Bactérias criam plásticos renováveis e infinitamente recicláveis

O desperdício de plástico é um problema, já que a maioria não pode ser reciclada – e muitos usam como ingredientes básicos produtos petroquímicos que são poluentes e finitos. Porém, isso está mudando. Em um estudo publicado na Nature Sustainability, os pesquisadores tiveram sucesso ao projetar bactérias que criam alternativas biológicas para os ingredientes iniciais de plásticos renováveis e infinitamente recicláveis, conhecidos como polidicetoenamina ou PDK.

A descoberta vem da colaboração entre especialistas da Molecular Foundry, Joint BioEnergy Institute (JBEI) e Advanced Light Source – três unidades do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), do Departamento de Energia dos EUA.

“Esta é a primeira vez que bioprodutos foram integrados para fazer um PDK que tem predominantemente uma 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 com relação às propriedades do material como ao custo de produção em escala.”

Diferentemente dos plásticos tradicionais, o PDK pode ser repetidamente desconstruído e transformado em novos blocos de construção para a criação de novos produtos sem haver uma perda de qualidade. Inicialmente, os PDKs usavam blocos de construção derivados de produtos petroquímicos, mas esses ingredientes podem ser redesenhados e produzidos com micróbios.

Agora, depois de quatro anos de esforço, os colaboradores manipularam a E. coli para transformar açúcares de plantas em alguns dos materiais iniciais – uma molécula conhecida como lactona de ácido triacético, ou bioTAL – e produziram um PDK com mais ou menos 80% de conteúdo biológico.

“Demonstramos que o caminho para chegar a 100% de conteúdo biológico em plásticos recicláveis é viável”, disse Jeremy Demarteau, um cientista de projeto da equipe que contribui para o desenvolvimento de biopolímeros. “No futuro você verá isso acontecer em nosso laboratório.”

Os PDKs podem ser usados para uma série de produtos, incluindo adesivos, itens flexíveis como cabos de computador ou pulseiras de relógio, materiais de construção e “termofixos resistentes”, plásticos rígidos feitos a partir de um processo de cura.

Os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que incorporar o bioTAL ao material expandiu sua faixa de temperatura de trabalho em até 60°C em comparação com a versão petroquímica. Isso abre uma oportunidade para o uso de PDKs em itens que precisam de temperaturas de trabalho específicas, incluindo equipamentos esportivos e peças automotivas, como para-choques e painéis.

Resolvendo o problema do resíduo plástico

O Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente (PNUMA) estima que produzimos globalmente cerca de 400 milhões de toneladas de resíduos plásticos todos os anos – número que 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% foi reciclado, enquanto a maior parte é queimada ou descartada em aterros sanitários.

“Não podemos continuar usando nossa disponibilidade de combustíveis fósseis cada vez menor 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 oferecer um incentivo para as empresas usarem eles. E então as pessoas poderiam ter os produtos que precisam pelo tempo que precisam, antes que tais itens sejam transformados em algo novo.”

O estudo também se baseia em uma análise ambiental e tecnológica de 2021, a qual 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 que faz parte da equipe 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 os produzidos 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 alimentar as instalações com energia renovável.

Informação adicional: Biorenewable circularity in polydiketoenamine plastics, Nature Sustainability (2023). DOI: 10.1038/s41893-023-01160-2.

Fonte: Lawrence Berkeley National Laboratory.

Artigo original (em inglês) publicado na Phys.Org.