p Os plásticos biodegradáveis ​​foram anunciados como uma solução para o problema de poluição do plástico que atormenta o mundo, mas os sacos de plástico "compostáveis" de hoje, utensílios e tampas de copos não quebram durante a compostagem normal e contaminam outros plásticos recicláveis, criando dores de cabeça para os recicladores. A maioria dos plásticos compostáveis, feito principalmente de poliéster conhecido como ácido polilático, ou PLA, acabam em aterros sanitários e duram tanto quanto os plásticos. p Universidade da Califórnia, Berkeley, cientistas agora inventaram uma maneira de fazer com que esses plásticos compostáveis ​​se quebrem mais facilmente, com apenas calor e água, dentro de algumas semanas, resolvendo um problema que tem confundido a indústria de plásticos e ambientalistas.

p "As pessoas agora estão preparadas para entrar em polímeros biodegradáveis ​​para plásticos de uso único, mas se descobrir que isso cria mais problemas do que vale a pena, então a política pode ser revertida, "disse Ting Xu, Professor de ciência e engenharia de materiais da UC Berkeley e de química. "Basicamente, estamos dizendo que estamos no caminho certo. Podemos resolver esse problema contínuo de plásticos descartáveis ​​não serem biodegradáveis."

p Xu é o autor sênior de um artigo que descreve o processo que aparecerá na edição de 21 de abril da revista Natureza .

p A nova tecnologia deveria teoricamente ser aplicável a outros tipos de plásticos de poliéster, talvez permitindo a criação de recipientes de plástico compostáveis, que atualmente são feitos de polietileno, um tipo de poliolefina que não se degrada. Xu acha que os plásticos poliolefínicos são mais bem transformados em produtos de alto valor, não adubo, e está trabalhando em maneiras de transformar plásticos poliolefínicos reciclados para reutilização.

p O novo processo envolve a incorporação de enzimas que comem poliéster no plástico à medida que ele é feito. Essas enzimas são protegidas por um invólucro de polímero simples que evita que a enzima se desemaranhe e se torne inútil. Quando exposto ao calor e água, a enzima retira sua cobertura de polímero e começa a triturar o polímero plástico em seus blocos de construção - no caso do PLA, reduzindo-o a ácido láctico, que pode alimentar os micróbios do solo na compostagem. A embalagem de polímero também se degrada.

p O processo elimina microplásticos, um subproduto de muitos processos de degradação química e um poluente por si só. Até 98% do plástico feito com a técnica de Xu se degrada em pequenas moléculas.

p Um dos co-autores do estudo, Aaron Hall, ex-aluno de doutorado da UC Berkeley, criou uma empresa para desenvolver ainda mais esses plásticos biodegradáveis.

p Fazendo o plástico se autodestruir

p Os plásticos são projetados para não quebrar durante o uso normal, mas isso também significa que eles não quebram depois de serem descartados. Os plásticos mais duráveis ​​têm uma estrutura molecular quase cristalina, com fibras de polímero alinhadas tão firmemente que a água não consegue penetrá-las, muito menos micróbios que podem mastigar os polímeros, que são moléculas orgânicas.

p A ideia de Xu era incorporar enzimas comedoras de polímeros em nanoescala diretamente em um plástico ou outro material de uma forma que os sequestrasse e os protegesse até que as condições certas os liberassem. Em 2018, ela mostrou como isso funciona na prática. Ela e sua equipe da UC Berkeley incorporaram em uma esteira de fibra uma enzima que degrada produtos químicos organofosforados tóxicos, como aqueles em inseticidas e agentes de guerra química. Quando o tapete foi imerso no produto químico, a enzima incorporada quebrou o organofosfato.

p Sua principal inovação foi uma forma de proteger a enzima de se desintegrar, o que as proteínas normalmente fazem fora de seu ambiente normal, como uma célula viva. Ela projetou moléculas que chamou de heteropolímeros aleatórios, ou RHPs, que envolvem a enzima e gentilmente a mantêm unida sem restringir sua flexibilidade natural. Os RHPs são compostos por quatro tipos de subunidades monoméricas, cada um com propriedades químicas projetadas para interagir com grupos químicos na superfície da enzima específica. Eles se degradam sob a luz ultravioleta e estão presentes em uma concentração de menos de 1% do peso do plástico - baixo o suficiente para não ser um problema.

p Para a pesquisa relatada no Natureza papel, Xu e sua equipe usaram uma técnica semelhante, envolvendo a enzima em RHPs e incorporando bilhões dessas nanopartículas em grânulos de resina plástica que são o ponto de partida para toda a fabricação de plástico. Ela compara esse processo à incorporação de pigmentos em plástico para colori-los. Os pesquisadores mostraram que as enzimas envoltas em RHP não mudaram o caráter do plástico, que poderia ser derretido e extrudado em fibras como o plástico de poliéster normal a temperaturas em torno de 170 graus Celsius, ou 338 graus Fahrenheit.

