Se você tirar os olhos da tela e olhar ao seu redor, é quase certo que haverá algo feito de plástico sintético ao alcance do braço (talvez até mesmo a roupa que você está vestindo). Os seres humanos só fabricam plásticos há cerca de 100 anos, mas já produzimos cerca de 8, 300 milhões de toneladas métricas dele desde 1950 - isso é aproximadamente o peso de 25, 000 edifícios Empire State. E, porque a grande maioria dos plásticos não se biodegradam, quase todo o valor de plástico daquele século permanece em algum lugar do planeta Terra, desde as tripas de peixes e aves marinhas até aterros que contaminam a água até a Grande Mancha de Lixo do Pacífico. E mesmo que não possamos vê-los, microplásticos agora permeiam o ar que respiramos e podem acabar em nossos pulmões, e seus efeitos na saúde ainda não são conhecidos.

Os plásticos se tornaram onipresentes porque têm muitas vantagens sobre os materiais naturais:eles podem ser incrivelmente fortes, mas leves, eles podem ser flexíveis ou rígidos (ou ambos), eles são à prova d'água, e são baratos para fabricar e enviar. O ingrediente secreto que torna os plásticos tão robustos e versáteis são os polímeros de hidrocarbonetos - longas cadeias de átomos de carbono e hidrogênio unidos, cujo arranjo lhes dá essas propriedades valiosas. A adição de outros elementos aos hidrocarbonetos, como oxigênio, azoto, e enxofre - cria diferentes tipos de plásticos que são perfeitamente adequados para diferentes tarefas, desde o delicado polietileno de baixa densidade (LDPE) usado para fazer envoltório plástico até o policarbonato incrivelmente durável, que é 200 vezes mais forte que o vidro.

Da panacéia ao problema

Os primeiros plásticos foram criados no início de 1900 por industriais que faziam experiências com alguns dos subprodutos produzidos a partir do refino do carvão, um combustível fóssil rico em hidrocarbonetos. Quando os Estados Unidos entraram na Segunda Guerra Mundial em 1941, a demanda por plástico explodiu à medida que os recursos naturais rapidamente se tornaram escassos. Os plásticos foram usados ​​para fabricar suprimentos cruciais do tempo de guerra, como pára-quedas, cordas, pára-brisas, e se cansa dos grandes volumes de que os militares precisavam para equipar suas forças. A demanda por plásticos era tão grande que o governo dos EUA forneceu subsídios para incentivar as empresas a construir fábricas com base em produtos mais baratos, petróleo mais acessível (outro combustível fóssil baseado em carbono) em vez de carvão.

Depois que a guerra acabou, produtores de plásticos mudaram seu foco para a esfera doméstica, promovendo alternativas de plástico como mais higiênicas, barato, e modernos do que os produtos existentes. O plástico começou a substituir os materiais tradicionais em muitos objetos, como garrafas de refrigerante, confecções, e embalagem, e criou produtos totalmente novos, como bancadas de fórmica, Tupperware, e isopor. Parecia que quase todos os aspectos da vida estavam destinados a se tornarem plastificados. Na década de 1960, Contudo, os efeitos da adoção mundial de plásticos de braços abertos começaram a soar alarma. As pessoas começaram a notar detritos de plástico chegando às praias, e cresceram as evidências de que aditivos químicos lixiviados de produtos plásticos eram prejudiciais tanto para os humanos quanto para o meio ambiente.

Apesar dessas preocupações, alternativas mais sustentáveis ​​ao plástico ainda não o substituíram com sucesso. As empresas petroquímicas ainda recebem dezenas de bilhões de dólares em subsídios do governo anualmente que mantêm os plásticos à base de petróleo baratos, e os "bioplásticos" mais ecológicos derivados de materiais biológicos representam atualmente menos de 1% do mercado total de plásticos. A maioria dos bioplásticos é produzida pela fermentação dos amidos, açúcares, e a celulose encontrada nas plantas para a produção de etanol, ou ácido láctico, que é então refinado nos blocos de construção químicos usados ​​para fazer plásticos. Contudo, A ampliação desse processo para atender à demanda mundial atual exigiria tanta terra para cultivar as plantas necessárias que destruiríamos habitats inteiros e ameaçaríamos nosso próprio suprimento de alimentos.

Felizmente para o mundo, Os cientistas do Wyss Institute Research Shannon Nangle, Ph.D. e Marika Ziesack, Ph.D. estão enfrentando esse problema desenvolvendo uma fonte barata de plásticos que são biodegradáveis, não requerem o uso de plantas, e têm uma pegada de carbono insignificante:micróbios.

