A busca está em plásticos sustentáveis

À medida que os polímeros à base de petróleo prejudicam nossos oceanos e sujam nossas vidas, os pesquisadores buscam maneiras mais ecológicas de atender à demanda por materiais duráveis ​​e versáteis. Flickr: Foto de Bo Eide (Flickr / Creative Commons) 

Julho 29, 2015 - O destino dos oceanos do mundo pode ficar dentro de um tanque de aço inoxidável que não tem o tamanho de um pequeno barril de cerveja. No interior, as bactérias geneticamente modificadas transformam o xarope de milho em uma massa agitada de polímeros que podem ser usados ​​para produzir uma grande variedade de plásticos comuns.

“É como fazer iogurte”, diz Oliver Peoples, diretor científico da Metabolix, Inc.

A empresa de Cambridge, Massachusetts, onde os bioplásticos tomam forma em câmaras de fermentação em escala laboratorial, é um número crescente de empresas e instituições que trabalham para desenvolver substitutos ambientalmente mais favoráveis ​​aos plásticos convencionais, que são feitos a partir de combustíveis fósseis. se decompor e estão transformando nossos oceanos em mares de plástico flutuante.

"Vimos esse enorme aumento na produção de plástico que resulta em um aumento no fluxo de resíduos também", diz Jenna Jambeck, membro do corpo docente de engenharia ambiental da Universidade da Geórgia. “Ao contrário do material que é biodegradável, o plástico tem todos esses problemas. Viaja facilmente para cursos de água, fragmenta-se fisicamente em partes menores que são extremamente duras ou impossíveis de coletar e [ela tende a] absorver contaminantes químicos que já estão no ambiente. ”


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Alguns 4.8 milhões a 12.7 milhões de toneladas métricas (5.3 milhões a 14 milhões de toneladas) de plástico, ou até 4 por cento das 300 milhões de toneladas métricas de plástico produzidas a cada ano, entraram no oceano como lixo na 330. Espera-se que o número aumente a 2010 na próxima década, à medida que mais plástico for produzido e, posteriormente, evite os esforços de gerenciamento e reciclagem de resíduos, de acordo com um estudo de Jambeck e colegas. publicado no início deste ano na revista Ciência.

Que efeito todo esse plástico tem sobre as coisas vivas, incluindo os humanos? permanece incerto. Uma série de estudos recentes mostram que os produtos químicos em pequenos pedaços de plástico, e até os próprios pedaços de plástico, podem se acumular em pássaros, peixes e outras formas de vida marinha. Testes laboratoriais mostraram que os produtos químicos que os compõem podem causar efeitos adversos à saúde, incluindo danos ao fígado e distúrbio endócrino através da expressão gênica alterada. Se efeitos semelhantes ocorrem fora do laboratório ou se eles estendem a cadeia alimentar para pessoas que comem organismos marinhos permanece desconhecido, mas ambos parecem inteiramente plausíveis.

E isso não é tudo. Os plásticos são notórios no departamento de gases de efeito estufa também. Cerca de 8 por cento do petróleo utilizado em todo o mundo a cada ano vai fazer plástico diretamente ou para alimentar os processos de fabricação de plástico, de acordo com um relatório recente do Worldwatch Institute.

"Mesmo que as pessoas sintam que gostariam de usar menos plástico do que mais, o fato é que os plásticos são materiais modernos que tornam os carros mais leves, purificam a água e adicionam benefícios tremendos às aplicações de saúde e segurança." - Marc HillmyerPor que não? apenas reduza nosso uso? Por um lado, os plásticos são incrivelmente versáteis, atendendo a um espectro de necessidades de flexibilidade, custo e outros parâmetros que substituem os materiais que seriam difíceis de combinar. Não só isso, mas materiais substitutos apresentam seus próprios impactos ambientais, sociais e de saúde.

"Mesmo que as pessoas sintam que gostariam de usar menos plástico do que mais, o fato é que os plásticos são materiais modernos que tornam os carros mais leves, purificam a água e adicionam benefícios tremendos às aplicações de saúde e segurança", diz Marc Hillmyer, diretor do Centro de Polímeros Sustentáveis na Universidade de Minnesota, em Minneapolis.

