A Alemanha gera cerca de 38 quilos de resíduos plásticos per capita a cada ano. Em um projeto conjunto com a Universidade de Stuttgart e LCS Life Cycle Simulation, pesquisadores do Instituto Fraunhofer de Engenharia Interfacial e Biotecnologia IGB e do Instituto Fraunhofer de Engenharia de Processos e Embalagem IVV estão agora trabalhando para estabelecer um conceito holístico para o uso sustentável de materiais de embalagem biodegradáveis ​​na indústria de cosméticos. O projeto está se concentrando em polihidroxialcanoatos (PHAs), que têm propriedades semelhantes aos plásticos convencionais, mas são produzidos a partir de microorganismos e sem o uso de matérias-primas de base fóssil.

A data, as bactérias no laboratório da Dra. Susanne Zibek no Fraunhofer IGB em Stuttgart foram alimentadas com uma grande variedade de materiais residuais, variando de resíduos de madeira e resíduos de óleo e açúcar ao glicerol da produção de biodiesel. Cada uma dessas fontes de alimentação à base de carbono faz com que as bactérias produzam grânulos de armazenamento intracelular específicos. Esses chamados poli-hidroxialcanoatos (PHAs) são o foco do SusPackaging, um projeto de pesquisa que está sendo conduzido em cooperação com Fraunhofer IVV em Freising, a Universidade de Stuttgart e LCS Life Cycle Simulation, que está localizado na cidade de Backnang. Pesquisadores do Fraunhofer IGB estão buscando criar de base biológica, polímeros biodegradáveis ​​em substituição às embalagens plásticas na indústria cosmética. O que diferencia o projeto é sua tentativa de estabelecer uma cadeia de valor totalmente verde. Como explica a Dra. Ana Lucía Vásquez-Caicedo da Fraunhofer IGB, um conceito holístico com foco na sustentabilidade é novo:"Muitos estudos se concentram em aspectos individuais, mas é raro ver uma consideração de toda a cadeia de processo até uma avaliação da qualidade dos materiais. "

O processo começa com o cultivo da bactéria. Dra. Susanne Zibek, gerente de grupo do Food Processing Technology Group, e seu colega Dr. Thomas Hahn estão investigando como microorganismos específicos podem ser usados ​​para produzir PHAs diferentes com estruturas diferentes, e como a escolha do alimento influencia suas características. "Basicamente, estamos tentando criar novas variantes estruturais, para que possamos ver se o polímero produzido é adequado como um material de embalagem, "Explica Zibek. O grupo de trabalho tem apoio de pesquisadores da Universidade de Stuttgart, que estão examinando mais de perto as várias características dos microrganismos, incluindo até que ponto eles podem se adaptar a substâncias tóxicas que podem estar contidas nas fontes naturais de alimentos para animais.

Substituição de solventes prejudiciais por tecnologia de mudança de pressão

Antes que os PHAs possam ser processados ​​e testados, eles devem primeiro ser extraídos dos microrganismos. Este é o campo de especialização de Vásquez-Caicedo, gerente de grupo do Food Processing Technology Group da Fraunhofer IGB. Como uma regra, este chamado processo de purificação usa solventes como o clorofórmio. Contudo, como ela explica, o objetivo é afastar-se de solventes prejudiciais ao meio ambiente. Em vez de, ela desenvolveu um método puramente mecânico / físico de ruptura celular. Conhecida como tecnologia de mudança de pressão (PCT), isso envolve a adição de um gás de processo ao caldo de fermentação contendo os microrganismos. O caldo é então pressurizado, com isso, o gás penetra no citoplasma das células. Uma rápida redução da pressão no caldo destrói as células e libera o PHA.

Após a purificação, o PHA é enviado na forma de um pó branco para o Fraunhofer IVV em Freising. Aqui, é transformado primeiro em grânulos e depois em um filme de polímero. Os testes iniciais em pequenas folhas deste polímero examinaram as características do material, como estabilidade térmica, plasticidade e várias propriedades de barreira - essenciais se a embalagem futura fornecer ingredientes cosméticos, por exemplo, proteção eficaz contra a dessecação.

A Dra. Cornelia Stramm do Fraunhofer IVV está feliz com os resultados até agora:"Em termos de suas propriedades mecânicas, alguns tipos de PHA ainda são um tanto difíceis de processar. Precisamos fazer alguns ajustes lá. Mas em termos de propriedades de barreira, Os PHAs apresentam grande potencial em comparação com outros biopolímeros. "Ao final de cada ciclo de teste, ela envia os resultados de volta para Stuttgart junto com recomendações para ações futuras, e então o processo começa novamente.

Com base neste feedback de Fraunhofer IVV, O grupo de trabalho de Zibek na Fraunhofer IGB modificou sua estratégia de alimentação. As bactérias agora recebem um co-substrato adicional, que aumenta o conteúdo de valerato do PHA, tornando assim o produto final mais flexível.

Melhoria adicional com cada ciclo de feedback

Embora os volumes ainda sejam muito baixos e a produção leve muito tempo, the process is steadily improving with each feedback loop.

Once the various steps have been finalized, a life cycle analysis conducted by external project partner LCS Life Cycle Simulation will evaluate the energy efficiency and sustainability of the entire process in order to compare it with existing processes. All three researchers from Fraunhofer see big potential for PHAs. No futuro, particularly for small items of disposable packaging, they could offer a genuine alternative to conventional petroleum-based plastics.