A poluição plástica é um grande desafio ambiental, principalmente devido à natureza não biodegradável dos produtos, principalmente itens descartáveis, como sacolas e garrafas. Esses plásticos persistem no meio ambiente, decompondo-se em micro e nanopartículas plásticas, representando riscos aos ecossistemas e à saúde humana. Além disso, alguns plásticos contêm substâncias tóxicas, como ftalatos e bisfenol A, que se infiltram no meio ambiente e colocam em risco os ecossistemas e o bem-estar humano.

Embora a poluição plástica represente desafios significativos, eliminar completamente o uso de plástico não é viável. O plástico é um material leve e durável, essencial para indústrias como a de embalagens de alimentos e bebidas, onde ajuda a reduzir o consumo de energia e as emissões de carbono durante o transporte. Além disso, os plásticos oferecem vastas oportunidades, especialmente em tipos avançados como plásticos compostos, que fornecem insights valiosos para o design aeroespacial leve.

Bioplásticos: Inovações Verdes Pioneiras na Indústria do Plástico

A indústria do plástico propôs soluções para lidar com a poluição plástica, como a eliminação de plásticos não recicláveis ​​em favor de recicláveis, a fim de promover uma economia circular. Isso envolve enfatizar a reciclagem e explorar métodos de reciclagem mais eficazes para garantir que os plásticos possam ser reutilizados diversas vezes ao longo de seu ciclo de vida, reduzindo a demanda por novas matérias-primas.

Além disso, a indústria está desenvolvendo bioplásticos a partir de recursos renováveis, como amido vegetal e polímeros biodegradáveis, que têm melhor degradabilidade e reduzem o impacto ambiental.

A promoção dos bioplásticos é vista como fundamental para o desenvolvimento sustentável na indústria do plástico. Relatórios indicam que a capacidade de produção de bioplásticos era de cerca de 2,18 milhões de toneladas em 2023 e a projeção é de que atinja 7,43 milhões de toneladas até 2028, refletindo otimismo em relação ao seu futuro.

Bioplásticos são uma categoria de materiais cujas matérias-primas podem ser total ou parcialmente substituídas por biomassa renovável ou possuem propriedades biodegradáveis. "Bio" refere-se a materiais total ou parcialmente derivados de biomassa renovável, enquanto "biodegradável" indica que o material pode ser decomposto por microrganismos no solo ou na água, eventualmente se convertendo em dióxido de carbono e água.

Com base em sua origem biológica ou biodegradabilidade, os bioplásticos podem ser classificados em três categorias principais. A primeira categoria inclui bioplásticos de origem biológica e biodegradáveis, como bioplásticos à base de amido (TPS), ácido polilático (PLA) e poli-hidroxialcanoatos (PHA). A segunda categoria inclui bioplásticos de origem biológica, mas não biodegradáveis, como biopolietileno (Bio-PE) e tereftalato de polietileno de origem biológica (Bio-PET). A terceira categoria compreende bioplásticos de origem fóssil, mas biodegradáveis, como policaprolactona (PCL), polibutileno succinato (PBS) e polibutileno adipato/tereftalato (PBAT).

Comercialização de Bioplásticos: PLA e TPS

O ácido polilático (PLA) e os plásticos à base de amido são os bioplásticos comerciais mais comumente usados, sendo ambos de base biológica e biodegradáveis.

O PLA é um poliéster alifático feito a partir da polimerização por condensação do ácido lático, produzido principalmente pela fermentação bacteriana de açúcares. A Food and Drug Administration (FDA) dos EUA classifica o PLA como GRAS (Geralmente Reconhecido como Seguro). Os bioplásticos PLA são cada vez mais utilizados em produtos como copos descartáveis ​​para café, com a Starbucks adotando o PLA para seus copos descartáveis.

O PLA é reciclável e pode substituir o PET em embalagens de refrigerantes. No entanto, o PLA requer ambientes de compostagem industrial (acima de 60 °C) para biodegradação e não é biodegradável em ambientes marinhos. Isso exige maior conscientização pública sobre a triagem e regulamentação governamental para a construção de instalações de compostagem industrial para uma biodegradação eficaz e reciclagem verde do PLA.

TPS é um bioplástico à base de amido. Bioplásticos de amido puro são muito frágeis para o processamento por extrusão, então plastificantes como glicerol, etilenoglicol e sorbitol são adicionados para formar amido termoplástico (TPS). O TPS, sendo uma forma comercializável de bioplástico à base de amido, constitui metade do mercado global de bioplásticos. A Nestlé Waters utiliza garrafas de TPS em alguns produtos para reduzir a dependência de plásticos PET tradicionais.

