BIOPLÁSTICOS: COMO SÃO PRODUZIDOS, TIPOS, VANTAGENS, DESVANTAGENS - MEIO AMBIENTE - 2024

O bioplástico é qualquer material maleável à base de polímeros de origem petroquímica ou biomassa que sejam biodegradáveis. Semelhante aos plásticos tradicionais sintetizados a partir do petróleo, eles podem ser moldados em vários objetos.

Dependendo de sua origem, os bioplásticos podem ser obtidos a partir de biomassa (biobased) ou de origem petroquímica. Por outro lado, dependendo do seu grau de decomposição, existem bioplásticos biodegradáveis ​​e não biodegradáveis.

Talheres em poliéster amido biodegradável. Fonte: Scott Bauer

A ascensão dos bioplásticos surge em resposta aos inconvenientes gerados pelos plásticos convencionais. Isso inclui o acúmulo de plásticos não biodegradáveis ​​nos oceanos e nos aterros sanitários.

Por outro lado, os plásticos convencionais possuem uma grande pegada de carbono e um alto teor de elementos tóxicos. Em contraste, os bioplásticos apresentam várias vantagens, uma vez que não produzem elementos tóxicos e geralmente são biodegradáveis ​​e recicláveis.

Entre as principais desvantagens dos bioplásticos estão o alto custo de produção e a menor resistência. Além disso, algumas das matérias-primas utilizadas são alimentos em potencial, o que representa um problema econômico e ético.

Alguns exemplos de objetos bioplásticos são sacolas biodegradáveis, bem como peças de veículos e telefones celulares.

Características dos bioplásticos

Importância econômica e ambiental dos bioplásticos

Vários objetos utilitários feitos com bioplásticos. Fonte: Hwaja Götz, via Wikimedia Commons

Recentemente, tem havido um maior interesse científico e industrial na produção de plásticos a partir de matérias-primas renováveis ​​e biodegradáveis.

Isso se deve ao fato de que as reservas mundiais de petróleo estão se esgotando e há uma maior consciência dos graves danos ambientais causados ​​pelos petroplásticos.

Com a crescente demanda por plásticos no mercado mundial, a demanda por plásticos biodegradáveis ​​também está aumentando.

Biodegradabilidade

Resíduos de bioplásticos biodegradáveis ​​podem ser tratados como resíduos orgânicos de degradação rápida e não poluentes. Por exemplo, eles podem ser usados ​​como corretivos de solo na compostagem, pois são reciclados naturalmente por processos biológicos.

Bioplásticos com inúmeras utilizações comerciais. Fonte: F. Kesselring, FKuR Willich, via Wikimedia Commons

Limitações de bioplásticos

A fabricação de bioplásticos biodegradáveis ​​enfrenta grandes desafios, pois os bioplásticos possuem propriedades inferiores aos petroplásticos e sua aplicação, embora crescente, é limitada.

Melhoria das propriedades dos bioplásticos

Para melhorar as propriedades dos bioplásticos, estão sendo desenvolvidas misturas de biopolímeros com vários tipos de aditivos, como nanotubos de carbono e fibras naturais quimicamente modificadas.

Em geral, os aditivos aplicados aos bioplásticos melhoram propriedades como:

• Rigidez e resistência mecânica.
• Propriedades de barreira contra gases e água.
• Termoresistência e termoestabilidade.

Essas propriedades podem ser projetadas no bioplástico por meio de métodos de preparação e processamento químicos.

Como os bioplásticos são produzidos?

Bioplástico para embalagens de amido termoplástico. Fonte: Christian Gahle, nova-Institut GmbH

-Breve história

Os bioplásticos são anteriores aos plásticos sintéticos convencionais derivados do petróleo. O uso de polímeros de matéria vegetal ou animal para a produção de material plástico remonta ao século 18 com o uso da borracha natural (látex de Hevea brasiliensis).

O primeiro bioplástico, embora não tenha esse nome, foi desenvolvido em 1869 por John Wesley Hyatt Jr., que produziu um plástico derivado da celulose do algodão como substituto do marfim. Da mesma forma, no final do século 19, a caseína do leite era usada para a produção de bioplásticos.

