Alternativas ecológicas aos plásticos: chave para os esforços de sustentabilidade: os plásticos biodegradáveis são uma solução?

A presença e acúmulo de microplásticos em nosso ecossistema estão bem documentados, e evidências recentes sugerem que eles têm efeitos prejudiciais em vários processos biológicos. À medida que continuamos a descobrir microplásticos em nossos pulmões, artérias e até placentas, ainda estamos aprendendo sobre seu impacto no meio ambiente e na saúde humana. 

É a onipresença do uso de plástico pelos humanos que levou aos microplásticos, que tendem a persistir no ambiente. Microplásticos são fragmentos minúsculos, geralmente medindo entre 5 milímetros (mm) e 500 micrômetros (µm) de tamanho, desprendidos de produtos plásticos do cotidiano.

Essas partículas se originam de garrafas, sacolas, embalagens e outras fontes de plástico, bem como desgaste de pneus, têxteis sintéticos e microesferas de produtos de cuidados pessoais. Microplásticos geralmente se formam por meio de uma variedade de processos físicos e químicos, incluindo abrasão, degradação UV, processos de fabricação e fragmentação induzida por fatores físicos ou químicos.

O acúmulo de microplásticos no ambiente natural, incluindo oceanos, precipitação e solo, deve à natureza química dos polímeros plásticos à base de petróleo. Esses polímeros são moléculas grandes compostas por muitas menores chamadas monômeros. Esses plásticos amplamente usados geralmente são inacessíveis ao processamento biológico.

Sendo quase indestrutíveis, levando de décadas a séculos para se decompor, há uma necessidade crescente de uma alternativa aos plásticos tradicionais à base de petróleo e aos microplásticos. Uma resposta para essa solução é desenvolver plásticos que não gerem microplásticos persistentes como parte de seu ciclo de vida normal.

Mesmo que o plástico seja devidamente coletado e reciclado, ele ainda gera microplásticos como parte do desgaste normal do uso cotidiano ou como consequência dos processos de reciclagem ou lavagem. Portanto, para prevenir isso, precisamos desenvolver novos materiais plásticos que sejam completamente biodegradáveis, o que significa que se decompõem rapidamente pela ação de organismos vivos no ambiente.

So, to help with this, um novo estudo da Algenesis Corporation e de cientistas e professores da University of California San Diego criou um polímero de base vegetal que se biodegrada ao nível de microplástico em sete meses.

Biodegradação é o processo pelo qual os polímeros são quebrados em moléculas mais simples por microrganismos. Essas moléculas podem então ser usadas como fonte de carbono para produzir biomassa. No entanto, para que isso aconteça, o polímero precisa ter ligações químicas, principalmente em sua estrutura principal da cadeia.

Isso ocorre porque elas se tornam fisicamente acessíveis às enzimas que naturalmente reconhecem essas ligações como substratos. As moléculas de monômero subjacentes liberadas por essa clivagem enzimática podem então ser consumidas pelos microrganismos.

Em nosso ambiente natural, todo esse processo geralmente é realizado por um grupo de microrganismos como bactérias e fungos. Esses microrganismos secretam enzimas hidrolíticas, que quebram o polímero para liberar diferentes oligômeros e monômeros a serem utilizados pelos microrganismos como fonte de nutriente de carbono.

Em seguida ocorre o catabolismo dos monômeros e oligômeros derivados do polímero, que envolve a quebra de moléculas complexas. Esse processo resulta na produção de biomassa dos organismos e CO2 por respiração.

O fato é que, embora materiais de base biológica possam ser derivados de fontes naturais renováveis, sua capacidade limitada de biodegradação faz com que permaneçam no ambiente. Além disso, essa persistência pode ser devido ao processamento químico que os torna inacessíveis à clivagem biológica.

Materiais biodegradáveis podem, de fato, ser produzidos a partir de petróleo e outros recursos fósseis, já que a biodegradabilidade depende das propriedades do material e não de sua origem.

Alcançando o Impossível

O estudo, que recebeu apoio financeiro do Department of Energy (DOE), tem como objetivo encontrar substitutos biodegradáveis para materiais que já existem. No entanto, encontrar materiais que não se acumulem no ambiente é “não fácil”, disse o coautor Michael Burkart, que também é cofundador da Algenesis. 

A tecnologia patenteada Soleic™ da empresa de ciência dos materiais é o primeiro plástico renovável, totalmente biodegradável e de alto desempenho do mundo, feito a partir de plantas. A Algenesis utiliza sua tecnologia de material para produzir sapatos, pranchas de surf e calçados. Segundo Burkart, professor de Química e Bioquímica na UC San Diego:

“Estamos apenas começando a entender as implicações dos microplásticos. Só arranhamos a superfície dos impactos ambientais e de saúde.”

