Os plásticos de base biológica, como o ácido polilático (PLA), foram inventados para ajudar a resolver a crise dos resíduos plásticos, mas muitas vezes acabam por tornar a gestão de resíduos mais desafiadora.



Dado que estes materiais têm um aspecto e um toque tão semelhantes aos plásticos convencionais à base de petróleo, muitos produtos acabam não nos compostores, onde se decompõem conforme concebido, mas são adicionados ao fluxo de reciclagem por consumidores bem-intencionados. Lá, os produtos são triturados e derretidos junto com os plásticos recicláveis, diminuindo a qualidade da mistura e dificultando a fabricação de produtos funcionais a partir de resina plástica reciclada.

A única solução, atualmente, é tentar separar os diferentes plásticos em instalações de reciclagem. No entanto, mesmo com as ferramentas de classificação automatizadas mais sofisticadas, alguns plásticos de base biológica acabam contaminando os fluxos classificados.

Cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) e do Joint BioEnergy Institute (JBEI) estão colaborando com a X – a incubadora lunar liderada pela Alphabet, empresa controladora do Google – não apenas para pular a problemática etapa de separação, mas também para tornar o produto final melhor para o planeta.

A equipe inventou um processo simples de “um pote” para quebrar misturas de plásticos à base de petróleo e de base biológica, usando soluções salinas de origem natural combinadas com micróbios especializados. Numa única cuba, os sais actuam como catalisadores para quebrar os materiais dos polímeros, grandes estruturas de moléculas repetidas ligadas entre si, em moléculas individuais chamadas monómeros, que os micróbios fermentam num novo tipo de polímero biodegradável que pode ser produzido. em produtos de base frescos. O processo é descrito em um livro One Earth artigo publicado em 17 de novembro.

“É meio irônico porque o objetivo do uso de plásticos de base biológica é ser mais sustentável, mas está causando problemas”, disse o primeiro autor Chang Dou, associado sênior de engenharia científica da Unidade de Desenvolvimento de Processos Avançados de Biocombustíveis e Bioprodutos (ABPDU) em Laboratório Berkeley.

Dou foi recentemente nomeado um dos 35 com menos de 35 anos do Instituto Americano de Engenheiro Químico. "Nosso projeto está tentando contornar o problema da separação e fazer com que você não precise se preocupar se mistura sua lixeira. Você pode colocar todo o plástico em um balde."

Além de agilizar a reciclagem, a abordagem da equipe poderia permitir a fabricação de base biológica de outros produtos valiosos usando as mesmas bactérias que mastigam alegremente monômeros plásticos. Imagine um mundo onde biocombustíveis ou mesmo medicamentos pudessem ser produzidos a partir de resíduos plásticos – dos quais existem cerca de 8,3 mil milhões de toneladas depositados em aterros sanitários.

"Há uma discussão aberta sobre se podemos usar resíduos de plástico como fonte de carbono para a biofabricação. É uma ideia muito avançada. Mas provamos que, usando resíduos de plástico, podemos alimentar micróbios. Com mais ferramentas de engenharia genética, os micróbios poderão ser capazes de crescer em vários tipos de plásticos ao mesmo tempo Prevemos o potencial para continuar este estudo onde podemos substituir os açúcares, fontes tradicionais de carbono para micróbios, pelos plásticos mistos processados ​​e difíceis de reciclar que podem ser convertidos em produtos valiosos. através da fermentação", disse Zilong Wang, pesquisador de pós-doutorado da UC Berkeley que trabalha no JBEI.

O próximo passo dos cientistas do Berkeley Lab é experimentar outros catalisadores de sal orgânico para tentar encontrar um que seja altamente eficaz na quebra de polímeros e que possa ser reutilizado em vários lotes para reduzir custos. Eles também estão modelando como o processo funcionaria em instalações de reciclagem de grande escala no mundo real.

Em seu artigo, os cientistas demonstraram o potencial de sua abordagem em experimentos de laboratório em escala de bancada com misturas de tereftalato de polietileno (PET) – o plástico à base de petróleo mais comum, usado em coisas como garrafas de água e fiado em fibras de poliéster – e PLA, o plástico de base biológica mais comum.

Eles usaram um catalisador de sal à base de aminoácidos desenvolvido anteriormente por colegas do JBEI e uma cepa de Pseudomonas putida desenvolvida por cientistas do Laboratório Nacional de Oak Ridge.

Esta combinação quebrou com sucesso 95% da mistura PET/PLA e converteu as moléculas em um tipo de polímero polihidroxialcanoato (PHA). Os PHAs são uma nova classe de substitutos plásticos biodegradáveis ​​concebidos para se decomporem eficientemente numa variedade de ambientes naturais, ao contrário dos plásticos à base de petróleo.

O membro da equipe Hemant Choudhary observou que, embora seu processo de reciclagem química seja atualmente comprovado apenas para plásticos PET contaminados com PLA biodegradável, ainda assim seria benéfico para os diversos fluxos de plástico encontrados em instalações de reciclagem reais.

“Ele pode ser completamente integrado às fontes de plástico existentes”, disse Choudhary, cientista da equipe do Sandia National Laboratories que trabalha no JBEI. A maioria dos produtos comerciais não é apenas um tipo de plástico, mas um punhado de tipos diferentes combinados, explicou ele. Por exemplo, uma jaqueta de lã é feita com poliésteres à base de PET juntamente com poliolefinas ou poliamidas.

“Podemos colocá-lo em nosso processo único e processar facilmente o componente de poliéster dessa mistura e convertê-lo em um bioplástico. Esses monômeros são solúveis em água, mas as sobras, as poliolefinas ou poliamidas, não são.” As sobras podem ser facilmente removidas por simples filtração e depois encaminhadas para um processo tradicional de reciclagem mecânica, onde o material é triturado e derretido, disse Choudhary.

“A reciclagem química tem sido um tema quente, mas é difícil fazer com que isso aconteça em escala comercial porque todas as etapas de separação são muito caras”, disse Ning Sun, cientista da equipe da ABPDU, autor principal e investigador principal deste projeto. .

"Mas ao utilizar um catalisador biocompatível em água, os micróbios podem converter diretamente os plásticos despolimerizados sem etapas adicionais de separação. Estes resultados são muito entusiasmantes, embora reconheçamos que ainda são necessárias uma série de melhorias para concretizar a viabilidade económica do processo desenvolvido. "

Os coautores Nawa R. Baral e Corinne Scown, especialistas em análise tecnoeconômica no JBEI e na Área de Biociências do Berkeley Lab, também demonstraram que, uma vez otimizado com uma solução salina reutilizável, o processo poderia reduzir o custo e a pegada de carbono dos PHAs em 62% e 29%. %, respectivamente, em comparação com a produção comercial atual de PHA.

Mais informações: Ning Sun et al, Uma abordagem híbrida químico-biológica pode reciclar resíduos plásticos mistos com custo e pegada de carbono reduzidos, One Earth (2023). DOI:10.1016/j.oneear.2023.10.015. www.cell.com/one-earth/fulltex… 2590-3322(23)00490-6
Informações do diário: Uma Terra

Fornecido pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley