Modelo multicritério híbrido para escolha de resinas de polietileno tereftalato por meio da avaliação de rotas químicas e com base nos aspectos da Economia Circular

Abstract

A poluição gerada por polímeros descartados é um problema global, impactando negativamente o meio ambiente em diversas etapas, como fabricação, extração de matéria-prima, descarte e reciclabilidade. A Economia Circular (EC) surge como um modelo capaz de mitigar esses impactos e aprimorar o setor de polímeros. Este estudo tem como objetivo propor um modelo de decisão multicritério (MCDM) que auxilie na escolha da melhor resina PET por meio da mensuração das rotas químicas com base nos conceitos da EC. Por meio de uma metodologia de pesquisa que integrou o Design Thinking (DT) com uma abordagem híbrida multicritério, combinando o Analytic Hierarchy Process (AHP) e a Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) sob lógica fuzzy, a investigação buscou incorporar de maneira estruturada e integrada a avaliação de múltiplos critérios. O método fuzzy AHP foi empregado para determinar os pesos relativos dos critérios e classificá-los, enquanto o método fuzzy TOPSIS foi utilizado com o intuito de reduzir as lacunas entre os valores de desempenho reais das alternativas, possibilitando uma avaliação abrangente do PET. Dois grupos de especialistas foram consultados: um focado na produção de resinas PET e outro na circularidade dos polímeros. A abordagem permitiu uma análise detalhada de três tecnologias de produção de resina PET, considerando critérios econômicos, ambientais e técnicos, além de doze subcritérios relacionados à EC. Os resultados indicaram quais resinas melhor atendem aos critérios da EC, demonstrando que a rota química baseada em ácido tereftálico purificado (TPA) de material virgem foi a mais alinhada com os princípios da EC, seguida pela rota de produção com biomassa, e, por último, pela rota química baseada em dimetil tereftalato (DMT) de material virgem. A necessidade de potencializar a escalabilidade e a qualidade das rotas mais circulares foi destacada para atender à crescente demanda por PET e reduzir a dependência de rotas tradicionais. A abordagem híbrida revelou-se mais eficaz e robusta do que a avaliação por um único indicador, auxiliando os decisores na escolha de rotas de produção mais sustentáveis. A ferramenta desenvolvida demonstrou-se intuitiva e útil para a indústria que busca migrar do modelo linear para o circular, permitindo a seleção de materiais PET com melhor desempenho em termos de EC e circularidade. Além disso, pode ser combinada com métodos mais complexos, como a análise do ciclo de vida das resinas, sugerindo novos estudos para aprofundar a temática.

Abstract: The pollution generated by discarded polymers is a global issue, negatively impacting the environment at various stages, including manufacturing, raw material extraction, disposal, and recyclability. The Circular Economy (CE) emerges as a model capable of mitigating these impacts and improving the polymer sector. This study aims to propose a multi-criteria decision-making (MCDM) model to assist in selecting the best PET resin by measuring chemical production routes based on CE principles. Through a research methodology that integrated Design Thinking (DT) with a hybrid multi-criteria approach, combining the Analytic Hierarchy Process (AHP) and the Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) under fuzzy logic, the study sought to incorporate a structured and integrated evaluation of multiple criteria. The fuzzy AHP method was used to determine the relative weights of the criteria and rank them, while the fuzzy TOPSIS method was applied to reduce gaps between the actual performance values of the alternatives, enabling a comprehensive assessment of PET. Two groups of experts were consulted: one focused on PET resin production and the other on polymer circularity. The approach allowed for a detailed analysis of three PET resin production technologies, considering economic, environmental, and technical criteria, along with twelve CE-related sub-criteria. The results indicated which resins best align with CE principles, revealing that the chemical route based on virgin terephthalic acid (TPA) was the most consistent with CE objectives, followed by the biomass-based production route, and, lastly, the chemical route based on virgin dimethyl terephthalate (DMT). The need to enhance the scalability and quality of more circular routes was highlighted to meet the growing demand for PET while reducing reliance on traditional processes. The hybrid approach proved to be more effective and robust than evaluation using a single indicator, supporting decision-makers in selecting more sustainable production routes. The developed tool demonstrated ease of use and practical utility for industries seeking to transition from a linear to a circular model, allowing for the selection of PET materials with superior CE and circularity performance. Furthermore, it can be combined with more complex methods, such as life cycle analysis (LCA) of resins, suggesting further studies to deepen the discussion.