Técnica – A Era dos polímeros biodegradáveis

Introdução

O modelo de crescimento econômico que vem sendo usado atualmente gera enormes desequilíbrios; um nível de riqueza e fartura no mundo nunca alcançado, porém, a miséria, a degradação ambiental e a poluição aumentam a cada dia. Diante desta constatação, surge a ideia do Desenvolvimento Sustentável (DS), buscando conciliar o desenvolvimento econômico com a preservação ambiental e, ainda, combater a pobreza no mundo. O desenvolvimento em harmonia é exatamente o que propõem os estudiosos em DS, que pode ser definido como “equilíbrio entre tecnologia e ambiente, relevando-se os diversos grupos sociais de uma nação e também dos diferentes países na busca da equidade e justiça social”. Para ser alcançado o DS, a proteção do ambiente tem que ser entendida como parte integrante do processo de desenvolvimento e não pode ser considerada isoladamente [1].

De acordo com o relatório da Pesquisa Nacional de Saneamento Básico (PNSB), realizada pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) no ano 2000, em 24 horas o Brasil produz 230 mil toneladas de resíduo sólido [2]. Essa superprodução de lixo veio diante das mudanças de hábito entre os brasileiros. Por exemplo: nos anos 60 e 70, os brasileiros produziam a maioria dos alimentos em casa, enquanto que nos dias atuais compra-se quase de tudo em supermercados, crescendo assim o número de embalagens plásticas, de papéis, depósitos de vidros e metais que são descartados após o uso. Essa quantidade de lixo gerada pode levar a uma série de problemas, já que o meio ambiente leva muito tempo para decompor alguns detritos provenientes de descartes industriais e domésticos. A Composição do Resíduo Sólido Urbano (RSU) se divide em: resíduos orgânicos, que correspondem a 60% do lixo coletado; materiais recicláveis, 35% do lixo (papel, metais, vidros, plásticos, alumínio etc) e resíduos não aproveitados, 5% [3]. A reciclagem dos resíduos sólidos é fonte de empregos e uma questão muito debatida em todos os países dos cinco continentes, já que se pode obter uma série de benefícios como a melhoria na limpeza das cidades, diminuição da poluição do solo, da água, do ar e, também, evita o desmatamento.

Dentre os diversos tipos de RSU, os materiais poliméricos apresentam-se com um volume cada vez maior em sua composição. Em razão dessa crescente utilização de materiais poliméricos por químicos, engenheiros, cientistas em geral, entre outras áreas, propõe-se que vivamos a Era dos Polímeros. Os polímeros se dividem em: os de ocorrência natural e os obtidos por alguma rota de síntese, porém os princípios científicos aplicados a eles são os mesmos [4]. O diferencial entre os polímeros se encontra na sua aplicabilidade, sejam plásticos, fibras e elastômeros ou borrachas. Na sociedade contemporânea, os polímeros vêm substituindo gradualmente os materiais convencionais em quase todos os setores da economia, não só por seu baixo custo, mas também em consequência do desenvolvimento contínuo de sua funcionalidade. Apesar do apelo visual comercialmente interessante, são as suas propriedades físicas e químicas que os fazem tecnologicamente atraentes. Todavia, são estas mesmas propriedades que os tornam vilões do meio ambiente. Os polímeros degradam-se por vários mecanismos e essa deterioração pode dar-se de forma gradual ou mais rapidamente. Em particular, os polímeros formados por hidrocarbonetos são resistentes ao ataque químico e biológico, de tal forma que isso lhes assegura longevidade mediante micro-organismos. Dada a principal propriedade da grande maioria dos polímeros, a durabilidade, um sério problema acompanha o homem contemporâneo: a enorme quantidade de resíduos produzidos nas comunidades sociais, principalmente nos grandes centros urbanos. Esses resíduos, constituídos, em grande parte, por produtos industrializados produzidos por polímeros sintéticos, podem levar mais de uma centena de anos para se decompor, provocando graves problemas ambientais, a menos que ocorra um sério trabalho coletivo de reciclagem desses resíduos [5].

Como solução para os problemas decorrentes da poluição ambiental gerada pelo resíduo plástico, são propostas três soluções: reciclagem, incineração e uso de polímeros biodegradáveis (PBs). Várias são as publicações em periódicos nacionais e internacionais que demonstram que os diversos tipos de reciclagem e a incineração são metodologias indispensáveis para o desenvolvimento econômico e a preservação ambiental e de recursos naturais [6-9]. Contudo, essas alternativas sozinhas não atendem à necessidade mundial diante do grande volume de plásticos que é descartado diariamente. Na busca por novas soluções e como alternativa aos polímeros convencionais, os polímeros biodegradáveis têm alçado uma posição de destaque. Dessa maneira, as pesquisas em torno desses materiais também têm adquirido proporções cada vez maiores. Além do aspecto ambiental, o esgotamento inexorável da principal fonte de matéria-prima para os polímeros sintéticos – o petróleo – implica na aceleração da busca por alternativas industrialmente realizáveis.