Na década de 1940, a empresa Ford explorou alternativas para o uso de matéria-prima vegetal na fabricação de peças de seus automóveis. Essa linha de pesquisa foi motivada pelas restrições ao uso do aço pela guerra.

Como resultado disso, durante o ano de 1941 a empresa desenvolveu um modelo de carro com carroceria construída principalmente com derivados de soja. No entanto, após o fim da guerra, esta iniciativa não foi continuada.

Em 1947, o primeiro bioplástico técnico foi produzido, a Poliamida 11 (Rilsan como marca registrada). Posteriormente, na década de 1990, surgiram o PLA (ácido polilático), o PHA (polihidroxialcanoatos) e os amidos plastificados.

-Matéria prima

Bioplásticos de base biológica são aqueles que são feitos de biomassa vegetal. As três fontes básicas de matéria-prima para biobased são as seguintes.

Polímeros naturais de biomassa

Polímeros naturais feitos diretamente por plantas, como amido ou açúcares, podem ser usados. Por exemplo, "Plástico de batata" é um bioplástico biodegradável feito de amido de batata.

Polímeros sintetizados a partir de monômeros de biomassa

Uma segunda alternativa é sintetizar polímeros a partir de monômeros extraídos de fontes vegetais ou animais. A diferença entre esta rota e a anterior é que uma síntese química intermediária é necessária aqui.

Por exemplo, Bio-PE ou polietileno verde é produzido a partir do etanol obtido da cana-de-açúcar.

Bioplásticos também podem ser produzidos a partir de fontes animais, como glicosaminoglicanos (GAGs), que são proteínas da casca do ovo. A vantagem dessa proteína é que ela permite a obtenção de bioplásticos mais resistentes.

Biotecnologia baseada em culturas bacterianas

Outra forma de produzir polímeros para bioplásticos é por meio da biotecnologia por meio de culturas bacterianas. Nesse sentido, muitas bactérias sintetizam e armazenam polímeros que podem ser extraídos e processados.

Para isso, as bactérias são cultivadas massivamente em meios de cultura adequados e depois processadas para purificar o polímero específico. Por exemplo, o PHA (polihidroxialcanoatos) é sintetizado por diferentes gêneros de bactérias crescendo em um meio com excesso de carbono e sem nitrogênio ou fósforo.

As bactérias armazenam o polímero na forma de grânulos no citoplasma, que são extraídos pelo processamento das massas bacterianas. Outro exemplo é o PHBV (PolyhydroxyButilValerate), que é obtido a partir de bactérias alimentadas com açúcares obtidos de restos vegetais.

A maior limitação dos bioplásticos obtidos dessa forma é o custo de produção, principalmente devido aos meios de cultura necessários.

Combinação de polímero natural e polímero biotecnológico

A Universidade de Ohio desenvolveu um bioplástico bastante forte combinando borracha natural com bioplástico PHBV, peróxido orgânico e triacrilato de trimetilolpropano (TMPTA).

-Processo de produção

Os bioplásticos são obtidos por diversos processos, dependendo da matéria-prima e das propriedades desejadas. Os bioplásticos podem ser obtidos por meio de processos elementares ou processos industriais mais complexos.

Processo básico

Pode ser feito cozimento e moldagem no caso da utilização de polímeros naturais, como amido ou amido de milho ou batata.

Assim, uma receita elementar para produzir um bioplástico é misturar amido de milho ou amido de batata com água, adicionando glicerina. Posteriormente, esta mistura é cozida até engrossar, moldada e deixada secar.

Processos de média complexidade

No caso de bioplásticos produzidos com polímeros sintetizados a partir de monômeros de biomassa, os processos são um pouco mais complexos.

Por exemplo, o Bio-PE obtido a partir do etanol de cana-de-açúcar requer uma série de etapas. A primeira coisa é extrair o açúcar da cana para obter o etanol por meio da fermentação e destilação.

