Seleção Estratégica de Materiais para Fabricação Sustentável

Izzy de la Guardia, Engenheira Sênior de Design e Desenvolvimento, e Kathleen Bollito, Engenheira de Aplicação ao Cliente

A jornada para produzir peças sustentáveis não para no design sustentável ou nas práticas da cadeia de suprimentos. Como alguns materiais são mais ecológicos que outros, fazer escolhas conscientes de materiais pode contribuir muito para tornar a fabricação mais sustentável. Além de reduzir o impacto ambiental da sua empresa, o uso de materiais sustentáveis ajuda a construir sua reputação como um negócio verde. Além disso, os consumidores estão mais dispostos a apoiar empresas ambientalmente responsáveis.

Embora muitos metais possam ser reciclados repetidamente sem perder qualidade, o mesmo não se aplica aos plásticos. 91% do plástico não é reciclado, e grande parte acaba em aterros sanitários. Há muito espaço para melhorias, então, nesta primeira parte da nossa série sobre fabricação sustentável, vamos focar nas considerações de materiais para fabricação sustentável com plásticos. Existem oportunidades para selecionar materiais com custos ambientais menores associados à origem, uso e descarte.

Origem sustentável de materiais

Se você está tentando tornar uma peça mais sustentável, analisar a origem do seu material é um ótimo ponto de partida. Primeiro, você precisará escolher entre usar um material proveniente de um recurso renovável ou não renovável.

Recursos renováveis vs. não renováveis

Recursos renováveis são recursos naturais que podem ser repostos para substituir a quantidade esgotada. Às vezes, essa reposição ocorre através da produção natural, mas outras vezes podemos precisar fazer um pequeno esforço. Por exemplo, as árvores são um recurso natural renovável. No entanto, quando derrubamos árvores em uma área mais rápido do que elas podem crescer novamente, precisamos plantar novas sementes e mudas.

Recursos não renováveis são finitos — uma vez acabados, acabaram. Nossa reserva de muitos recursos não renováveis está diminuindo, e muitos se esgotarão em breve. Por exemplo, a maioria das estimativas prevê que esgotaremos o suprimento mundial de petróleo em 40 ou 50 anos se continuarmos na taxa atual de extração.

Para reduzir o esgotamento de recursos naturais, use recursos renováveis sempre que possível. No mundo dos plásticos, isso significa usar bioplásticos em vez de petroplásticos. Petroplásticos são produzidos a partir de petróleo bruto não renovável, enquanto bioplásticos são parcial ou totalmente derivados de materiais de biomassa renovável ou subprodutos naturais e são mais ecológicos que seus equivalentes à base de combustíveis fósseis. Materiais comuns em bioplásticos incluem palha, serragem, amido de milho, cavacos de madeira e óleos e gorduras vegetais.

Embora você possa assumir que plásticos de base biológica são biodegradáveis, nem sempre é o caso. Por exemplo, "bioplásticos drop-in" como o bio-PET são quimicamente idênticos às versões de combustível fóssil, apenas derivados de biomassa, então não são biodegradáveis, apenas recicláveis. Seja qual for a opção por plástico de recurso renovável ou não renovável, você pode reduzir ainda mais a necessidade de material virgem e tornar a produção mais sustentável usando plásticos com maior conteúdo reciclado.

Materiais reciclados

Fabricar com material reciclado estende a vida útil desse material original, então você não precisa obter tanto material virgem. Isso pode ajudar a reduzir seus custos de material e contribuir muito para melhorar a sustentabilidade geral do seu produto. Afinal, produzir uma tonelada de produtos usando plásticos reciclados em vez de plástico virgem evita que 1,6 toneladas de emissões de dióxido de carbono entrem na atmosfera e economiza cinco barris de petróleo.

Embora os metais não se degradem quando reciclados, muitos plásticos não são facilmente reciclados ou só podem ser reciclados algumas vezes antes que suas propriedades físicas sejam significativamente afetadas. Em muitos casos, usa-se uma mistura de plástico reciclado e virgem para manter propriedades de material aceitáveis. Os plásticos mais comuns com conteúdo reciclado usados na fabricação incluem tereftalato de polietileno (PET) e polietileno de alta densidade (PEAD).

