O mundo está se afogando em uma inundação de plástico. Oito milhões de toneladas de plástico acabam nos oceanos todos os anos. Os solos agrícolas também estão ameaçados pela poluição do plástico. Agricultores em todo o mundo aplicam enormes quantidades de filmes de polietileno (PE) no solo para combater ervas daninhas, aumenta a temperatura do solo e mantém o solo úmido, aumentando assim os rendimentos gerais das colheitas.

Após a colheita, muitas vezes é impossível para os fazendeiros coletar filmes inteiros, particularmente quando eles têm apenas alguns micrômetros de espessura. Detritos de filme então entram no solo e se acumulam no solo ao longo do tempo, porque o PE não se biodegrada. Resíduos de filme no solo diminuem a fertilidade do solo, interferem no transporte de água e diminuem o crescimento da cultura.

Micróbios do solo mineralizam filmes compostos de polímero alternativo

Pesquisadores da ETH Zurich e do Instituto Federal Suíço de Ciência e Tecnologia Aquática (Eawag) mostraram agora em um estudo interdisciplinar que há motivos para ter esperança. Em seu estudo recente, eles demonstram que os micróbios do solo degradam filmes compostos do polímero alternativo poli (butileno adipato-co-tereftalato) (PBAT). Seu trabalho acaba de ser publicado na revista. Avanços da Ciência .

No projeto de pesquisa coordenado por Michael Sander, Kristopher McNeill e Hans-Peter Kohler, O ex-aluno de doutorado da ETH, Michael Zumstein, conseguiu demonstrar que os microrganismos do solo utilizavam metabolicamente o carbono do polímero PBAT para produção de energia e também para construir biomassa microbiana.

"Esta pesquisa demonstra diretamente, pela primeira vez, que os microrganismos do solo mineralizam os filmes PBAT nos solos e transferem carbono do polímero para a sua biomassa, "diz Michael Sander, Cientista Sênior do Grupo de Química Ambiental do Departamento de Ciência de Sistemas Ambientais da ETH Zurich.

Como PE, PBAT é um polímero à base de petróleo que é usado para fazer vários produtos, incluindo filmes de cobertura morta. Como o PBAT já foi classificado como biodegradável no composto, os pesquisadores da ETH e da Eawag objetivaram avaliar se o PBAT também se biodegrada em solos agrícolas. Por comparação, O PE não é biodegradável no composto ou no solo.

Marcação de polímero com carbono-13

Em seus experimentos, os pesquisadores usaram material PBAT que foi sintetizado de forma personalizada a partir de monômeros para conter uma quantidade definida do isótopo carbono-13 estável. Este rótulo de isótopo permitiu aos cientistas rastrear o carbono derivado do polímero ao longo de diferentes vias de biodegradação no solo.

Após a biodegradação do PBAT, os microrganismos do solo liberaram carbono-13 do polímero.

Usando equipamento analítico sensível a isótopos, os pesquisadores descobriram que o carbono-13 do PBAT não foi apenas convertido em dióxido de carbono (CO2) como resultado da respiração microbiana, mas também incorporado à biomassa de microorganismos que colonizam a superfície do polímero.

Biodegradação verdadeira

"A beleza de nosso estudo é que usamos isótopos estáveis ​​para rastrear com precisão o carbono derivado de PBAT ao longo de diferentes vias de biodegradação do polímero no solo, "diz Michael Zumstein.

Os pesquisadores são os primeiros a demonstrar com sucesso - com alto rigor científico - que um material plástico é efetivamente biodegradado no solo. Nem todos os materiais rotulados como "biodegradáveis" no passado realmente atendiam aos critérios necessários. "Por definição, a biodegradação exige que os micróbios usem metabolicamente todo o carbono nas cadeias de polímero para produção de energia e formação de biomassa - como agora demonstramos para PBAT, "diz Hans-Peter Kohler, microbiologista ambiental da Eawag.

A definição destaca que os plásticos biodegradáveis ​​diferem fundamentalmente daqueles que apenas se desintegram em pequenas partículas de plástico, por exemplo, após a exposição do plástico à luz solar, mas isso não se mineraliza. "Muitos materiais plásticos simplesmente se desfazem em pequenos fragmentos que persistem no ambiente como microplásticos - mesmo que esse plástico seja invisível a olho nu, "Kohler diz.

Em seu experimento, os pesquisadores colocaram 60 gramas de solo em garrafas de vidro, cada uma com um volume de 0,1 litro, e posteriormente inseriram os filmes PBAT em um suporte sólido no solo.

Após seis semanas de incubação, os cientistas avaliaram até que ponto os microrganismos do solo colonizaram as superfícies PBAT. Eles quantificaram ainda mais a quantidade de CO2 que se formou nas garrafas de incubação e quanto do isótopo de carbono-13 o CO2 continha. Finalmente, para demonstrar diretamente a incorporação de carbono do polímero na biomassa de microrganismos nas superfícies do polímero, eles colaboraram com pesquisadores da Universidade de Viena.

Nesta fase, os pesquisadores ainda não podem dizer com certeza sobre qual período de tempo o PBAT se degrada em solos no ambiente natural, visto que realizaram seus experimentos em laboratório, não no campo. Estudos de longo prazo em diferentes solos e sob várias condições no campo são agora necessários para avaliar a biodegradação dos filmes PBAT em condições ambientais reais.

Muito cedo para um esclarecimento

"Infelizmente, não há motivo para comemorar ainda:ainda estamos longe de resolver o problema ambiental global da poluição do plástico, "diz Sander, "mas demos um primeiro passo muito importante na direção da biodegradabilidade do plástico no solo."

Ao mesmo tempo, ele adverte contra expectativas irrealistas de plásticos biodegradáveis ​​no meio ambiente:"Como demonstramos, há esperança para nossos solos na forma de polímeros biodegradáveis. Os resultados dos solos devem, Contudo, não ser transferido diretamente para outros ambientes naturais. Por exemplo, a biodegradação de polímeros na água do mar pode ser consideravelmente mais lenta, porque as condições lá são diferentes e as comunidades microbianas também. "

Nova ferramenta criada

Os pesquisadores antecipam que seu estudo será notado pela indústria. "Desenvolvemos técnicas de análise que abrem a porta para a indústria testar o impacto ambiental de seus produtos plásticos, "diz o co-autor Kristopher McNeill." Graças ao nosso método, eles podem mudar para o uso de materiais biodegradáveis ​​na produção de filmes finos de cobertura morta em vez de PE não degradável, " ele adiciona.

Até aqui, apenas algumas empresas químicas começaram a produzir e comercializar os produtos mais ecológicos, mas também mais caro, Filmes PBAT. Entre elas está a empresa alemã BASF, que apoiou este estudo. “Em comparação com o volume total de plástico que entra em circulação, filmes de cobertura biodegradáveis ​​desempenham apenas um papel menor. Ainda, esses produtos são um importante ponto de partida para diminuir o estresse sobre os solos agrícolas e protegê-los do acúmulo de plástico a longo prazo, "Sander diz.

Uma opção adicional para reduzir o volume de plástico que entra em solos agrícolas é empregar filmes de cobertura morta mais espessos, que também são usados ​​na agricultura suíça. Esses filmes podem ser recolhidos novamente após o uso e, em seguida, reutilizados ou descartados por meio da incineração de resíduos.