p Para desencadear a degradação, bastava adicionar água e um pouco de calor. Em temperatura ambiente, 80% das fibras de PLA modificadas degradaram-se inteiramente em cerca de uma semana. A degradação foi mais rápida em temperaturas mais altas. Em condições de compostagem industrial, o PLA modificado degradou-se em seis dias a 50 graus Celsius (122 F). Outro plástico de poliéster, PCL (policaprolactona), degradado em dois dias sob condições de compostagem industrial a 40 graus Celsius (104 F). Para PLA, ela incorporou uma enzima chamada proteinase K, que transforma o PLA em moléculas de ácido láctico; para PCL, ela usou lipase. Ambas são enzimas baratas e prontamente disponíveis.

p "Se você tiver a enzima apenas na superfície do plástico, iria gravar muito lentamente, "Xu disse." Você quer que seja distribuído nanoscopicamente em todos os lugares para que, essencialmente, cada um deles só precisa comer seus vizinhos de polímero, e então todo o material se desintegra. "

p A rápida degradação funciona bem com a compostagem municipal, o que normalmente leva de 60 a 90 dias para transformar alimentos e resíduos vegetais em composto utilizável. A compostagem industrial em altas temperaturas leva menos tempo, mas os poliésteres modificados também se decompõem mais rapidamente nessas temperaturas.

p Xu suspeita que temperaturas mais altas fazem com que a enzima envolvida se mova mais, permitindo que ele encontre mais rapidamente o final de uma cadeia de polímero e mastigue-o e então prossiga para a próxima cadeia. As enzimas envoltas em RHP também tendem a se ligar perto das extremidades das cadeias de polímero, mantendo as enzimas perto de seus alvos.

p Os poliésteres modificados não se degradam em temperaturas mais baixas ou durante breves períodos de umidade, ela disse. Uma camisa de poliéster feita com esse processo resistiria ao suor e à lavagem em temperaturas moderadas, por exemplo. A imersão em água por três meses em temperatura ambiente não causou a degradação do plástico.

p A imersão em água morna leva à degradação, como ela e sua equipe demonstraram.

p "Acontece que a compostagem não é suficiente - as pessoas querem compostar em suas casas sem sujar as mãos, eles querem compostar na água, "ela disse." Então, isso é o que tentamos ver. Usamos água morna da torneira. Basta aquecê-lo até a temperatura certa, em seguida, coloque-o e vemos que em poucos dias ele desaparece. "

p Xu está desenvolvendo enzimas envoltas em RHP que podem degradar outros tipos de plástico de poliéster, mas ela também está modificando os RHPs para que a degradação possa ser programada para parar em um ponto especificado e não destruir completamente o material. Isso pode ser útil se o plástico tiver que ser fundido novamente e transformado em um novo plástico.

p O projeto é parcialmente apoiado pelo Escritório de Pesquisa do Exército do Departamento de Defesa, um elemento do Laboratório de Pesquisa do Exército do Comando de Desenvolvimento de Capacidades de Combate do Exército dos EUA.

p "Esses resultados fornecem uma base para o projeto racional de materiais poliméricos que podem se degradar em escalas de tempo relativamente curtas, o que poderia fornecer vantagens significativas para a logística do Exército relacionada à gestão de resíduos, "disse Stephanie McElhinny, Ph.D., gerente de programa do Gabinete de Pesquisa do Exército. "Mais amplamente, esses resultados fornecem uma visão sobre as estratégias para a incorporação de biomoléculas ativas em materiais de estado sólido, o que pode ter implicações para uma variedade de capacidades futuras do Exército, incluindo detecção, descontaminação e materiais de autocura. "

p Xu disse que a degradação programada pode ser a chave para reciclar muitos objetos. Imagine, ela disse, usando cola biodegradável para montar circuitos de computador ou até telefones inteiros ou eletrônicos, então, quando você terminar com eles, dissolver a cola para que os dispositivos se desfaçam e todas as peças possam ser reaproveitadas.

p "É bom para a geração do milênio pensar sobre isso e iniciar uma conversa que mudará a forma como nos relacionamos com a Terra, "Xu disse." Veja todas as coisas desperdiçadas que jogamos fora:roupas, sapatos, eletrônicos como telefones celulares e computadores. Estamos tirando coisas da terra em um ritmo mais rápido do que podemos devolvê-las. Não volte para a Terra para extrair esses materiais, mas meu tudo o que você tem, e depois convertê-lo em outra coisa. "