Entendendo o fim de vida do produto

Além de considerar a origem do material, você vai querer pensar no que acontecerá no final da vida do seu produto. Os materiais podem ser biodegradáveis, compostáveis, recicláveis ou alguma combinação dos três (ou nenhum!), dependendo de sua composição química, por isso é importante entender as diferenças ao avaliar materiais.

Plásticos biodegradáveis vs. compostáveis

Embora sejam frequentemente usados como sinônimos, compostabilidade e biodegradabilidade não são a mesma coisa. Todo plástico compostável é biodegradável, mas nem todo plástico biodegradável é compostável. Plásticos compostáveis, como plástico à base de amido termoplástico (TPS), polibutileno succinato (PBS) ou policaprolactona (PCL), podem se decompor em elementos orgânicos e nutrientes que enriquecem o solo. Plásticos biodegradáveis se decompõem naturalmente sem prejudicar o meio ambiente, mas não necessariamente se decompõem em elementos orgânicos.

Plásticos biodegradáveis se dividem em dois grupos — oxibiodegradáveis (plásticos que se decompõem via oxidação) e hidrobiobiodegradáveis (plásticos que se decompõem via hidrólise). Plásticos hidrobiobiodegradáveis tendem a se decompor mais rápido que os oxibiodegradáveis, mas geralmente precisam ser compostados industrialmente. Comparados aos plásticos hidrobiobiodegradáveis, os oxibiodegradáveis são mais baratos, mais fáceis de processar e têm melhores propriedades mecânicas.

Nem todos os produtos compostáveis são iguais. Produtos compostáveis em casa se biodegradam em condições e temperaturas típicas de residências ou pilhas de compostagem no quintal. No entanto, plásticos compostáveis industrialmente geralmente exigem temperaturas sustentadas, presença de materiais ricos em carbono e nitrogênio, ou mais ar para se decomporem em um prazo razoável.

Por exemplo, o ácido polilático (PLA) requer compostagem industrial porque só se degrada a temperaturas acima de 58°C. No entanto, o polihidroxialcanoato (PHA) pode se decompor em casa. Portanto, embora o PHA seja mais caro e exija mais energia para produzir, há maior probabilidade de que ele seja compostado, pois não depende do descarte do usuário final para chegar à instalação de compostagem correta. Se você selecionar um plástico compostável comercialmente, é importante considerar como promover o descarte adequado. Considere rotulagem clara ou programas de devolução.

Materiais reciclados

Se você não conseguir obter uma opção biodegradável, a próxima melhor opção são plásticos recicláveis. Geralmente, termoplásticos são muito mais fáceis de reciclar que termofixos, pois podem ser continuamente derretidos e reformados.

Os plásticos mais comumente reciclados têm um número de reciclagem atribuído que informa aos consumidores o tipo de plástico e sua reciclabilidade. Plásticos com números mais baixos são mais facilmente recicláveis que aqueles com números mais altos. Plásticos comumente reciclados incluem:

1. PET ou PETE — Tereftalato de polietileno (PET) é um plástico leve, fácil de reciclar e frequentemente usado em embalagens, garrafas de água, roupas, enchimento de fibra e cordas.
2. PEAD — Polietileno de alta densidade (PEAD) é um plástico quimicamente resistente e facilmente reciclável.
3. PVC ou V — Cloreto de polivinila (PVC) é um termoplástico rígido moderadamente reciclável.
4. PEBD — Polietileno de baixa densidade (PEBD) é moderadamente reciclável.
5. PP — Polipropileno (PP) é resistente, quimicamente resistente e reciclável.
6. PS — Poliestireno (PS) é moderadamente reciclável.
7. Diversos — Plásticos #7 não são recicláveis.

Ao rotular seus produtos com o número de reciclagem apropriado, você ajuda os usuários finais a entender quais plásticos são recicláveis e como devem descartar seu produto. Você precisará incluir o número de reciclagem do produto no próprio produto (por exemplo, usinagem CNC ou gravação a laser do texto no produto) ou transmitir a informação ao consumidor de outra forma (por exemplo, na etiqueta ou no manual de instruções). A maioria dos programas de reciclagem de coleta seletiva aceita os números mais baixos, mas algumas cidades podem não aceitar os números mais altos, então esses plásticos precisariam ser reciclados através de programas especiais.

