadá crescem 50%/ano; por ex., o PL detém 12% da quota de mercado de tábua de cobertura nos EUA - Em 1997 a ASTM publica as primeiras normas sobre Plastic Lumber - Mercado europeu em crescimento acelerado

26 Reciclagem terciária Decomposição química de materiais orgânicos por aquecimento, na ausência (ou deficiência) de oxigénio - pirólise - ou por reacções biológicas Vantagens (pirólise): - Eliminam a maioria dos RSU, diminuindo o volume em 90% - Sistemas fechados, que se podem localizar perto de (ou em) cidades - apesar de endotérmica, tem um ganho líquido de energia, contando com os combustíveis (gás, óleo, etc.) formados Desvantagens: - Exigem um elevado investimento inicial e necessitam de alimentação em grande escala; - É necessário um elevado nível tecnológico para gerir as instalações químicas associadas ao tratamento dos RSU

27 Reciclagem quaternária Redução dos RSU a resíduos inertes, diminuindo o seu volume em 90%, por incineração a altas temperaturas com possível recuperação de energia Vantagens das incineradoras: - Solução com a dimensão do problema - Podem tratar todo o tipo de RSU - Maximizam a produção de energia Desvantagens das incineradoras: - Exigem um elevado investimento inicial e necessitam de alimentação em grande escala - São sistemas abertos, pelo que as emissões gasosas têm de ser estritamente controladas - É difícil encontrar locais para sua instalação

28 Como se posicionam os diferentes níveis de reciclagem a nível mundial? Com excepção do primeiro nível - reprocessamento - e de parte do segundo reciclagem material -, em todos os países industrializados o tratamento de resíduos de plástico inserese necessariamente no tratamento global do lixo urbano (RSU), agrícola ou industrial uma solução com a dimensão do problema Globalmente, mais de 90% (p/p) do lixo produzido nos países da UE é recolhido; onde os países e as sociedades se diferenciam é no tipo de tratamento que dão a esse lixo O exemplo da evolução dos Estados Unidos neste domínio é extremamente interessante

29 Evolução histórica dos sistemas de tratamento de lixo nos EUA % ponderal dos residuos produzidos que são recolhidos ou vão para o lixo Lixo a) b) d) c) Total recolhido ANO % ponderal da totalidade de residuos recolhidos correspondente aos diferentes tratamentos a) Despejo ou queima a céu aberto b) Compostagem/aterros sanitários c) Incineração d) Pirólise / tratamento químico D.A. Vaugham et al., Environmental Assessment of Future Disposal Methods for Plastics in MSW US EPA, 1971

30 Como se posicionam os diferentes níveis de reciclagem? Importância relativa dos diferentes tratamentos de RSU (dados de 1995)*** País Recuperação de materiais (%) Reciclagem terciária(%)* Incineração(%) Portugal ** Espanha França Itália Reino Unido Suiça Alemanha Dinamarca Suécia E.U.A Japão * Essencialmente compostagem ** Em 2000 ***As %s não consideram aterros sanitários

31 Como se posicionam os diferentes níveis de reciclagem? Os países tecnologicamente avançados incineram mais de 50% do seu lixo e, na maior parte do restante, fazem recuperação de material Portugal e, em grande medida, os países do Sul da Europa, incineram proporcionalmente menos os seus lixos (e têm menores taxas de reciclagem secundária), mas fazem mais reciclagem terciária (essencialmente compostagem) A evolução previsível será estabilizar ou aumentar ligeiramente as taxas de incineração e aumentar significativamente a reciclagem material (diminuindo a reciclagem terciária e essencialmente a eliminação em aterros sanitários)

32 Com dados como estes porquê má imagem da incineração? Porque nos anos 60 e 70, em vários países, especialmente em Inglaterra, ocorreram alguns acidentes graves com incineradoras, essencialmente devidos à mudança qualitativa da composição dos RSU (significativo aumento da proporção de plásticos) Porque os incineradores levantam problemas tecnológicos e ambientais de dimensão significativa, designadamente por serem sistemas abertos, em que as emissões gasosas têm de ser estritamente controladas Porque as novas gerações de incineradoras, disponíveis a partir do último quarto do século XX, não tiveram a mesma divulgação mediática dos acidentes com a geração anterior Os incineradores actuais já não causam impactos elevados no ambiente e podem mesmo contribuir para o melhorar

33 Incineradores de nova geração Incinerador preparado para tratar lixos com grande quantidade de PVC

34 Incineradores de nova geração Esquema da central de incineração da LIPOR 2, na Maia (Março de 2000)

35 Incineradores de nova geração Os estudos prévios à instalação da central de incineração da Lipor 2, designadamente análises sistemáticas à qualidade do ar na zona do grande Porto, permitiram saber que a situação era muito má, designadamente detectaram um inesperadamente elevado nível de dioxinas A remoção das principais fontes de poluição existentes, e a monitorização continuada, permitiu que hoje, 5 anos após o arranque da central, a qualidade do ar na zona do grande Porto seja superior à que existia em 2000 Adicionalmente, para além de resolver o problema da acumulação de RSU nos municípios associados da Lipor, a central gera energia eléctrica suficiente para alimentar o Concelho da Maia Mas, mesmo assim, o risco das incineradoras é aceitável?

36 Mas, mesmo assim, o risco das incineradoras é aceitável? A sociedade convive hoje, aparentemente sem grandes problemas, consciente ou inconscientemente, com materiais, tecnologias e comportamentos que implicam níveis de risco significativamente maiores (o tabaco, o tráfico automóvel, o consumo continuado de combustíveis fósseis) Se considerarmos a perda da vida como o nível de risco máximo (isto é, a consequência negativa com maior ponderação) então viver é a actividade de maior risco, dado que a probabilidade da morte é máxima (100%)

37 Comparação dos niveis de reciclagem de resíduos plásticos - RECICLAGEM PRIMÁRIA: Justificação económica com consequências ambientais - RECICLAGEM SECUNDÁRIA: Justificação ambiental com consequências económicas - os materiais reciclados enfrentam o desafio do baixo custo dos polímeros virgens, que se manterá com o actual preço do petróleo - RECICLAGEM TERCIÁRIA: na prática só se tem mostrado economicamente viável a compostagem - RECICLAGEM QUATERNÁRIA: Justificação económica e ambiental se eficazmente controlada a sua utilização em alternativa à reciclagem secundária é fortemente influenciada pelo preço do petróleo

38 Conclusões O desafio colocado pelo desenvolvimento sustentado abre, no caso dos resíduos de plástico, importantes oportunidades para a expansão das tecnologias dos materiais poliméricos, designadamente da reciclagem A viabilidade económica da reciclagem material (secundária) dependerá do balanço entre esse desenvolvimento tecnológico e o custo das matérias primas virgens Mesmo sem motivação económica evidente a reciclagem de resíduos (de plástico e outros) será sempre justificada em termos sociais e ambientais