Os bioplásticos são frequentemente considerados ecologicamente corretos, mas eles vivem de acordo com o hype?

O mundo produziu mais de nove bilhões de toneladas de plástico desde a década de 1950. 165 milhões de toneladas destruíram nosso oceano, com quase 9 milhões de toneladas a mais entrando nos oceanos a cada ano. Uma vez que apenas cerca de 9 por cento do plástico é reciclado, muito do resto polui o meio ambiente ou fica em aterros sanitários, onde pode levar até 500 anos para se decompor enquanto lixiviam produtos químicos tóxicos para o solo.

O plástico tradicional é feito de matérias-primas à base de petróleo. Alguns dizem que os bioplásticos - feitos de 20% ou mais de materiais renováveis ​​- podem ser a solução para a poluição do plástico. As vantagens frequentemente citadas do bioplástico são o uso reduzido de recursos de combustíveis fósseis, uma pegada de carbono menor, e decomposição mais rápida. O bioplástico também é menos tóxico e não contém bisfenol A (BPA), um desregulador hormonal frequentemente encontrado em plásticos tradicionais.

Kartik Chandran, professor do Departamento de Engenharia Ambiental e Terrestre da Universidade de Columbia que trabalha com bioplásticos, acredita que, em comparação com os plásticos tradicionais, "os bioplásticos são uma melhoria significativa."

Contudo, Acontece que os bioplásticos ainda não são a bala de prata para o nosso problema com o plástico.

Quão biodegradáveis ​​são os bioplásticos?

Uma vez que muitas vezes há confusão quando se fala sobre bioplásticos, vamos esclarecer alguns termos primeiro.

• Degradável - Todo plástico é degradável, mesmo plástico tradicional, mas só porque pode ser quebrado em pequenos fragmentos ou pó não significa que os materiais irão retornar à natureza. Alguns aditivos aos plásticos tradicionais fazem com que eles se degradem mais rapidamente. O plástico fotodegradável se decompõe mais facilmente à luz do sol; O plástico oxo-degradável se desintegra mais rapidamente quando exposto ao calor e à luz.
• Biodegradável - O plástico biodegradável pode ser decomposto completamente em água, dióxido de carbono e composto por microorganismos nas condições certas. "Biodegradável" implica que a decomposição ocorre em semanas a meses. Bioplásticos que não se biodegradam tão rapidamente são chamados de "duráveis, "e alguns bioplásticos feitos de biomassa que não podem ser facilmente decompostos por microorganismos são considerados não biodegradáveis.
• Compostável - o plástico compostável será biodegradável em um local de compostagem. Os microrganismos decompõem-se em dióxido de carbono, agua, compostos inorgânicos e biomassa na mesma taxa que outros materiais orgânicos na pilha de composto, não deixando nenhum resíduo tóxico.

Tipos de Bioplástico

Bioplásticos são usados ​​atualmente em itens descartáveis ​​como embalagens, containers, canudos, sacos e garrafas, e em carpetes não descartáveis, tubulação de plástico, invólucros de telefone, impressao 3D, isolamento de automóveis e implantes médicos. O mercado global de bioplásticos deve crescer de US $ 17 bilhões este ano para quase US $ 44 bilhões em 2022.

Existem dois tipos principais de bioplásticos.

PLA (ácido poliáctico) é normalmente feito a partir dos açúcares do amido de milho, mandioca ou cana-de-açúcar. É biodegradável, neutro em carbono e comestível. Para transformar milho em plástico, grãos de milho são imersos em dióxido de enxofre e água quente, onde seus componentes se decompõem em amido, proteína, e fibra. Os grãos são então moídos e o óleo de milho é separado do amido. O amido é composto por longas cadeias de moléculas de carbono, semelhantes às cadeias de carbono no plástico de combustíveis fósseis. Alguns ácidos cítricos são misturados para formar um polímero de cadeia longa (uma grande molécula que consiste em unidades menores repetidas) que é o bloco de construção do plástico. PLA pode parecer e se comportar como polietileno (usado em filmes plásticos, embalagem e garrafas), poliestireno (isopor e talheres de plástico) ou polipropileno (embalagens, autopeças, têxteis). A NatureWorks, sediada em Minnesota, é uma das maiores empresas produtoras de PLA sob a marca Ingeo.

PHA (polihidroxialcanoato) é feito por microorganismos, às vezes geneticamente modificado, que produzem plástico a partir de materiais orgânicos. Os micróbios são privados de nutrientes como nitrogênio, oxigênio e fósforo, mas com altos níveis de carbono. Eles produzem PHA como reservas de carbono, que eles armazenam em grânulos até que tenham mais dos outros nutrientes de que precisam para crescer e se reproduzir. As empresas podem então colher o PHA feito por micróbios, que tem uma estrutura química semelhante à dos plásticos tradicionais. Por ser biodegradável e não prejudicar os tecidos vivos, PHA é frequentemente usado para aplicações médicas, como suturas, eslingas, placas ósseas e substitutos de pele; também é usado para embalagens de alimentos de uso único.