Em outras palavras, há razões sólidas para buscar alternativas mais sustentáveis ​​aos plásticos convencionais - ou seja, plásticos à base de plantas. Esses chamados bioplásticos são capazes de degradar, reduzindo drasticamente o risco de que acabem poluindo a terra ou o mar. Eles também diminuem nossa dependência de combustíveis fósseis, reduzindo a pegada de carbono do plástico. As emissões de gases do efeito estufa associadas a bioplásticos são 26 por cento mais baixas que as associadas ao plástico convencional, de acordo com uma recente análise do ciclo de vida do plástico à base de milho e à base de petróleo por pesquisadores da Michigan State University.

Alternativas emergentes

Encontrar alternativas não-baseadas em petróleo e decomponíveis para os plásticos de hoje, no entanto, não é fácil. Plástico feito de milho, cana-de-açúcar ou outro material vegetal não é necessariamente degradável, e a degradação que ocorre quando você quer pode ser difícil.

"Você não quer que sua sacola plástica se degrade enquanto você a estiver usando", diz Hillmyer. "Por outro lado, você quer degradar rapidamente quando colocado em outro ambiente".

Embora os químicos tenham dificuldade em reformular os plásticos à base de petróleo para que eles possam se degradar, um número de alternativas biodegradáveis ​​e degradáveis ​​estão surgindo.

Apesar desses e de outros sucessos recentes, os bioplásticos continuam sendo uma pequena fração da indústria como um todo. Natureworks, uma empresa com sede em Minnetonka, Minnesota, é um dos principais fabricantes mundiais de bioplásticos. A empresa fabrica ácido polilático, ou PLA, um plástico biodegradável obtido a partir do amido de milho e transformado em uma ampla gama de produtos de consumo - incluindo talheres de uso único, copos e embalagens - que se decompõem no final de sua vida útil. A unidade de produção inicial da empresa em Blair, Nebraska, entrou em operação em 2002 e pode produzir 140,000 toneladas métricas (150,000 toneladas) de PLA por ano. A empresa anunciou recentemente planos para abrir uma segunda planta no Sudeste Asiático que utilizaria a cana-de-açúcar como matéria-prima.

Outro fabricante líder de bioplástico é a Coca-Cola Company, que na 2009 lançou o PlantBottle, um frasco de bebida feito de polietileno tereftalato - PET - que contém até 30 por cento de material de base biológica. As garrafas não são degradáveis, mas, ao contrário da maioria dos plásticos de base biológica, podem ser recicladas junto com o PET convencional, um plástico comumente reciclado. Desde a 2009, a empresa produziu 35 bilhões de suas PlantBottles originais. Em junho 2015 a empresa revelou uma nova versão que é 100 por cento de base biológica.

Apesar desses e de outros sucessos recentes, os bioplásticos continuam sendo uma pequena fração da indústria como um todo. Os materiais são adequados para produtos de uso único, como colheres e garrafas, onde os consumidores estão dispostos a pagar um prêmio por produtos mais sustentáveis. Aplicações de alta durabilidade e menos visíveis - por exemplo, canos de água feitos de PVC que são comumente usados ​​em encanamentos residenciais e comerciais - ainda são feitos inteiramente de plástico convencional. No total, menos de 0.5 por cento de todo o plástico vem de fontes não-petrolíferas, de acordo com a Society of the Plastics Industry, um grupo comercial da indústria com sede em Washington, DC

A regulamentação governamental, no entanto, está levando ao aumento do uso de bioplásticos. No 2014 Illinois baniu microesferas, minúsculos abrasivos de plástico comumente usados ​​em esfoliantes faciais, xampus e cremes dentais, devido a preocupações com a degradação ambiental nos Grandes Lagos. Com menos de um milímetro de diâmetro, as microesferas são muito pequenas para serem filtradas por sistemas de tratamento de esgoto e foram encontradas em ambientes de água doce e marinhos.

plásticos orgânicos 8 7Bens de consumo que podem ser feitos a partir de PHA biodegradável incluem bolsas, utensílios e jaquetas de cabo elétrico. Foto cedida pela Metabolix.