Além de rotular claramente seus produtos, você pode estabelecer programas de devolução para ajudar a estender a vida útil do material. Considere oferecer um programa de reciclagem por correio, um programa de troca ou organizar pontos de coleta gratuitos.

Sustentabilidade na manufatura aditiva

Se você procura incorporar materiais de impressão 3D mais sustentáveis, existem algumas opções a considerar. Ao usar tecnologia de modelagem por deposição fundida (FDM), você pode explorar filamentos feitos de plástico reciclado ou de base biológica (como filamentos Francofil à base de ostras e trigo) ou extrusoras à base de pellets que podem derreter diretamente chips de plástico moído.

Além disso, sistemas de produção como HP Multi Jet Fusion estão trabalhando para minimizar sua pegada, permitindo que a maior parte do excesso de pó de suas construções seja reutilizada em projetos futuros quando misturada com uma porcentagem de pó virgem. Eles também reciclam pó não recuperado e peças descartadas para criar estoque para moldagem por injeção, como acontece com estas peças de produção da Ford.

Ainda temos um longo caminho a percorrer quando se trata de sustentabilidade na manufatura aditiva, mas muitas empresas estão tomando medidas para inovar e melhorar a sustentabilidade. Novos materiais sustentáveis também estão constantemente em desenvolvimento, como filamentos à base de algas e algas marinhas e FilaSoy à base de soja. A Forust usa serragem residual e lignina de base biológica para imprimir madeira em 3D. Vale a pena pesquisar quais opções comercialmente disponíveis podem funcionar para suas aplicações e consultar seus fornecedores de materiais para ver quais avanços eles estão fazendo em sustentabilidade.

Sustentabilidade na moldagem por injeção e fundição de uretano

Na moldagem por injeção e fundição de uretano, opções populares de economia de resíduos incluem usar um material com conteúdo reciclado ou rebarbar (alimentar a sucata do processo de moldagem por injeção de volta para si mesmo). Além disso, vale a pena pesquisar se existe uma alternativa de base biológica para o seu plástico de escolha, como bio-PET ou PE feito de cana-de-açúcar ou bio-PC feito de milho. Você também pode optar por materiais de enchimento sustentáveis, como cânhamo, cascas de coco, cascas de arroz e algas, mas tome cuidado para garantir que eles não afetem negativamente a reciclabilidade da sua peça.

Os principais desafios do uso de materiais verdes

Materiais verdes são melhores para o meio ambiente, mas usá-los pode ser desafiador. Pegue plásticos reciclados, por exemplo. Eles frequentemente têm estruturas moleculares mais fracas que plásticos virgens e serão mais propensos a quebra. Também podem ser menos resistentes a produtos químicos, impactos e temperaturas extremas, então os consumidores precisarão comprar uma substituição mais cedo do que se tivessem comprado um produto feito de plástico virgem. Em muitos casos, alternativas sustentáveis como a versão de base biológica de plásticos comuns podem ser mais caras que seus equivalentes petroquímicos comuns. Além disso, geralmente há menos opções sustentáveis comercialmente disponíveis, por isso é importante continuar a impulsionar a inovação neste campo e pressionar os fornecedores de materiais a desenvolver e oferecer materiais menos prejudiciais.

Escolhendo materiais sustentáveis com a Fast Radius

Há muito a considerar ao escolher um material para seu próximo projeto, especialmente quando se trata de sustentabilidade. Hoje em dia, existem muitos materiais sustentáveis usados na fabricação, mas pode ser desafiador determinar se você precisa de algo biodegradável, compostável, reciclável ou totalmente diferente. Um fabricante experiente pode ajudar.

Quando você faz parceria com a Fast Radius, nossa equipe de especialistas pode orientá-lo na seleção de materiais, ajudando você a tomar a melhor decisão para seu projeto. Entre em contato conosco hoje para começar, e fique atento a mais práticas recomendadas de sustentabilidade da nossa equipe da Fast Radius.