Os efeitos colaterais da produção de bioplástico

Embora os bioplásticos sejam geralmente considerados mais ecológicos do que os plásticos tradicionais, um estudo de 2010 da Universidade de Pittsburgh descobriu que isso não era necessariamente verdade quando os ciclos de vida dos materiais eram levados em consideração.

O estudo comparou sete plásticos tradicionais, quatro bioplásticos e um feito de combustível fóssil e fontes renováveis. Os pesquisadores determinaram que a produção de bioplásticos resultou em maiores quantidades de poluentes, devido aos fertilizantes e pesticidas usados ​​no cultivo das plantações e ao processamento químico necessário para transformar a matéria orgânica em plástico. Os bioplásticos também contribuíram mais para a destruição da camada de ozônio do que os plásticos tradicionais, e requeria uso extensivo da terra. B-PET, o plástico híbrido, foi considerado como tendo o maior potencial para efeitos tóxicos nos ecossistemas e a maioria dos carcinógenos, e obteve a pior pontuação na análise do ciclo de vida porque combinou os impactos negativos da agricultura e do processamento químico.

Os bioplásticos produzem significativamente menos emissões de gases de efeito estufa do que os plásticos tradicionais ao longo de sua vida. Não há aumento líquido no dióxido de carbono quando eles se decompõem, porque as plantas de que os bioplásticos são feitos absorvem a mesma quantidade de dióxido de carbono à medida que crescem. Um estudo de 2017 determinou que a mudança do plástico tradicional para o PLA à base de milho cortaria as emissões de gases de efeito estufa dos EUA em 25 por cento. O estudo também concluiu que se os plásticos tradicionais fossem produzidos com fontes de energia renováveis, as emissões de gases de efeito estufa poderiam ser reduzidas em 50 a 75 por cento; Contudo, os bioplásticos que podem no futuro ser produzidos com energia renovável mostraram-se os mais promissores para reduzir substancialmente as emissões de gases de efeito estufa.

Outros problemas

Embora a biodegradabilidade dos bioplásticos seja uma vantagem, a maioria precisa de instalações de compostagem industrial de alta temperatura para quebrar e muito poucas cidades têm a infraestrutura necessária para lidar com eles. Como resultado, os bioplásticos muitas vezes acabam em aterros sanitários onde, privado de oxigênio, eles podem liberar metano, um gás de efeito estufa 23 vezes mais potente que o dióxido de carbono.

Quando os bioplásticos não são descartados adequadamente, eles podem contaminar lotes de plástico reciclado e prejudicar a infraestrutura de reciclagem. Se o bioplástico contaminar PET reciclado (tereftalato de polietileno, o plástico mais comum, usado para garrafas de água e refrigerante), por exemplo, todo o lote pode ser rejeitado e acabar em um aterro sanitário. Portanto, fluxos de reciclagem separados são necessários para o descarte adequado de bioplásticos.

A terra necessária para bioplásticos compete com a produção de alimentos porque as plantações que produzem bioplásticos também podem ser usadas para alimentar as pessoas. A Plastic Pollution Coalition projeta que, para atender à crescente demanda global por bioplásticos, mais de 3,4 milhões de acres de terra - uma área maior que a Bélgica, a Holanda e a Dinamarca combinadas - serão necessárias para cultivar as safras até 2019. Além disso, o petróleo usado para movimentar as máquinas agrícolas produz emissões de gases de efeito estufa.

Bioplásticos também são relativamente caros; O PLA pode ser de 20 a 50 por cento mais caro do que materiais comparáveis ​​devido ao complexo processo usado para converter milho ou cana-de-açúcar nos blocos de construção do PLA. Contudo, os preços estão caindo à medida que pesquisadores e empresas desenvolvem estratégias mais eficientes e ecológicas para a produção de bioplásticos.

De Wastewater to Bioplastic

Os alunos de Kartik Chandran e Columbia estão desenvolvendo sistemas para produzir bioplástico biodegradável a partir de águas residuais e resíduos sólidos. Chandran usa uma comunidade mista de micróbios que se alimenta de carbono na forma de ácidos graxos voláteis, como o ácido acético encontrado no vinagre.

Seu sistema funciona alimentando águas residuais em um biorreator. Dentro, microorganismos (distintos das bactérias produtoras de plástico) convertem o carbono orgânico dos resíduos em ácidos graxos voláteis. O fluxo de saída é então enviado para um segundo biorreator onde os micróbios produtores de plástico se alimentam de ácidos graxos voláteis. Esses micróbios estão continuamente sujeitos a fases de festa seguidas por fases de fome, durante o qual eles armazenam as moléculas de carbono como PHA.

Chandran está experimentando fluxos de resíduos mais concentrados, como resíduos de alimentos e resíduos humanos sólidos, para produzir os ácidos graxos voláteis com mais eficiência. O foco de sua pesquisa é maximizar a produção de PHA e integrar os resíduos ao processo. “Queremos extrair o máximo que pudermos [de ambos os sistemas], "disse Chandran.