Em seguida, o etanol é desidratado e obtido o etileno, que deve ser polimerizado. Por fim, por meio de máquinas de termoformação, são fabricados objetos a partir desse bioplástico.

Processos complexos e mais caros

Quando se trata de bioplásticos produzidos a partir de polímeros obtidos por biotecnologia, a complexidade e os custos aumentam. Isso ocorre porque as culturas bacterianas estão envolvidas, o que requer meios de cultura e condições de crescimento específicos.

Esse processo se baseia no fato de que certas bactérias produzem polímeros naturais que podem armazenar em seu interior. Portanto, a partir dos elementos nutricionais adequados, esses microrganismos são cultivados e processados ​​para a extração dos polímeros.

Os bioplásticos também podem ser feitos a partir de algumas algas, como Botryococcus braunii. Essa microalga é capaz de produzir e até excretar hidrocarbonetos no meio ambiente, a partir do qual são obtidos combustíveis ou bioplásticos.

-Fabricação de produtos à base de bioplásticos

O princípio básico é a moldagem do objeto, graças às propriedades plásticas desse composto por meio de pressão e calor. O processamento é feito por extrusão, injeção, injeção e sopro, sopro de pré-forma e termoformação e finalmente é submetido ao resfriamento.

Tipos

Embalagem em acetato de celulose. Fonte: Christian Gahle, nova-Institut GmbH

As abordagens para a classificação dos bioplásticos são diversas e geram controvérsias. Em qualquer caso, os critérios usados ​​para definir os diferentes tipos são a origem e o nível de decomposição.

-Origem

De acordo com uma abordagem generalizada, os bioplásticos podem ser classificados por sua origem como de base biológica ou não de base biológica. No primeiro caso, os polímeros são obtidos de biomassa vegetal, animal ou bacteriana e são, portanto, recursos renováveis.

Já os bioplásticos de base não biológica são aqueles produzidos com polímeros sintetizados a partir do petróleo. Porém, por serem provenientes de um recurso não renovável, alguns especialistas consideram que não devem ser tratados como bioplásticos.

- Nível de decomposição

Quanto ao nível de decomposição, os bioplásticos podem ser biodegradáveis ​​ou não. Os biodegradáveis ​​se decompõem em períodos de tempo relativamente curtos (dias a alguns meses) quando submetidos a condições adequadas.

Por sua vez, os bioplásticos não biodegradáveis ​​se comportam como os plásticos convencionais de origem petroquímica. Nesse caso, o período de decadência é medido em décadas e até séculos.

Também há controvérsia a respeito desse critério, pois alguns estudiosos consideram que um verdadeiro bioplástico deve ser biodegradável.

-Origem e biodegradação

Quando os dois critérios anteriores são combinados (origem e nível de decomposição), os bioplásticos podem ser classificados em três grupos:

1. Provenientes de matérias-primas renováveis ​​(biobased) e biodegradáveis.
2. Os obtidos a partir de matérias-primas renováveis ​​(de base biológica), mas não são biodegradáveis.
3. Obtidos a partir de matérias-primas de origem petroquímica, mas biodegradáveis.

É importante notar que, para considerar um polímero como bioplástico, ele deve entrar em uma dessas três combinações.

Biobased-biodegradable

Entre os bioplásticos de base biológica e biodegradável temos o ácido polilático (PLA) e o polihidroxialcanoato (PHA). O PLA é um dos bioplásticos mais utilizados e é obtido principalmente do milho.

Esse bioplástico possui propriedades semelhantes ao tereftalato de polietileno (PET, plástico convencional do tipo poliéster), embora seja menos resistente a altas temperaturas.

Por sua vez, o PHA tem propriedades variáveis ​​dependendo do polímero específico que o constitui. É obtido a partir de células vegetais ou por meio da biotecnologia de culturas bacterianas.

Esses bioplásticos são muito sensíveis às condições de processamento e seu custo é até dez vezes superior ao dos plásticos convencionais.

Outro exemplo desta categoria é o PHBV (PolyhydroxyButilValerate), que é obtido a partir de restos de plantas.

