p De aterros transbordando a ilhas de lixo flutuantes nos oceanos e microplásticos em áreas selvagens remotas, bilhões de toneladas de plástico descartado criaram uma crise global de poluição. p Embora os plásticos sejam essenciais para nossa vida cotidiana, são materiais duráveis ​​que não se biodegradam naturalmente, levando décadas ou mesmo séculos para se decompor em aterros ou no ambiente natural. Mais de 82 milhões de toneladas métricas de tereftalato de polietileno (PET) são produzidos globalmente a cada ano para fazer garrafas de bebida de uso único, embalagem, confecções, e tapetes, e é uma das maiores fontes de resíduos plásticos.

p Cientistas do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) estão fazendo progresso em uma possível solução para resíduos de PET. Uma equipe de pesquisa colaborativa está combinando química e biologia para transformar PET em um material de náilon com melhores propriedades que pode ser usado para criar uma gama mais versátil de novos produtos.

p Em conjunto com as tecnologias bio-otimizadas para manter termoplásticos longe de aterros sanitários e do meio ambiente (BOTTLE) Consórcio, Pesquisadores do NREL e parceiros do Oak Ridge National Laboratory (ORNL) projetaram uma bactéria para converter PET desconstruído em blocos de construção para um produto de náilon superior. Conforme descrito em "Desconstrução química em tandem e upcycling biológico de poli (tereftalato de etileno) para ácido β-cetoadípico por Pseudomonas putida KT2440, "publicado recentemente na Metabolic Engineering, esses monômeros de alto desempenho podem ser reciclados em materiais e produtos plásticos de alto valor, um processo conhecido como upcycling.

p "Esta etapa de conversão biológica é uma parte importante da equação que torna possível o upcycling de PET, criando a oportunidade de transformar garrafas de plástico poluentes em materiais de fabricação valiosos, em última análise, nos aproximando de uma economia circular em escala, "disse o cientista do NREL e o primeiro autor do artigo de jornal Allison Werner.

p Uma economia circular pode estender a vida útil funcional das moléculas para fazer plásticos virgens, enquanto reduz o desperdício, conservando recursos, e aumentando a eficiência. Isso pode ajudar a entregar suprimentos fabricados com menos matéria-prima e energia e ficar longe dos aterros.

p Os pesquisadores do BOTTLE estão explorando como uma série de processos químicos e biológicos podem ser usados ​​para desconstruir resíduos de plástico e aumentá-los para valores mais elevados, materiais recicláveis. O recente projeto BOTTLE desconstruiu PET usando um processo quimiocatalítico e projetou a bactéria Pseudomonas putida KT2440 para converter o PET no ácido β-cetoadípico químico (βKA), um bloco de construção para náilon de alto desempenho.

p NREL e ORNL colaboraram na engenharia das bactérias. ORNL projetou a bactéria para utilizar um intermediário chave na decomposição do PET, que permitiu à equipe do NREL construir uma plataforma completa para bioconversão.

p Lidando com o problema PET

p Cada tipo de plástico tem suas próprias propriedades moleculares que potencialmente requerem diferentes métodos de desconstrução. PET pode ser desconstruído em monômeros usando vários processos químicos diferentes. Contudo, os métodos mecânicos usados ​​para a maioria da reciclagem de PET hoje podem resultar em produtos de baixa qualidade e menos lucrativos, levando a baixas taxas de reciclagem. Várias fontes mostram que atualmente apenas 15% a 35% de todas as garrafas PET encontram uma segunda vida.

p As transformações biológicas projetadas por cientistas do NREL e ORNL em P. putida, emparelhado com um processo de glicólise quimiocatalítica, pode criar um produto mais valioso a partir do PET e, em última análise, incentivar taxas de recuperação mais altas - eventualmente se traduzindo em menos garrafas plásticas descartadas poluindo as águas do oceano e áreas selvagens nas montanhas.

p O material extraído por meio dessa desconstrução catalítica em tandem e técnica de conversão biológica oferece melhores propriedades do que os tipos comuns de náilon que se destina a substituir, incluindo menor permeabilidade à água, temperatura de fusão mais alta, e temperatura de transição vítrea mais alta. Essas vantagens de desempenho expandem as maneiras como o material pode ser usado, inclusive para peças automotivas que precisam resistir a altas temperaturas. O aumento do valor do material reciclado pode incentivar a indústria a reciclar mais plástico, levando à recuperação de plástico em uma escala muito maior.

p Recusando-se a rolar na poluição do plástico

p Embora essa descoberta inicial já prometa expandir as oportunidades para o upcycling de PET, os pesquisadores continuam a refinar a abordagem. Além de otimizar a interface química-biologia, a equipe está avaliando uma ampla gama de outros fatores.

p Postconsumer PET waste streams can contain additives that P. putida may be unable to catabolize. Characterization of these streams to identify the chemicals present and engineering metabolic pathways to enable consumption of these compounds as well will be needed to maximize efficiency of the bioconversion process, increase yields, and comprehensively deal with the plastic waste.

p The future success of any tandem deconstruction and upcycling approach for PET will ultimately be determined by its combined technical feasibility, economic viability, and environmental impact. The NREL team plans to perform techno-economic analysis and life cycle assessment to build a better understanding of the process energy requirements and greenhouse gas emissions.

p "Plastics have revolutionized modern life, mas, until recently, plastic manufacturing has followed a strictly linear economy and is carbon-intensive, " said NREL Senior Research Fellow, BOTTLE Consortium Lead, and journal article senior author Gregg Beckham. "Circular approaches to this problem can reduce our reliance on fossil-based carbon and thus reduce greenhouse gas emissions. With annual plastic production expected at nearly 600 million tons by 2050, the time to act is now."

p The efforts of NREL and the BOTTLE Consortium, including these new chemical deconstruction and biological upcycling techniques, will be vital tactics in combatting the plastic pollution crisis and the environmental and energy challenges associated with climate change.