Falando sobre seu trabalho, o coautor e cofundador da Algenesis Robert Pomeroy, que, como Bukart, detém participação acionária na empresa e atua como professor de química e bioquímica, observou que eles criaram pelos primeiros polímeros à base de algas há mais de meio século. Eles entenderam que esse polímero seria completamente biodegradável, capaz de “desaparecer na compostagem”.

Pela primeira vez, porém, a equipe teve a oportunidade de medi-lo ao nível de micropartículas. Para isso, eles moeram o material em micropartículas finas e, para confirmar que estava sendo digerido por microrganismos, a equipe usou três ferramentas de medição diferentes.

Um respirômetro foi a primeira ferramenta, utilizada para medir o dióxido de carbono (CO2) liberado quando o material é decomposto por microrganismos. Ao comparar a degradação da celulose com o padrão da indústria de cem por cento de biodegradabilidade, os resultados mostraram que o polímero de base vegetal corresponde à celulose em quase 100%.

A segunda ferramenta utilizada foi a flutuação em água, um método que aproveita o fato de que os plásticos são insolúveis e flutuam na água, facilitando sua remoção da superfície. Testes realizados em intervalos de 90 e 200 dias mostraram que quase todos os microplásticos à base de petróleo foram recuperados. Em contraste, para microplásticos à base de algas, apenas 32% foram recuperados após nove dias e apenas 3% após 200 dias, demonstrando que são altamente biodegradáveis.

Na análise química por cromatografia gasosa/espectrometria de massa (GCMS), foi detectada a presença de monômeros, indicando que o polímero estava sendo quebrado em seus materiais vegetais iniciais.

“Este material é o primeiro plástico demonstrado que não cria microplásticos ao ser usado.”

– Coautor Stephen Mayfield, cofundador da Algenesis

Ele acrescentou ainda:

“Isso é mais do que apenas uma solução sustentável para o ciclo de vida final do produto e nossos aterros lotados. Na verdade, é um plástico que não nos deixará doentes.”

Embora progressos significativos tenham sido feitos, este é apenas o começo. O próximo passo envolve adaptar o novo material para uso com o equipamento de fabricação existente projetado para plástico tradicional. Para isso, a Algenesis garantiu parcerias com várias empresas para fabricar produtos usando polímeros de base vegetal. Essas colaborações incluem o uso de polímeros à base de algas da Trelleborg em tecidos revestidos e a produção de capas de telefone celular com a RhinoShield.

Segundo Burkart:

“Quando começamos este trabalho, nos disseram que era impossível. Agora, vemos uma realidade diferente. Há muito trabalho a ser feito, mas queremos dar esperança às pessoas. É possível.”

Os plásticos biodegradáveis são o futuro?

Como podemos ver, o setor de plásticos está passando por uma transformação. Isso é importante porque o plástico representa cerca de 14% de nossos resíduos, e a grande maioria acaba no mar. Estatisticamente, atualmente produzimos mais de 350 milhões de toneladas métricas de resíduos plásticos por ano, o que deve chegar a um bilhão de toneladas métricas até 2060 se nenhuma mudança for feita nas políticas atuais.

Ao observar o ciclo de vida da maioria dos materiais plásticos, percebe-se que 79% de todo o plástico produzido é descartado em aterros ou chega ao ambiente, enquanto apenas 12% é incinerado e 9% é reciclado. Apesar de um aumento considerável na reciclagem nas últimas quatro décadas, a reciclagem de plásticos não-fibras está estagnada em 18%, com quase nenhuma fibra têxtil reciclada. Essa estagnação se deve em grande parte às limitações da forma dominante de reciclagem, que consiste em converter plásticos residuais em novas formas por meio de calor e força mecânica, onde a qualidade da matéria-prima é importante.

Nesse contexto, cada vez mais empresas ao redor do mundo estão tomando medidas para reduzir o uso de plástico convencional e substituí-lo por alternativas mais sustentáveis e ambientalmente responsáveis.

Plásticos biodegradáveis envolvem bioplásticos cujos componentes são derivados de matérias-primas renováveis e plásticos com aditivos biodegradáveis para melhorar sua biodegradação.

Bioplásticos são tipicamente fabricados a partir de polímeros de base biológica e podem contribuir para ciclos de vida de plásticos comerciais mais sustentáveis. Aqui, os polímeros são feitos de matérias-primas renováveis ou recicladas. Plásticos de base biológica tendem a ter uma pegada de carbono menor em comparação com plásticos de base fóssil. Eles também apresentam propriedades materiais vantajosas e podem ser compatíveis com fluxos de reciclagem existentes.

