Exercícios: Sustentabilidade, reciclagem e análise crítica

A reciclagem mecânica de um termoplástico pode incluir trituração, lavagem e nova conformação por fusão. a) Justifique por que o PET pode ser reprocessado por essa via e uma resina termofixa muito reticulada, como a baquelite, não pode voltar a ser fundida e moldada da mesma forma. b) Explique dois processos que limitam a repetição indefinida de ciclos nos termoplásticos, relacionando-os com o comprimento das cadeias e a presença de contaminantes. Diferencie o reprocessamento por fusão da trituração de um termofixo para usá-lo como material de enchimento.

Uma embalagem concreta de poli(ácido láctico), PLA, foi ensaiada para compostagem industrial em condições controladas de umidade, oxigênio e atividade microbiana, a temperaturas de aproximadamente $55$–$60\,^{\circ}\mathrm{C}$. a) Explique por que o resultado desse ensaio não demonstra que qualquer objeto de PLA se degrada rapidamente no mar, onde mudam a temperatura, a espessura, os microrganismos e o tempo de exposição. b) Distinga a fragmentação em partículas pequenas da biodegradação e da mineralização. Justifique por que a certificação de um produto e de condições concretas não pode ser transferida automaticamente para toda uma família de resinas.

Em uma proposta de economia circular, adota-se a prioridade «prevenir resíduos, reutilizar e, depois, reciclar». Um lote de PVC recuperado contém misturas de pigmentos, plastificantes e outros aditivos de procedência variável. a) Explique como essa mistura pode dificultar o seu uso em uma aplicação que exige composição, resistência e segurança constantes. b) Compare a reciclagem que permite fabricar um produto de qualidade equivalente com o uso do material em uma aplicação de menor desempenho. Argumente por que reduzir materiais desnecessários e projetar peças fáceis de separar pode evitar problemas que a reciclagem posterior não resolve.

Uma planta processa $1000\,\mathrm{kg}$ de resíduo bruto de embalagens de PET. Na classificação retira $150\,\mathrm{kg}$ de materiais impróprios; na lavagem perde $50\,\mathrm{kg}$ de rótulos, adesivos e lodos; e na extrusão perde $40\,\mathrm{kg}$ por purgas, umidade residual e outros materiais eliminados. O fluxo é representado no esquema:

1. a) Calcule a massa final de grânulos de PET reciclado e o rendimento mássico global em relação à entrada. b) Explique por que esse rendimento não basta para avaliar a sustentabilidade: identifique dois dados adicionais sobre energia, água, emissões ou qualidade do polímero. Todas as perdas referem-se a massas absolutas da mesma carga; despreze outras entradas e acumulações.

Um estudo compara sacolas para transportar uma compra de $15\,\mathrm{kg}$. Essa unidade funcional requer uma sacola de polietileno de alta densidade de $10\,\mathrm{g}$ ou duas sacolas de papel de $40\,\mathrm{g}$ cada uma. A fabricação emite $1{,}80\,\mathrm{kg}$ de CO₂ equivalente por quilograma de polietileno e $1{,}10\,\mathrm{kg}$ por quilograma de papel. A água de processo consumida é, respectivamente, $5{,}0$ e $50{,}0\,\mathrm{L}$ por quilograma de material. a) Calcule as emissões e o consumo de água de fabricação por unidade funcional para ambas as opções. b) Delimite que comparação esses resultados permitem e que informação falta para concluir qual tem menor impacto durante todo o seu ciclo de vida, incluindo reutilização, transporte e fim de vida.

A glicólise do PET é uma via de reciclagem química que emprega etano-1,2-diol e produz tereftalato de bis(2-hidroxietila), BHET. No limite de cadeias longas, o balanço formal por unidade é:

A massa molar da unidade de PET é $192{,}2\,\mathrm{g}\cdot\mathrm{mol}^{-1}$ e a do BHET, $254{,}2\,\mathrm{g}\cdot\mathrm{mol}^{-1}$. a) Tratam-se $961{,}0\,\mathrm{kg}$ de PET puro com diol em excesso e isolam-se $1143{,}9\,\mathrm{kg}$ de BHET purificado. Calcule o rendimento em relação ao máximo estequiométrico. b) Explique por que a massa do produto pode superar a do PET alimentado sem violar a conservação da matéria. Compare uma oportunidade de purificação e um custo energético desta via com a reciclagem mecânica.

