Cientistas combinam química e biologia para reciclar plásticos mistos

Apr 01, 2023

Um processo químico e biológico em tandem que se baseia em estudos de décadas sobre oxidação química pode ser usado para quebrar uma variedade de tipos de plástico. | PowerUp/Shutterstock

Pesquisadores desenvolveram uma maneira de transformar plásticos poliméricos mistos em um único produto químico, o que poderia eliminar a necessidade de classificar o plástico por tipo antes da reciclagem.

“Combinar processos químicos e biológicos é uma nova estratégia promissora para a valorização de resíduos plásticos mistos”, afirmou um comunicado de imprensa do NREL.

O projeto vem do Consórcio Bio-Optimized Technologies para manter os termoplásticos fora dos aterros sanitários e do meio ambiente (BOTTLE) e do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) do Departamento de Energia dos Estados Unidos.

Gregg Beckham, pesquisador sênior do NREL e chefe da BOTTLE, disse no comunicado à imprensa que a pesquisa é "um ponto de entrada potencial para o processamento de plásticos que não podem ser reciclados hoje".

O procedimento é um processo químico e biológico em tandem que se baseia em estudos de décadas sobre a oxidação química, que pode ser usado para quebrar uma variedade de tipos de plástico. O estudo testou em PET, PS e HDPE, mas os pesquisadores disseram que também poderia funcionar para PP e PVC. A equipe planeja fazer mais estudos sobre esses materiais.

A pesquisa foi publicada na revista Science, com Beckham como autor sênior. Os co-autores foram pesquisadores do NREL e membros da equipe do BOTTLE do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, Laboratório Nacional de Oak Ridge e da Universidade de Wisconsin-Madison.

Kevin Sullivan, pesquisador de pós-doutorado no NREL e co-autor do artigo, disse que o processo usa oxigênio e catalisadores para quebrar as grandes moléculas de polímero.

"O processo de catálise química que usamos é apenas uma forma de acelerar esse processo que ocorre naturalmente, então, em vez de degradar ao longo de várias centenas de anos, você pode quebrar esses plásticos em horas ou minutos", disse Sullivan.

A oxidação transforma o PS, PET e HDPE em uma "mistura complexa de compostos químicos - incluindo ácido benzóico, ácido tereftálico e ácidos dicarboxílicos - que exigiriam separações avançadas e caras para produzir produtos puros", afirmou o comunicado à imprensa, mas a equipe do BOTTLE usou biologia para tomar um atalho.

Os pesquisadores projetaram um micróbio do solo, chamado Pseudomonas putida, para "funilar" a mistura de intermediários em polihidroxialcanoatos (PHAs), uma forma de bioplástico biodegradável, ou beta-cetoadipato, que pode ser usado para fazer materiais de nylon.

Allison Werner, outra coautora do estudo, disse que o afunilamento biológico consiste em projetar a rede metabólica de micróbios “para direcionar o carbono de um grande número de substratos para um único produto”.

“Para fazer isso, pegamos o DNA da natureza – geralmente de outros micróbios – e o colamos no genoma da Pseudomonas putida”, disse Werner. "O DNA é transcrito em RNA, que por sua vez é traduzido em proteínas que realizam diversas transformações bioquímicas, formando uma nova rede metabólica e, finalmente, nos permitindo capturar mais carbono e sintonizar para onde ele vai."

Anteriormente, os cientistas usaram o mesmo micróbio para valorizar misturas químicas das paredes celulares das plantas. Beckham enfatizou que as bactérias modificadas não degradam os plásticos diretamente.

"Se você pegar a bactéria que usamos agora e combiná-la com polietileno, a bactéria morrerá e o plástico ficará lá", disse Beckham, por isso o processo de oxidação é necessário.

A equipe do BOTTLE planeja realizar mais pesquisas para entender e quantificar todos os aditivos e corantes em plásticos, e uma próxima missão do NREL à Estação Espacial Internacional testará se a microgravidade melhora o processo.

O estudo foi financiado pelo Escritório de Manufatura Avançada do Departamento de Energia dos Estados Unidos e pelo Escritório de Tecnologias de Bioenergia.