Biobased-non-biodegradable

Nesse grupo temos o biopolietileno (BIO-PE), com propriedades semelhantes às do polietileno convencional. Por sua vez, o Bio-PET possui características semelhantes ao tereftalato de polietileno.

Ambos os bioplásticos são comumente fabricados a partir da cana-de-açúcar, obtendo-se o bioetanol como produto intermediário.

A bio-poliamida (PA), um bioplástico reciclável com excelentes propriedades de isolamento térmico, também pertence a essa categoria.

-Não-base biológica-biodegradável

A biodegradabilidade tem a ver com a estrutura química do polímero e não com o tipo de matéria-prima utilizada. Portanto, plásticos biodegradáveis ​​podem ser obtidos a partir do petróleo com processamento adequado.

Um exemplo desse tipo de bioplástico são as policaprolactonas (PCL), utilizadas na fabricação de poliuretanos. Este é um bioplástico obtido a partir de derivados de petróleo como o polibutileno succinato (PBS).

Vantagem

Invólucro de bombom feito de PLA (ácido polilático). Fonte: F. Kesselring, FKuR Willich

São biodegradáveis

Embora nem todos os bioplásticos sejam biodegradáveis, a verdade é que para muitas pessoas essa é sua característica fundamental. Na verdade, a busca por essa propriedade é um dos motores fundamentais do boom dos bioplásticos.

Os plásticos convencionais à base de petróleo e não biodegradáveis ​​levam centenas e até milhares de anos para se decompor. Esta situação representa um problema sério, pois aterros e oceanos se enchem de plásticos.

Por este motivo, a biodegradabilidade é uma vantagem muito relevante, pois esses materiais podem se decompor em semanas, meses ou alguns anos.

Eles não poluem o meio ambiente

Por serem materiais biodegradáveis, os bioplásticos deixam de ocupar espaço como lixo. Além disso, têm a vantagem adicional de, na maioria dos casos, não conter elementos tóxicos que possam liberar no meio ambiente.

Eles têm uma pegada de carbono menor

Tanto no processo de produção dos bioplásticos, quanto na sua decomposição, é liberado menos CO2 do que no caso dos plásticos convencionais. Em muitos casos, eles não liberam metano ou o fazem em pequenas quantidades e, portanto, têm pouco impacto sobre o efeito estufa.

Por exemplo, os bioplásticos feitos de etanol de cana-de-açúcar reduzem as emissões de CO2 em até 75% em comparação com os derivados do petróleo.

Mais seguro para transportar alimentos e bebidas

Geralmente, na elaboração e composição de bioplásticos não são utilizadas substâncias tóxicas. Portanto, representam menor risco de contaminação dos alimentos ou bebidas neles contidos.

Ao contrário dos plásticos convencionais que podem produzir dioxinas e outros componentes poluentes, os bioplásticos de base biológica são inofensivos.

Desvantagens

As desvantagens estão principalmente relacionadas ao tipo de bioplástico utilizado. Entre outros, temos o seguinte.

Menos resistência

Uma limitação que a maioria dos bioplásticos tem em comparação com os plásticos convencionais é sua menor resistência. No entanto, esta propriedade é a que está associada à sua capacidade de biodegradação.

Custo mais alto

Em alguns casos, as matérias-primas utilizadas para a produção de bioplásticos são mais caras do que as do petróleo.

Por outro lado, a produção de alguns bioplásticos implica em maiores custos de processamento. Em particular, esses custos de produção são maiores naqueles produzidos por meio de processos biotecnológicos, incluindo o cultivo em massa de bactérias.

Conflito de uso

Bioplásticos produzidos a partir de matérias-primas alimentícias competem com as necessidades humanas. Portanto, como é mais lucrativo dedicar safras à produção de bioplásticos, estes são retirados do circuito de produção de alimentos.

No entanto, esta desvantagem não se aplica aos bioplásticos obtidos a partir de resíduos não comestíveis. Entre esses resíduos estão restos de culturas, algas não comestíveis, lignina, cascas de ovos ou exoesqueletos de lagosta.

