Bioplásticos biodegradáveis
- Integração Academia-Indústria
- 2 de abr. de 2021
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A produção em massa e o descarte inapropriado de materiais plásticos é uma das maiores problemáticas ambientais do século XXI. A resistência e durabilidade destes materiais são muito vantajosas para sua aplicação em embalagens e utensílios. Mas, para a sua destinação, são uma grande fonte de poluição em aterros sanitários, ambientes urbanos, rios e oceanos (Figura 1).
Compreendendo os danos para a sociedade e para o meio ambiente, surge uma grande demanda por materiais criados de forma mais sustentável e com degradações mais rápidas após o despejo.
A PD&I então entra em ação para desenvolver novos polímeros derivados de fontes naturais e com performance biodegradável, os bioplásticos biodegradáveis!
O que são os bioplásticos? No que se diferem dos plásticos convencionais?
Existe um constante equívoco com os termos “bioplástico” e “biodegradável”. Muitos fornecedores acabam utilizando o prefixo “bio” para agregar valor aos seus produtos, mas sem atender aos requisitos e normas de biodegradação! O termo “bioplástico” é utilizado para um material que é produzido de fontes sustentáveis, mas isso não quer dizer que necessariamente será biodegradável. Da mesma forma, plásticos sintéticos com componentes provenientes do petróleo podem apresentar biodegradação! A Figura 2 representa bem essas diferentes classes de plásticos, em relação a sua fonte e sua degradação.
Os polímeros sintéticos são normalmente produzidos através da polimerização de monômeros originados à base de petróleo, empregando catálise metálica, altas temperaturas e pressão. Essas condições provocam não só o esgotamento dos recursos fósseis não renováveis, mas também o aumento da geração e emissão de resíduos tóxicos, resultando em graves problemas ambientais. Os exemplos que mais conhecemos de plásticos de fonte fóssil são: PET (Politereftalato de etileno - garrafas de refrigerante), PP (Polipropileno - copos plásticos) e PEAD (Polietileno de alta densidade - tubulações).
Os biopolímeros biodegradáveis são os materiais mais desejados, pois não apresentam danos ao meio ambiente no processo produtivo ou no descarte. A dificuldade atual para desenvolvimento destes materiais, consiste no custo elevado para as indústrias e baixos rendimentos, o que acaba levando ao uso dos polímeros sintéticos já consolidados. Alguns exemplos de bioplásticos biodegradáveis são formados por: Polissacarídeos (como o amido de milho), Polihidroxialcanoatos (PHA) e Poliácido Lático (PLA). A seguir, vamos descrever estas classes com mais detalhes.
O que é um plástico biodegradável?
Um plástico biodegradável é aquele que passa por um processo de degradação biológica, com a presença de microorganismos aeróbios (bactérias, fungos e algas). Em uma degradação completa, ocorre a transformação da cadeia polimérica em compostos como dióxido de carbono, metano, água ou nitratos, completando o Ciclo do Carbono no meio ambiente! A biodegradação de uma matéria-prima ou produto deve ser certificada, avaliando diferentes aspectos da atuação do plástico na natureza. No Brasil nós temos as normas ABNT NBR 15448-1 e 15448-2, que definem requisitos para o selo de plástico biodegradável. Um desses requisitos é a conversão de 90% do carbono orgânico presente no plástico em dióxido de carbono no limite de 6 meses.
Como mencionado anteriormente, o termo “biodegradável” causa confusão pelo uso indiscriminado para qualquer produto, seja ele compostável ou degradado por outros métodos. Outras maneiras de degradação que não utilizam microorganismos: fotodegradação, hidrodegradação e oxidegradação. A fotodegradação é um processo perigoso, pois reduz o plástico à pequenas partículas chamadas de microplásticos. Com o tamanho muito pequeno, seu tratamento torna-se ainda mais dificultado, permanecendo no meio ambiente e causando intoxicação a muitos seres vivos.
Quais são os tipos de bioplásticos biodegradáveis?
1. Formados por Polissacarídeos
Os plásticos formados por polissacarídeos podem utilizar como fontes renováveis: milho, mandioca, batata, trigo ou inhame. Todos possuem em comum uma composição de amilose e amilopectina, considerados polímeros naturais. Por exemplo, o amido de milho consiste em 20-30% de amilose e 70-80% de amilopectina. O grande interesse em utilizar estes alimentos como matéria-prima é sua grande disponibilidade, baixo custo e não toxicidade. Os estudos de materiais com amido de mandioca indicam boa homogeneidade, flexibilidade, transparência e rápida biodegradação.
Um interessante bioplástico de amido de mandioca foi desenvolvido na Escola Politécnica da USP, com o objetivo de aplicá-lo como embalagem de alimentos (Figura 3). O estudo ainda vai além, incorporando no bioplástico um pigmento natural chamado de antocianina. Este pigmento tem como propriedade a mudança de coloração com a variação do pH. Então, pode conferir ao material a capacidade de alertar a presença de microorganismos de deterioração em alimentos como peixes e carnes vermelhas (embalagem inteligente).
2. Polihidroxialcanoatos (PHA)
Os PHAs são uma das alternativas mais atraentes! Trata-se de um biopolímero flexível, atóxico, biodegradável e pode ser produzido a partir de bactérias e lixo orgânico (fontes renováveis e largamente disponíveis). A forma de produção a partir de bactérias específicas ocorre pelo acúmulo intracelular do PHA como reserva de carbono e/ou energia. Com a limitação de um nutriente essencial ao crescimento da bactéria, como nitrogênio, fósforo, enxofre ou oxigênio, promove o crescimento de grânulos de PHA dentro de suas células (Figura 4).
A produção do PHA a partir deste método tem um custo elevado e baixo rendimento, dificultando a adaptação para escala industrial e substituição do plástico petroquímico. Hoje, existem bactérias capazes de produzir o PHA a partir de substratos como sacarose, óleos vegetais, alcanos simples e glicerina. Sob condições adequadas, esse bioplástico pode levar até 3,5 anos para se decompor completamente no meio-ambiente por meio de bactérias e fungos! Aqui no Brasil, a empresa PHB Industrial S/A produz o bioplástico [P(3HB)], pertencente à classe dos PHA, formado a partir da cana-de-açúcar.
3. Poliácido lático (PLA)
O PLA é biodegradável, reciclável, biocompatível e compostável sob determinadas condições. Essas características fazem com que esses biopolímeros tenham alta relevância na produção de biomateriais e dispositivos médicos, por exemplo. É um polímero sintético termoplástico (moldáveis a alta temperatura) que já vem substituindo os plásticos tradicionais em diferentes aplicações (Figura 5).
No processo de produção do PLA, as bactérias produzem o ácido lático por meio do processo de fermentação de matéria-prima renovável, como vegetais ricos em amido, beterraba, milho e a mandioca. No Brasil, tem destaque a produção do biopolímero a partir de açúcares derivados da cana-de-açúcar. Posteriormente, métodos de polimerização podem ser aplicados aos monômeros para a obtenção do PLA, sendo os principais i) a polimerização direta de ácido lático e ii) polimerização de abertura de anel láctico (mais utilizada).
Exemplos de indústrias fornecedoras de bioplásticos de PLA são: Natureworks (EUA) e BASF (Alemanha).
A preocupação em alternativas mais sustentáveis para os plásticos convencionais é necessária e vem ganhando força nos últimos anos. Com os estudos destacados anteriormente, podemos aceitar que estes materiais biodegradáveis serão, em breve, uma realidade nas indústrias.
Já conhecia os bioplásticos e suas aplicações? Comente sua opinião ou tire suas dúvidas nos comentários!
Referências:
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