Leitores de código de barras são excelentes para identificar rapidamente alimentos e outros produtos. Uma ideia semelhante poderia funcionar em instalações de reciclagem industrial para tornar a triagem de diferentes tipos de plástico mais rápida e econômica? A resposta, segundo uma equipe de pesquisa da Universidade de Buffalo, é sim.

Diferentemente dos leitores de código de barras tradicionais, que dependem de sensores ópticos, a equipe está desenvolvendo um sistema que cria "códigos de barras térmicos transitórios tridimensionais" capazes de identificar rapidamente plásticos em movimento em esteiras transportadoras.

O trabalho é descrito em um estudo de Engenharia de Comunicações .

"Nosso objetivo era desenvolver uma técnica de triagem de plásticos que fosse economicamente viável, escalável e relevante para a indústria, e que abordasse as principais lacunas científicas que restringem a reciclagem de plásticos", afirma o autor correspondente Amit Goyal, Ph.D., Professor Distinto da SUNY e Professor de Inovação da SUNY Empire no Departamento de Engenharia Química e Biológica da UB.

Goyal dirige a Iniciativa da UB sobre Reciclagem e Inovação em Plásticos, designada como Centro de Pesquisa e Inovação em Reciclagem de Plásticos do Estado de Nova York pelo Departamento de Conservação Ambiental do Estado de Nova York (DEC).

O sistema, segundo ele, visa "melhorar a qualidade dos plásticos separados, reduzindo a contaminação e, consequentemente, aumentando a reciclagem desses materiais para viabilizar uma economia circular". Ele acrescenta que "estima-se que uma tonelada de plástico reciclado economize 5,7 megawatts de eletricidade, 2.593 litros de petróleo e 23 metros cúbicos de espaço em aterros sanitários".

Os resíduos plásticos gerados por residências e empresas são enviados para centros de triagem , onde o plástico é separado dos demais resíduos. Essa separação geralmente é feita manualmente, o que pode resultar em identificação incorreta e fardos de má qualidade.

Os plásticos são então separados em diferentes tipos. Atualmente, há uma carência de técnicas precisas e economicamente viáveis ??que possam identificar eficazmente os tipos de plástico pelos seus códigos de resina.

As técnicas em desenvolvimento — incluindo espectroscopia no infravermelho próximo, espectroscopia Raman e espectroscopia de emissão óptica induzida por laser — sofrem com um ou mais problemas. Entre eles, destacam-se a baixa sensibilidade, a seletividade insuficiente, a lentidão, a incapacidade de detectar plásticos pretos ou a impossibilidade de operar em modo de detecção à distância (identificação de plásticos a partir de uma distância considerável), frequentemente necessário em instalações de recuperação de materiais.

Essas limitações explicam, em parte, por que as taxas de reciclagem de plástico permanecem relativamente baixas em todo o mundo.

Para superar esses desafios, a equipe da UB buscou inventar uma tecnologia que capturasse rapidamente a assinatura molecular de resíduos plásticos à distância. Ela também deveria ter potencial para ser facilmente adaptada a máquinas de triagem já existentes.

Os pesquisadores começaram com uma gama de comprimentos de onda do infravermelho médio, que eles projetam sobre objetos de plástico. (O infravermelho médio é conhecido como o "regime de impressão digital molecular" devido aos picos espectrais únicos para todos os tipos de plástico que existem nessa parte do espectro eletromagnético.)

À medida que o plástico absorve a luz, as ligações moleculares dentro dele vibram, gerando padrões de calor temporários que são medidos por uma câmera térmica. Esses padrões de calor, que refletem a estrutura molecular única de cada plástico, são essencialmente um "código de barras térmico tridimensional transitório".

Pesquisadores utilizaram seis comprimentos de onda do infravermelho médio para identificar seis tipos comuns (PET, PP, PS, HDPE, LDPE, PVC) de resíduos plásticos. Além disso, a técnica também consegue identificar plásticos pretos (todos os plásticos pretos são derivados de um dos seis tipos de plástico, mas com adição significativa de derivados de carbono).

Neste momento, o sistema ainda não está pronto para implantação industrial. A equipe de pesquisa está trabalhando em melhorias — hardware mais rápido para classificar plásticos em esteiras transportadoras de alta velocidade, fontes de luz econômicas que projetam múltiplos comprimentos de onda do infravermelho médio simultaneamente e software baseado em inteligência artificial — para aprimorar a tecnologia.

Ainda assim, o estudo demonstra que a técnica de código de barras térmico transitório funciona fundamentalmente e oferece perspectivas promissoras para melhorar a eficiência da reciclagem de plásticos. Ela poderá, eventualmente, ajudar a desviar mais resíduos plásticos de aterros sanitários e do meio ambiente, onde os plásticos se degradam e causam problemas de saúde em animais, plantas e seres humanos.

O estudo foi liderado pelo Centro de Pesquisa e Inovação em Reciclagem de Plásticos do Estado de Nova York, na UB. O autor principal, Kunal Singh, Ph.D., é um pós-doutorando orientado por Goyal, e o coautor correspondente, Thomas Thundat, Ph.D., é um Professor Distinto da SUNY na UB. Todos os três autores são afiliados ao Departamento de Engenharia Química e Biológica da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da UB.

O trabalho de Singh foi fundamental para esta invenção e estudo, afirmam Thundat e Goyal. Eles observam que ele "não apenas realizou pesquisas científicas excepcionais, mas também desenvolveu instrumentação avançada e personalizada" e que seu "trabalho rigoroso e meticuloso identificou deficiências importantes em nossa abordagem inicial e forneceu soluções técnicas elegantes".

Singh afirma: "Esperamos desenvolver ainda mais a técnica para que ela possa ser transferida para a indústria."