No entanto, o TPS é sensível à umidade e apresenta propriedades mecânicas e térmicas precárias. Os altos custos e a disponibilidade limitada de recursos de biomassa, juntamente com a complexidade da síntese de biomassa agrícola, representam desafios significativos para a implantação em larga escala do TPS em embalagens de alimentos.

Desenvolvimento do Bio-PET: Desafios e Potencial

O Bio-PET pertence à categoria de bioplásticos feitos de recursos renováveis, mas não biodegradáveis.

O PET (polietileno tereftalato), um poliéster termoplástico reciclável, encontra ampla aplicação na indústria de embalagens. As garrafas PET representam 42% do setor de embalagens de água engarrafada e 29% do setor de embalagens de bebidas. Embora o PET possa ser reciclado, o avanço da indústria rumo à circularidade verde seria possível se suas matérias-primas pudessem ser provenientes de biorrecursos ou alcançar a biodegradabilidade.

Atualmente, o desenvolvimento do bio-PET tornou-se um ponto focal na indústria do plástico. Os monômeros para PET de origem biológica podem ser derivados de fontes de biomassa, mas o PET de origem biológica não possui biodegradabilidade; ele herda a reciclabilidade do PET.

A produção de PET envolve dois monômeros: ácido tereftálico (PTA) e monoetilenoglicol (MEG). Normalmente, a produção de PET consiste em uma proporção de 70% de PTA e 30% de MEG. Para atingir 100% de bio-PET, ambos os monômeros devem ser provenientes de recursos renováveis. No entanto, atualmente, apenas uma parte do MEG (30% do conteúdo total da biomassa) pode ser obtida da biomassa, enquanto os 70% restantes ainda provêm de recursos fósseis.

Embora a obtenção de PTA a partir de biomassa apresente desafios, a extração do monômero diácido rígido FDCA da biomassa agrícola demonstra ser uma alternativa viável ao ácido tereftálico derivado do petróleo (TPA ou PTA). Esse avanço abre caminho para o desenvolvimento de um polímero 100% de origem biológica conhecido como furanoato de polietileno (PEF), que se destaca como um promissor substituto renovável para o PET.

Avançando no PEF: Explorando o potencial e as aplicações de alternativas ao Bio-PET

O PET consiste em ácido tereftálico (PTA) como monômero, enquanto o PEF utiliza ácido 2,5-furandicarboxílico (FDCA) como monômero. O FDCA, um monômero de origem biológica, pode ser derivado de fontes de biomassa, como milho, culturas não alimentares, palha e cavacos de madeira. A similaridade estrutural entre o FDCA e o PTA posiciona o PEF como um substituto viável para o PET.

A preparação e a aplicação de PEF de origem biológica estão emergindo como áreas críticas de pesquisa. Este material tem o potencial de reduzir o consumo de energia e as emissões de gases de efeito estufa. O PEF apresenta um módulo de elasticidade superior ao do PET, permitindo a produção de recipientes com resistência mecânica equivalente, utilizando menos material. Em comparação com as garrafas PET de 250 mL, as garrafas de PEF podem reduzir significativamente as emissões de gases de efeito estufa ao longo do ciclo de vida em 50-74%. Além disso, o PEF apresenta excelentes propriedades de barreira, com barreiras de oxigênio e dióxido de carbono várias vezes superiores às do PET. Além disso, o PEF oferece resistência mecânica e desempenho térmico superiores, tornando-o adequado para diversas aplicações, como materiais de embalagem de alta barreira, fibras de alto desempenho e plásticos de engenharia.

Embora o PEF seja considerado não biodegradável, sua natureza renovável, reciclabilidade e potencial de descarbonização o tornam um contribuinte para o avanço da nova economia do plástico.

Academia Chinesa de Ciências, em colaboração com Wankai Novos Materiais Co., Ltd., concluiu com sucesso a primeira produção em escala mundial de poliéster PEF, marcando a industrialização bem-sucedida de materiais poliméricos PEF.

Conclusão

A crescente ameaça da poluição plástica ressalta a necessidade crítica de uma mudança de paradigma em direção a soluções ecologicamente corretas na indústria do plástico. Os bioplásticos, exemplificados pelo Bio-PET e pela alternativa emergente PEF, estão na vanguarda dessa transição, oferecendo caminhos promissores e sustentáveis ​​para combater esse desafio ambiental urgente. Ao adotar esses materiais inovadores, podemos construir um futuro mais resiliente e ambientalmente consciente para as gerações futuras.