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O desperdício de plástico é um problema. A maioria dos plásticos não pode ser reciclada, e muitos usam produtos petroquímicos poluentes finitos como ingredientes básicos. Mas isso está mudando. Em um estudo publicado hoje na Natureza Sustentabilidadeos pesquisadores projetaram micróbios com sucesso para criar alternativas biológicas para os ingredientes iniciais em um plástico infinitamente reciclável conhecido como poli(dicetoenamina) ou PDK.
A descoberta vem da colaboração entre especialistas em três instalações do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab): a Molecular Foundry, o Joint BioEnergy Institute (JBEI) e a Advanced Light Source.
“Esta é a primeira vez que bioprodutos foram integrados para fazer um PDK que é predominantemente de base biológica”, disse Brett Helms, cientista da Molecular Foundry que liderou o projeto. “E é a primeira vez que você vê uma vantagem biológica sobre o uso de petroquímicos, tanto no que diz respeito às propriedades do material quanto ao custo de produção em escala.”
Ao contrário dos plásticos tradicionais, o PDK pode ser repetidamente desconstruído em blocos de construção intocados e transformado em novos produtos sem perda de qualidade. Os PDKs inicialmente usavam blocos de construção derivados de produtos petroquímicos, mas esses ingredientes podem ser redesenhados e produzidos com micróbios. Agora, após quatro anos de esforço, os colaboradores manipularam E. coli para transformar açúcares de plantas em alguns dos materiais iniciais – uma molécula conhecida como lactona de ácido triacético, ou bioTAL – e produziu um PDK com aproximadamente 80% de bio-conteúdo.
“Demonstramos que o caminho para 100% de bioconteúdo em plásticos recicláveis é viável”, disse Jeremy Demarteau, cientista do projeto da equipe que contribui para o desenvolvimento de biopolímeros. “Você verá isso de nós no futuro.”
Os PDKs podem ser usados para uma variedade de produtos, incluindo adesivos, itens flexíveis como cabos de computador ou pulseiras de relógio, materiais de construção e “termofixos resistentes”, plásticos rígidos feitos por meio de um processo de cura. Os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que a incorporação do bioTAL ao material expandiu sua faixa de temperatura de trabalho em até 60 graus Celsius em comparação com a versão petroquímica. Isso abre a porta para o uso de PDKs em itens que precisam de temperaturas de trabalho específicas, incluindo equipamentos esportivos e peças automotivas, como pára-choques ou painéis.
Resolvendo o problema do lixo plástico
O Programa Ambiental das Nações Unidas estima que produzimos globalmente cerca de 400 milhões de toneladas de resíduos plásticos todos os anos, e esse número deve subir para mais de 1 bilhão de toneladas até 2050. Dos 7 bilhões de toneladas de resíduos plásticos já criados, apenas cerca de 10 por cento foi reciclado, enquanto a maior parte é descartada em aterros sanitários ou queimada.
“Não podemos continuar usando nosso suprimento cada vez menor de combustíveis fósseis para alimentar esse desejo insaciável por plásticos”, disse Jay Keasling, professor da UC Berkeley, cientista sênior da área de biociências do Berkeley Lab e CEO da JBEI. “Queremos ajudar a resolver o problema do lixo plástico criando materiais que são biorrenováveis e circulares – e incentivando as empresas a usá-los. Assim, as pessoas poderiam ter os produtos de que precisam pelo tempo que precisam, antes que esses itens sejam transformado em algo novo.”
O estudo divulgado hoje também se baseia em uma análise ambiental e tecnológica de 2021, que mostrou que o plástico PDK pode ser comercialmente competitivo com os plásticos convencionais se produzido em larga escala.
“Nossos novos resultados são extremamente encorajadores”, disse Corinne Scown, cientista da equipe da Área de Tecnologias de Energia do Berkeley Lab e vice-presidente da JBEI. “Descobrimos que mesmo com melhorias modestas no processo de produção, em breve poderíamos fabricar plásticos PDK de base biológica que são mais baratos e emitem menos CO2 do que aqueles feitos com combustíveis fósseis.”
Essas melhorias incluiriam acelerar a taxa na qual os micróbios convertem açúcares em bioTAL, usando bactérias que podem transformar uma ampla variedade de açúcares derivados de plantas e outros compostos e alimentando a instalação com energia renovável.
Este trabalho foi financiado pelo Departamento de Bioenergia Technologies Office do Departamento de Energia. A Fundição Molecular é uma instalação do usuário do Escritório de Ciências do DOE, Escritório de Ciências Básicas de Energia, especializada em ciência em nanoescala. JBEI é um Centro de Pesquisa em Bioenergia financiado pelo DOE’s Office of Science. A Fonte de Luz Avançada é uma instalação do usuário do DOE Office of Science.
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