Comparam-se duas embalagens que distribuem $1\,\mathrm{L}$ de água por uso. Uma garrafa de PET descartável gera $110\,\mathrm{g}$ de CO₂ equivalente por uso, incluindo fabricação e fim de vida. Uma garrafa de vidro gera $480\,\mathrm{g}$ em sua fabricação e $40\,\mathrm{g}$ em sua reciclagem final; cada uso acrescenta $22\,\mathrm{g}$ por lavagem e $18\,\mathrm{g}$ por transporte adicional. a) Formule as emissões acumuladas de ambos os sistemas após $n$ usos e calcule o menor número inteiro de usos para que o vidro emita estritamente menos. Indique quantas reutilizações posteriores ao primeiro uso esse resultado implica. b) Uma taxa de perda independente de 12 % por ciclo dá uma vida média aproximada de 8,3 usos, sem fixar um máximo para cada garrafa. Explique por que a média, a dispersão e as perdas reais devem ser consideradas antes de generalizar a vantagem ambiental.

Três estudantes comparam bandejas de EPS com um biocomposto de micélio e palha. A equipe de processos informa uma carga úmida de $200\,\mathrm{kg}$ por lote de 1000 bandejas; durante a secagem elimina-se 40 % dessa massa. A pasteurização consome $180\,\mathrm{MJ}$, sem incluir a secagem. A equipe ambiental estima um transporte dessa carga úmida de $120\,\mathrm{km}$, com emissões de $0{,}12\,\mathrm{kg}$ de CO₂ equivalente por tonelada e quilômetro; para o EPS dispõe apenas de um fator de fabricação de $2{,}8\,\mathrm{kg}$ de CO₂ equivalente por quilograma. A equipe de ecotoxicologia ainda não tem dados de aditivos nem de lixiviados. a) Calcule a massa seca, a energia de pasteurização por quilograma seco e as emissões do transporte do lote. b) Redija uma conclusão conjunta que distinga resultados calculáveis de incertezas. Indique por que faltam a massa de EPS equivalente, a energia de secagem e outros dados para comparar as pegadas completas.

Desafio do tema. Até que ponto o seu dia a dia depende dos polímeros sintéticos? Torne-se um auditor ambiental na sua própria casa e elabore um plano de transição para materiais mais sustentáveis.

1. Auditoria doméstica: Selecione 5 objetos cotidianos (embalagens, têxteis ou utensílios). Identifique o polímero que os compõe (código de identificação de resina ou rótulo: PET, PEAD, náilon etc.) e estime a sua massa com uma balança de cozinha.

2. Química macromolecular: Classifique-os segundo a sua polimerização (adição ou condensação). Represente as fórmulas estruturais condensadas dos monômeros e a unidade repetitiva de pelo menos dois deles: um formado por adição e outro por condensação.

3. Estrutura e propriedades: Justifique como as forças intermoleculares (ex.: dispersão ou ligações de hidrogênio) influenciam a sua flexibilidade, termorresistência e aptidão para a reciclagem mecânica.

4. Análise crítica: Consulte no site do Ministério do Meio Ambiente ou de uma entidade de gestão de resíduos a taxa de reciclagem de embalagens plásticas no Brasil (aprox. $51,5\,\%$) e redija um relatório breve propondo alternativas viáveis (reutilização, biopolímeros) para substituir o plástico de maior impacto da sua amostra.

Será avaliado:

• Rigor na formulação química dos monômeros e na atribuição do mecanismo de polimerização.

• Argumentação coerente que relacione estrutura molecular, propriedades macroscópicas e reciclabilidade.

• Qualidade analítica do relatório a partir dos dados domésticos coletados e do contraste com fontes oficiais.