Conheça os micróbios

Embora a maioria de nós pense nas bactérias como "insetos" que são "bons" (os que vivem em nossos intestinos) ou "ruins" (os que causam infecções), Nangle e Ziesack os vêem como pequenas fábricas que podem ser projetadas para produzir os blocos de construção de polímero de plásticos de forma mais fácil e sustentável do que refiná-los a partir do petróleo ou de plantas.

"Como todos os organismos vivos, as bactérias precisam ingerir alimentos, extrair energia e nutrientes a partir dele, e excretar resíduos para sobreviver. As bactérias são muito fáceis de cultivar e controlar, então os cientistas vêm estudando seu funcionamento interno há muito tempo, e agora estamos em um ponto em que podemos manipulá-los geneticamente e metabolicamente para mudar o que estão comendo e o que estão produzindo, "disse Ziesack.

Ela e Nangle têm feito experiências com plásticos à base de micróbios desde 2017, quando foram inspirados pelo projeto Bionic Leaf que seu consultor, Pamela Silver, membro do corpo docente do Wyss, Ph.D., co-criado. Eles se concentraram em um micróbio específico chamado Cupriavidus necator, que absorve os gases hidrogênio e dióxido de carbono e usa um processo chamado fermentação de gás para convertê-los em moléculas essenciais. Um dos compostos que o micróbio produz é um polímero chamado PHB, uma espécie de poliéster que utiliza como forma de armazenamento de energia. O próprio PHB não é um grande polímero para plásticos - é muito frágil e difícil de fabricar objetos - mas Ziesack e Nangle encontraram uma maneira de ajustar o metabolismo do micróbio para que ele produza um poliéster semelhante chamado PHA, que é mais flexível e já está sendo investigado como alternativa ao plástico biodegradável.

"PHAs biodegradáveis ​​não são uma ideia nova, mas até agora ninguém foi capaz de fazê-los baratos o suficiente para que pudessem competir com os poliésteres derivados do petróleo. Nossos micróbios podem reduzir drasticamente o preço de produção desses polímeros porque os alimentamos com gases em vez de compostos precursores caros, e estamos evitando todos os custos econômicos e ambientais da agricultura industrial que estão embutidos no preço dos bioplásticos à base de plantas, "disse Nangle.

Embora os poliésteres como o PHA sejam apenas um dos muitos tipos de polímeros que entram em diferentes tipos de plástico hoje, Nangle e Ziesack acham que, com a engenharia certa, seu sistema poderia produzir poliésteres com propriedades diferentes que imitam outros tipos de polímeros. "A beleza dos PHAs é que eles podem ser amplamente modificados, então, se pudermos expandir o escopo de compostos que nossos micróbios podem produzir, poderíamos criar materiais com características equivalentes a outros petroquímicos, mesmo que sua estrutura química seja diferente, "disse Ziesack.

Para o mundo real, e além

Encorajado pelo seu sucesso no laboratório e pelo potencial do seu projeto para ajudar a resolver o "problema mundial dos plásticos, "Ziesack e Nangle enviaram uma inscrição de Projeto do Instituto para seu projeto, agora chamado de Circe, e têm trabalhado com indústrias, investimento, e parceiros de desenvolvimento de negócios para promover ainda mais sua tecnologia técnica e comercialmente para maximizar o sucesso comercial de curto prazo. Embora fazer seu sistema funcionar no laboratório fosse um desafio científico significativo, tirá-lo do laboratório e colocá-lo em uma instalação de produção é um conjunto completamente diferente de obstáculos que eles estão superando um passo de cada vez.

“Queremos criar um plano de negócios para um sistema que seja totalmente sustentável do início ao fim, onde pensamos e planejamos cada estágio do ciclo de vida de um produto para que, quando um consumidor terminar de usá-lo, vai cuidar de si mesmo [por biodegradação], "disse Nangle." Pode ser complicado convencer os investidores de que um experimento em escala de laboratório acadêmico é comercialmente viável, e receber suporte como um Projeto do Instituto foi fundamental para nos permitir demonstrar que este sistema pode funcionar no mundo real, e pode causar um impacto real. "

Os criadores de Circe até têm planos de como seus micróbios poderiam ser usados ​​além do "mundo real" em lugares onde nem combustíveis fósseis nem plantas estão disponíveis - como o espaço sideral. Um dia, esses micróbios poderiam ser transportados para assentamentos humanos em outros planetas, onde poderiam ser usados ​​para fabricar de tudo, desde materiais de construção até alimentos e apoiar a exploração de outros mundos por nossa espécie.

"Ainda não sabemos quais são os limites dessa tecnologia, porque a fabricação de plásticos a partir de micróbios em grande escala só foi desenvolvida e implementada recentemente. Mas estamos empenhados em levar este projeto o mais longe possível, e se um dia isso significar Marte, será incrível, "disse Ziesack.