Ele acredita que seu sistema integrado seria mais econômico do que os métodos atualmente usados ​​para produzir bioplásticos que envolvem a compra de açúcares para fazer PHA. "Se você integrar o tratamento de águas residuais ou enfrentar os desafios do desperdício de alimentos com a produção de bioplásticos, então isso é bastante favorável [economicamente], "disse Chandran." Porque se tivéssemos que expandir e entrar no modo comercial, seríamos pagos para remover o desperdício de alimentos e, em seguida, seríamos pagos para fazer bioplásticos também. "Chandran espera fechar o ciclo para que, um dia, produtos residuais servirão rotineiramente como um recurso que pode ser convertido em produtos úteis como o bioplástico.

Outras alternativas promissoras

A Full Cycle Bioplastics na Califórnia também está produzindo PHA a partir de resíduos orgânicos, como resíduos de alimentos, resíduos da colheita, como caules e folhas não comestíveis, lixo de jardim, e papel ou papelão não reciclado. Usado para fazer bolsas, containers, talheres, garrafas de água e shampoo, este bioplástico é compostável, degradável marinho (o que significa que se acabar no oceano, pode servir como alimento para peixes ou bactérias) e não tem efeitos tóxicos. O Ciclo Completo pode processar o PHA no final de sua vida, e use-o para fazer plástico virgem novamente.

A Renmatix, sediada na Pensilvânia, está utilizando biomassa lenhosa, gramíneas de energia e resíduos de culturas em vez de culturas alimentares mais caras. Sua tecnologia separa açúcares da biomassa usando água e calor em vez de ácidos, solventes ou enzimas de uma forma comparativamente limpa, processo rápido e barato. Tanto os açúcares quanto a lignina da biomassa são usados ​​como blocos de construção para bioplásticos e outros bioprodutos.

Na Michigan State University, cientistas estão tentando cortar custos de produção de bioplásticos por meio do uso de cianobactérias, também conhecido como algas verde-azuladas, que usam a luz solar para produzir compostos químicos por meio da fotossíntese. Em vez de alimentar suas bactérias produtoras de plástico com açúcares do milho ou da cana-de-açúcar, esses cientistas ajustaram o ciano para excretar constantemente o açúcar que eles produzem naturalmente. As bactérias produtoras de plástico, então, consomem o açúcar produzido pelos ciano, que são reutilizáveis.

Pesquisadores da Universidade de Stanford e a startup Mango Materials, com sede na Califórnia, estão transformando gás metano de estações de tratamento de águas residuais ou aterros em bioplástico. O metano é alimentado para bactérias produtoras de plástico que o transformam em PHA, que a empresa vende para produtores de plástico. É usado para tampas de plástico, frascos de xampu ou fibras de biopoliéster que podem ser combinados com materiais naturais para roupas. O bioplástico irá biodegradar de volta em metano, e se chegar ao oceano, pode ser digerido naturalmente por microorganismos marinhos.

O Centro de Tecnologias Sustentáveis ​​da Universidade de Bath, na Inglaterra, está produzindo policarbonato a partir de açúcares e dióxido de carbono para uso em garrafas, lentes e revestimentos para telefones e DVDs. O plástico de policarbonato tradicional é feito com BPA (uso proibido em mamadeiras) e o químico tóxico fosgênio. Os pesquisadores de Bath encontraram uma maneira mais barata e segura de fazer isso adicionando dióxido de carbono aos açúcares em temperatura ambiente. As bactérias do solo podem quebrar o bioplástico em dióxido de carbono e açúcar.

E há aqueles que estão desenvolvendo maneiras inovadoras de substituir completamente o plástico. A empresa de design japonesa AMAM está produzindo materiais de embalagem feitos de ágar de algas marinhas vermelhas. O Departamento de Agricultura dos Estados Unidos está desenvolvendo um filme biodegradável e comestível da caseína da proteína do leite para embrulhar os alimentos; é 500 vezes melhor em manter os alimentos frescos do que o tradicional filme plástico. E a Ecovative, sediada em Nova York, está usando micélio, a parte de ramificação vegetativa de um fungo, para fazer materiais de cogumelo, para material de embalagem biodegradável, azulejos, plantadores e muito mais.

Agora mesmo, é difícil afirmar que os bioplásticos são mais ecológicos do que os plásticos tradicionais quando todos os aspectos de seu ciclo de vida são considerados:uso da terra, pesticidas e herbicidas, consumo de energia, uso de água, emissões de gases de efeito estufa e metano, biodegradabilidade, reciclabilidade e muito mais. Mas, à medida que pesquisadores de todo o mundo trabalham para desenvolver variedades mais verdes e processos de produção mais eficientes, os bioplásticos prometem ajudar a diminuir a poluição do plástico e reduzir nossa pegada de carbono.

Esta história é republicada por cortesia do Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.