Eles não são fáceis de reciclar

O bioplástico PLA é muito semelhante ao plástico PET (tereftalato de polietileno) convencional, mas não é reciclável. Portanto, se os dois tipos de plástico forem misturados em um recipiente de reciclagem, esse conteúdo não pode ser reciclado.

Nesse sentido, teme-se que o uso crescente de PLA possa prejudicar os esforços existentes para reciclar plásticos.

Exemplos e seus usos de produtos produzidos com bioplásticos

Recipiente para vinho feito com bioplástico de resíduos agrícolas e micélios. Fonte: Mycobond

- Objetos descartáveis ​​ou descartáveis

Os itens que mais geram resíduos são recipientes, embalagens, pratos e talheres vinculados a fast food e sacolas de compras. Portanto, neste campo os bioplásticos biodegradáveis ​​desempenham um papel relevante.

Por isso, diversos produtos à base de bioplásticos foram desenvolvidos com o objetivo de influenciar na redução da geração de resíduos. Entre outros, temos a sacola biodegradável feita com Ecovio da BASF ou a garrafa plástica de PLA obtida do milho pela Safiplast na Espanha.

Cápsulas de água

A empresa Ooho criou cápsulas biodegradáveis ​​a partir de algas marinhas com água, em vez das tradicionais garrafas. Essa proposta foi muito inovadora e bem-sucedida e já foi testada na maratona de Londres.

agricultura

Em algumas culturas, como morangos, uma prática comum é cobrir o solo com uma folha de plástico para controlar ervas daninhas e evitar o congelamento. Nesse sentido, o enchimento de bioplástico, como o Agrobiofilm, foi desenvolvido para substituir os plásticos convencionais.

-Objetos para aplicações duráveis

O uso de bioplásticos não se restringe a objetos de uso e descarte, mas pode ser utilizado em objetos mais duráveis. Por exemplo, a empresa de Zoë b Organic produz brinquedos de praia.

Componentes de equipamentos complexos

A Toyota usa bioplásticos em algumas peças automotivas, como componentes de condicionadores de ar e painéis de controle. Para isso, utiliza bioplásticos como Bio-PET e PLA.

Por sua vez, a Fujitsu usa bioplásticos para fazer mouses de computador e peças de teclado. No caso da empresa Samsung, alguns telefones celulares possuem invólucros feitos em grande parte de bioplástico.

-Construção e engenharia civil

Bioplásticos de amido têm sido usados ​​como materiais de construção e bioplásticos reforçados com nanofibras em instalações elétricas.

Além disso, têm sido utilizados na produção de madeiras bioplásticas para móveis, que não são atacadas por insetos xilófagos e não apodrecem com a umidade.

- Aplicações farmacêuticas

Eles foram feitos com cápsulas bioplásticas contendo drogas e veículos de drogas que são liberados lentamente. Assim, a biodisponibilidade dos medicamentos é regulada ao longo do tempo (a dose que o paciente recebe em um determinado tempo).

- Aplicações médicas

Bioplásticos de celulose aplicáveis ​​em implantes, engenharia de tecidos, quitina e bioplásticos de quitosana foram fabricados para proteção de feridas, engenharia de tecido ósseo e regeneração da pele humana.

Bioplásticos de celulose também têm sido fabricados para biossensores, misturas com hidroxiapatita para a fabricação de implantes dentários, fibras bioplásticas em cateteres, entre outros.

- Transporte aéreo, marítimo e terrestre e indústria

Espumas rígidas à base de óleos vegetais (bioplásticos) têm sido utilizadas, tanto em dispositivos industriais quanto de transporte; autopeças e peças aeroespaciais.

Componentes eletrônicos de telefones celulares, computadores, dispositivos de áudio e vídeo também foram produzidos a partir de bioplásticos.

-Agricultura

Os hidrogéis bioplásticos, que absorvem e retêm água e podem liberá-la lentamente, são úteis como coberturas protetoras do solo cultivado, mantendo sua umidade e favorecendo o crescimento de plantações agrícolas em regiões secas e em épocas de baixa chuva.

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