Com uma proibição federal de microempresas esperadas, a Metabolix se associou à Honeywell em março para produzir uma alternativa biodegradável para microesferas. As microesferas que as duas empresas estão desenvolvendo são feitas de Polihidroxialcanoatos, ou PHA, um plástico de base biológica que é mais caro mas mais versátil que PLA. As microesferas que as duas empresas estão desenvolvendo são feitas pela fermentação de amido de milho, embora também possam ser feitas a partir de culturas não alimentares, como switchgrass. Microesferas de PHA se degradarão em dióxido de carbono e água em questão de meses, na mesma velocidade que celulose ou papel, diz a Peoples.

Em torno dos lados de baixo

À medida que aumentamos nossa dependência de plásticos provenientes de culturas como milho ou cana-de-açúcar, podemos inadvertidamente introduzir novas preocupações ambientais. Um estudo recente na revista Produção mais limpa bioplásticos notados cultivados a partir de matérias-primas agrícolas usar quantidades significativas de água, pesticidas e fertilizantes que podem causar poluição do ar e da água e competir por terra com culturas cultivadas para alimentos.

Uma maneira possível de contornar os lados inferiores dos plásticos à base de plantas e, ao mesmo tempo, reduzir a dependência do petróleo é usar CO2 como matéria-prima. A Novomer, uma empresa de pesquisa da Universidade de Cornell, em Ithaca, Nova York, está transformando resíduos de CO2 de plantas de produção de etanol em plástico. A empresa produz polióis - polímeros usados ​​para fazer espuma flexível encontrada em colchões, almofadas de assento e isolamento, bem como uma variedade de revestimentos e selantes especiais.

"Se o seu colchão foi feito com o nosso material, seria cerca de 22 por cento em peso de dióxido de carbono", diz Peter Shepard, vice-presidente executivo de polímeros da Novomer. "É preciso um gás de efeito estufa que é um material residual e o transforma em um produto valioso ”.

Tipicamente CO2 é muito inerte para reagir com outros compostos, dificultando seu uso em plásticos ou outras aplicações. Geoffrey Coates, professor de química da Cornell University em Ithaca e co-fundador da Novomer, desenvolveu um catalisador que aumentou a reatividade do CO2 ao mesmo tempo em que reduz a reatividade de outro ingrediente-chave de poliol - facilitando a incorporação de CO2 no polímero resultante.

“É como se você tivesse filhos e lhes desse pizza e brócolis e você dissesse a eles toda vez que der uma mordida na pizza, você tem que dar uma mordida no brócolis”, diz Coates, que também é membro do Centro de Polímeros Sustentáveis. .

O maior desafio para os bioplásticos é que eles estão competindo contra plásticos convencionais, materiais incrivelmente baratos que foram aperfeiçoados nos últimos anos da 60, diz Scheer. Os polióis feitos pela Novomer são degradáveis, mas perdem sua degradabilidade quando combinados com produtos químicos à base de petróleo para fazer espuma.

Embora a empresa esteja atualmente focada em fazer espumas e selantes, Shepard diz que o CO da Novomer2à base de polímeros pode ser usado para fazer plásticos degradáveis ​​com um CO2 conteúdo tão alto quanto 50 por cento.

Maior desafio

Apesar do forte crescimento nos últimos anos, alguns dizem que os bioplásticos não atingiram o seu potencial.

"A indústria de bioplásticos não conseguiu criar polímeros que sejam atraentes o suficiente em termos de preço e em termos de propriedades que farão com que o mundo esteja disposto a mudar", diz Frederick Scheer, ex-CEO da Cereplast, uma empresa líder em bioplásticos. que declarou falência no 2014.

O maior desafio para os bioplásticos é que eles estão competindo com plásticos convencionais, materiais incrivelmente baratos que foram aperfeiçoados nos últimos anos da 60, diz Scheer.

“As pessoas estão um pouco conscientes do impacto ambiental dos materiais à base de óleo que não serão biodegradáveis, mas não estão dispostos a gastar o dinheiro extra para empurrar [novos] tipos de materiais”, diz ele.

A competição com o plástico à base de petróleo só se intensificou no último ano, com o preço do petróleo caindo pela metade. "Para ser competitivo com o material tradicional à base de óleo, precisávamos que o preço do petróleo ficasse em torno de $ 130, $ 140 o barril", diz Scheer. "Claramente, a $ 50, estamos longe de poder competir."