Tudo isso, juntamente com a crescente conscientização, pesquisa e investimento na indústria de plásticos, tem levado ao aumento da presença de plásticos biodegradáveis em nosso cotidiano.

Embora ainda estejamos longe de remover significativamente o plástico convencional de nossas vidas, muitas iniciativas encorajadoras estão sendo tomadas. Isso inclui encontrar materiais biodegradáveis para fabricar produtos. Claro, é difícil substituir o plástico em muitas aplicações, mas no futuro próximo, muitos produtos serão fabricados de maneira mais ecológica.

Produtos ecologicamente corretos ganharam maior popularidade no setor de embalagens alimentares, que representa aproximadamente 39% do total de plásticos produzidos. Isso destaca claramente o grande potencial dos plásticos biodegradáveis na indústria. Por exemplo, dependendo do produto, garrafas plásticas poderiam ser substituídas por materiais biodegradáveis, encontrando aplicações não apenas em embalagens alimentares, mas também em nutracêuticos.

Bandejas de alimentos são outro bom exemplo (além de colheres, colheres de chá, garfos e copos) onde o uso de materiais biodegradáveis poderia possibilitar o descarte tanto do recipiente quanto de seu conteúdo em uma única lixeira. Outros produtos que adotam materiais biodegradáveis incluem cápsulas de café, sacos para frutas e vegetais e sacos de lixo.

Plásticos biodegradáveis oferecem uma ampla gama de possibilidades para fabricar uma variedade diversificada de embalagens, atendendo melhor às necessidades de muitas aplicações de embalagem, como flexibilidade, capacidade de impressão e aprimoramentos de barreira.

Dados recentes indicam que o mercado mundial de embalagens biodegradáveis tem um enorme potencial de crescimento; em 2022, foi avaliado em cerca de US$ 87 bilhões, e até 2029, projeta‑se que se expanda a um CAGR de 6,96%. E entre todos os subsegmentos, o plástico é o mais lucrativo e deve crescer a um ritmo mais rápido que qualquer outro tipo de material.

Em particular, o bioplástico, uma alternativa promissora aos polímeros à base de petróleo, tem o potencial de reduzir tanto nossa dependência de combustíveis fósseis quanto as emissões que contribuem para as mudanças climáticas.

Os plásticos biodegradáveis mais comuns atualmente disponíveis são derivados de amido ou celulose, incluindo ácido polilático (PLA), polihidroxibutirato (PHB) e poli‑hidroxialcanoatos (PHA). Esses materiais são frequentemente usados nas indústrias de bebidas, farmacêutica, cuidados pessoais e domésticos, pois são recicláveis e biodegradáveis.

Além das embalagens, plásticos biodegradáveis podem ser aplicados na indústria agrícola, onde podem ser usados como cobertura vegetal (mulch), que é bastante cara de reciclar. Um mulch compostável eliminaria a necessidade de coletar o resíduo, pois desapareceria em poucos meses sem deixar microplásticos que persistiriam por décadas.

Embora existam muitos benefícios e aplicações, os plásticos biodegradáveis apresentam trade‑offs em termos de custos mais elevados e impactos agrícolas negativos. No entanto, métodos biológicos e químicos emergentes, avanços tecnológicos, incentivos financeiros e regulamentações claras podem ajudar na aplicação em larga escala dos bioplásticos e gerar um impacto sustentável.

Dessa forma, pesquisadores estão investigando ativamente materiais melhores e métodos de produção mais limpos para propriedades aprimoradas e aplicações de nova geração. Com 43,5%, a Europa lidera atualmente a fabricação comercial de bioplásticos, que está previsto a alcançar 7,6 milhões de toneladas até 2026. 

Conclusão

Após anos de estudos, agora é bem conhecido que microplásticos se acumulam em todos os ambientes físicos, como corpos d’água, solo e precipitação, e até se dispersam no ar. Devido à sua onipresença, os microplásticos agora fazem parte da cadeia alimentar, e evidências sugerem que podem causar danos significativos a humanos, animais e ecossistemas.

Isso impulsionou a pesquisa em materiais biodegradáveis, que apresentam uma alternativa mais ecológica aos plásticos tradicionais. Além do desenvolvimento de novos materiais, esforços estão em andamento para implementar padrões universais. Além disso, há necessidade de mudanças comportamentais em direção ao uso reduzido de plástico e ao aumento do uso de produtos feitos de bioplásticos.

Juntos, eles certamente têm o potencial de gerar um impacto positivo ao mitigar a crise dos resíduos plásticos e as emissões de carbono. No entanto, é importante notar que mesmo o plástico biodegradável precisa de condições adequadas de compostagem para garantir que cumpra sua promessa. No geral, estamos dando passos graduais em direção a um futuro mais verde.

Clique aqui para a lista das cinco melhores empresas de bioplásticos.