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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2023.tde-17072023-090400
Document
Author
Full name
Beatriz Arioli de Sá Teles
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2023
Supervisor
Committee
Kulay, Luiz Alexandre (President)
Moris, Virgínia Aparecida Silva
Sousa, Sabrina Rodrigues
Title in Portuguese
Estudo dos desempenhos ambiental, técnico e de circularidade decorrentes da prática de reciclagem de pet em ciclo aberto por meio de manufatura aditiva.
Keywords in Portuguese
Ciclo de vida (Avaliação)
Economia circular
Impressão 3D
Poli (tereftalato de etileno)
Reciclagem
Abstract in Portuguese
Nas últimas décadas, a problemática decorrente da gestão ineficaz de resíduos plásticos tem se tornado cada vez mais notória devido aos inúmeros efeitos adversos observados tanto para o meio ambiente quanto para a saúde humana. Essa questão se faz ainda mais expressiva por práticas de uso único e rápido descarte desses materiais, em particular para um dos plásticos mais empregados em aplicações, o poli (tereftalato de etileno) (PET). Assim, avaliar alternativas para integração da logística reversa e produção partir de materiais reciclados é oportuno, de forma a contribuir com a transição para a economia circular. Este estudo explorou processos para a produção, via Manufatura Aditiva, de um produto - suporte para celular, feito de resina reciclada de PET a partir de garrafas de bebidas pós consumo. Nesse sentido, propriedades mecânicas, térmicas e de viscosidade dos materiais, bem como aspectos ambientais e de circularidade foram avaliados como forma de explorar o potencial da valorização de resíduos em aplicações de valor agregado. As amostras das diferentes etapas de processamento foram caracterizadas por Calorimetria Exploratória Diferencial, Análise Termogravimétrica, Viscosidade Intrínseca e Teste de Mecânico de Tração. O desempenho ambiental foi medido pela Avaliação do Ciclo de Vida (ACV). Como a cadeia produtiva inclui a etapa de reciclagem, a ACV foi aplicada de acordo com a lógica de reciclagem em ciclo aberto (OLR: open loop recycling) por meio de seis perspectivas distintas, levando em conta as abordagens Atribucional e Consequencial. As categorias de impacto consideradas foram: Potencial de Aquecimento Global, Demanda de Energia Primária, Consumo de Água, Formação de Material Particulado Fino, Ecotoxicidade da Água Doce e Acidificação Terrestre. O desempenho de circularidade do produto gerado foi avaliado a partir do Indicador de Circularidade de Materiais (MCI). Os resultados obtidos revelaram boas propriedades mecânicas com 37,7 Mpa de resistência à tração e 7,64% de deformação até a ruptura, a viscosidade avaliada apresentou apenas 33% de redução em relação aos processamentos que o material foi submetido até a produção final do produto via MA. As análises térmicas indicaram boa estabilidade às temperaturas empregadas durante todas as etapas de processamento. De modo assim, a subsidiar a análise ambiental e demonstrar desempenho adequado para produção de produtos a partir do filamento obtido de PET reciclado pós-consumo. A avaliação em termos ambientais apresentou impactos menores em todas as categorias avaliadas do que aqueles obtidos com resina virgem de PET. Foram feitas propostas de melhoria para mitigar os impactos ambientais decorrentes da energia elétrica, um importante hotspot desta rota avaliada. Os resultados desta análise reportaram melhorias cumulativas da ordem de 30 a 57%, no comparativo com a lógica que não considera reciclagem. A avaliação da circularidade demonstrou potencial para este arranjo considerado, com inclusive ganhos de até 70 % caso o produto obtido por material reciclado fosse destinado em seu fim de vida a reciclagem novamente. Este estudo corrobora a importância de atrelar de forma complementar várias frentes de análise em busca de soluções circulares e sustentáveis e que sejam adequadas do ponto de vista técnico.
Title in English
Environmental, technical and circularity performances resulting from the practice of PET in an open Loop recycling through additive manufacturing.
Keywords in English
3D printing
Circular economy
Life cycle assessment
Polyethylene terephthalate
Post consumer plastic
Abstract in English
In recent decades, the ineffective management of plastic waste has become increasingly notorious due to the numerous adverse effects observed for both the environment and human health. This issue is made even more expressive by practices of single use and rapid disposal of these materials, in particular for one of the most used plastics in applications, poly(ethylene terephthalate) (PET). Thus, evaluating alternatives for integrating reverse logistics and production from recycled materials is opportune, to contribute to the transition to a circular economy. This study explored processes for the production, via Additive Manufacturing (AM), of a product - cell phone holder, made of recycled PET resin from post-consumer beverage bottles. In this sense, mechanical, thermal and viscosity properties of the materials, as well as environmental and circularity aspects were evaluated to explore the potential of waste recovery in value-added applications. Samples from different processing stages were characterized by Differential Scanning Calorimetry, Thermogravimetric Analysis, Intrinsic Viscosity and Mechanical Tensile Test. Environmental performance was measured by Life Cycle Assessment (LCA). As the production chain includes the recycling stage, the LCA was applied according to the logic of open loop recycling (OLR) through six different perspectives, considering the Attributional and Consequential approaches. The impact categories considered were: Global Warming Potential, Primary Energy Demand, Water Consumption, Formation of Fine Particulate Matter, Freshwater Ecotoxicity and Terrestrial Acidification. The circularity performance of the generated product was evaluated using the Material Circularity Indicator (MCI). The results obtained revealed good mechanical properties with 37.7 Mpa of tensile strength and 7.64% of deformation until rupture, the evaluated viscosity presented only 33% of reduction in relation to the processes that the material was submitted until the final production of the product via MA. Thermal analyzes indicated good stability at the temperatures employed during all processing steps. Therefore, subsidize the environmental analysis and demonstrate adequate performance for the production of products from the filament obtained from post- consumer recycled PET. The evaluation in environmental terms showed smaller impacts in all evaluated categories than those obtained with virgin PET resin. Improvement proposals were made to mitigate the environmental impacts resulting from electricity, an important hotspot of this evaluated route. The results of this analysis reported cumulative improvements of around 30 to 57%, in comparison with the logic that does not consider recycling. The circularity evaluation showed potential for this considered arrangement, including gains of up to 70% if the product obtained from recycled material was destined for recycling again at the end of its life. This study corroborates the importance of linking several fronts of analysis in a complementary way in search of circular and sustainable solutions that are adequate from a technical point of view.
 
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Publishing Date
2023-07-19
 
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