Scheer diz que a capacidade de produzir todo o plástico do mundo a partir de fontes não-petrolíferas existe, mas para isso seria necessário um apoio governamental significativo. "Ele terá que ser impulsionado pela regulamentação que forçará o custo do plástico e do custo do petróleo a ser substancialmente maior do que é agora", diz ele.

Concorrente de polietileno?

Se plásticos sustentáveis ​​que reduzem nossa dependência de combustíveis fósseis e degradam no fim de sua vida útil vão se tornar mainstream, eles terão que ser capazes de sub não apenas para microesferas, espuma e outras aplicações especiais, mas também para termoplásticos - baixos custos, polímeros moldáveis ​​que compreendem mais de 80 por cento das centenas de milhões de toneladas de plástico produzidas a cada ano.

A Coates agora está trabalhando em um novo biopolímero com propriedades comparáveis ​​ou talvez melhores que o polietileno, o termoplástico mais amplamente usado para fazer tudo, desde sacos de lixo a garrafas de água e brinquedos de plástico.

Mesmo uma fina camada de polietileno é incrivelmente forte, fazendo, por exemplo, envelopes que são quase impossíveis de abrir sem tesouras ou jarras de leite que não quebram quando caem no chão. "A maior parte disso é porque é um material semicristalino", diz Coates. “As cadeias [de polímeros] se encaixam umas nas outras de uma forma muito rígida e específica que, no geral, dão propriedades impressionantes”.

Em um artigo do estudo publicado no 2014 Journal of the American Chemical SocietyCoates e colegas da Cornell descreveram um novo material com uma estrutura semicristalina que é feita a partir de uma matéria-prima de açúcar e tem propriedades semelhantes ao polietileno, mas é mais capaz de se decompor no final de sua vida útil.

"Isso não acontece durante a noite, mas eu acho que há certas [indicações positivas] de que poderia ser um concorrente real de um plástico como o polietileno", diz Hillmyer.

O novo material, conhecido como poli (succinato de polipropileno), não foi testado para ver com que rapidez ele se decomporia em um aterro sanitário ou ambiente marinho. Mas com base em sua composição, diz Coates, deve começar a degradar em água depois de vários meses, um período de tempo que excederia a vida útil da maioria dos produtos de uso único. Poli (succinato de polipropileno) decompõe-se em propilenoglicol e ácido succínico, materiais não tóxicos que são ainda mais reduzidos a CO2 e água quando ingerido por micróbios.

"Se você tivesse que comer produtos de degradação de polímeros, estes seriam os que você quer", diz Coates.

É improvável que o poli (succinato de polipropileno) vá custar menos em uma base de libra por libra do que o polietileno convencional, mas sua estrutura cristalina única sugere que ele poderia ter um desempenho melhor do que seu equivalente de petróleo. Se assim for, os fabricantes de bioplásticos poderão algum dia competir com a indústria de plásticos de hoje, fazendo coisas como jarras de leite com muito menos material do que os plásticos à base de petróleo.

Uphill Battle

Além de regulamentações governamentais abrangentes que impõem um preço ao carbono ou exigem a biodegradação de todos os plásticos, os bioplásticos terão que encontrar maneiras de superar os plásticos convencionais, se quiserem preencher mais de um nicho de aplicações.

É uma batalha difícil - mas que outro produto de nicho, o painel solar, está ganhando cada vez mais.

Na 2007, a energia solar representou menos de 0.1 por cento da geração de eletricidade dos EUA. Graças à engenhosidade e inovação, o preço dos módulos fotovoltaicos caiu de US $ 4 por watt para US $ 0.50 por watt, tornando a energia solar a fonte de eletricidade que mais cresce no país.

Os que trabalham em bioplásticos podem ver uma mudança semelhante no mar? Em última análise, muito provavelmente não será apenas o bom desempenho de seus produtos, mas o quanto eles podem quebrar a vantagem competitiva do plástico convencional.Ver página da Ensia

Sobre o autor

mckenna philPhil McKenna é um escritor freelance interessado na convergência de indivíduos fascinantes e idéias intrigantes. Ele escreve principalmente sobre energia e meio ambiente com foco nos indivíduos por trás das notícias. Seu trabalho aparece em A New York Times, Smithsonian, WIRED, Audubon, New Scientist, Technology Review, MATTER e NOVA, onde ele é um editor contribuinte.

Este artigo foi publicado originalmente em Ensia

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