Processo de biodegradação de polímeros

Especificamente, quando aplicada à área de polímeros, o termo degradação se aplica a qualquer mecanismo que leve a danos irreversíveis de algum tipo de propriedade. Os polímeros podem ser degradados por vários tipos de mecanismos: fotodegradação, oxidação, termodegradação, degradação mecânica, hidrólise, biodegradação e por meio da combinação de alguns destes tipos de degradação, como foto-oxidação, oxidação térmica etc. Especificamente para biodegradação, são encontradas diversas definições, porém, na maioria das vezes não são muito claras. Neste texto será usada a definição do termo biodegradação como sendo a degradação catalisada por micro-organismos, que leva a uma fragmentação acompanhada de danos em algum tipo de propriedade, conjuntamente com a formação de dióxido de carbono, água e biomassa [10]. O processo químico da biodegradação de polímeros pode ser sumarizado pelas seguintes equações:

Plástico Moderno, Técnica - A Era dos polímeros biodegradáveisExistem três elementos indispensáveis para o processo de biodegradação de polímeros no estado sólido. Estes são:

Organismos: a base para o processo de biodegradação é a existência de micro-organismos com ações metabólicas apropriadas para síntese de enzimas específicas que conseguem dar início ao processo de despolimerização e mineralizam os monômeros e oligômeros formados por este processo;

Ambiente: alguns fatores são indispensáveis ao processo de biodegradação. Estes incluem temperatura, sais e umidade, sendo o último citado o mais importante;

Substrato: a estrutura do polímero influencia o processo de biodegradação. Este fator estrutural inclui os tipos de ligação química, nível de ramificação, nível de polimerização, nível de hidrofilicidade, esterioquímica, distribuição de massa molar, cristalinidade e outros aspectos morfológicos dos polímeros.

A biodegradação ocorre em dois estágios, despolimerização do plástico e a mineralização. A despolimerização ocorre por meio da quebra das ligações poliméricas por clivagem, como consequência ocorre a fragmentação do material. Durante esta fase há um aumento da área de contato entre o polímero e os micro-organismos, e em seguida inicia-se a decomposição das macromoléculas em cadeias menores. Esta etapa ocorre na superfície da amostra em razão do tamanho da cadeia polimérica e sua natureza insolúvel. Enzimas extracelulares são responsáveis pela clivagem das cadeias poliméricas. Essas enzimas podem ser endoenzimas (responsáveis pela clivagem randômica das ligações internas da cadeia do polímero) ou exoenzimas (responsáveis pela clivagem sequencial nas unidades monoméricas terminais da cadeia principal). A segunda etapa, a mineralização, ocorre quando os fragmentos oligoméricos são suficientemente pequenos para serem transportados pelo interior dos organismos onde eles são transformados em biomassa e, então, mineralizados. Com base nesse processo de mineralização, são produzidos gases (CO2, CH4, N2 e H2), água, sais minerais e novas biomassas [10].

Uma das disposições finais mais adequadas para os plásticos biodegradáveis é a sua utilização em usinas de compostagem. A compostagem é um processo biológico de decomposição de matéria orgânica que pode estar contido em restos de origem animal ou vegetal. Este processo envolve transformações extremamente complexas de natureza bioquímica, promovidas por milhões de micro-organismos do solo que têm na matéria orgânica in natura sua fonte de energia, nutrientes minerais e carbono. Por essa razão, uma pilha de composto não é apenas um monte de lixo orgânico empilhado ou acondicionado em um compartimento, é um modo de fornecer as condições adequadas aos micro-organismos para que esses degradem a matéria orgânica, tornando disponíveis os nutrientes presentes. O produto final resultante do processo decompostagem, composto ou húmus, pode ser considerado como um enriquecedor do solo.

Dentre os benefícios proporcionados pela existência dessa cobertura morta no solo, destacam-se:

Estímulo ao desenvolvimento das raízes das plantas, que se tornam mais capazes de absorver água e nutrientes do solo.

Aumento da capacidade de infiltração de água, reduzindo a erosão;

Mantém estáveis a temperatura e os níveis de acidez do solo (pH);

Dificulta ou impede a germinação de sementes de plantas invasoras (daninhas);

Ativa a vida do solo, favorecendo a reprodução de micro-organismos benéficos às culturas agrícolas.

 

 

O autor é graduado em Engenharia de Materiais pela Universidade Federal da Paraíba (1996), mestre em Engenharia Química pela mesma universidade Federal da Paraíba (1998) e doutor em Química pela Universidade Federal de Pernambuco (2001). Soma, ainda, dois estágios de pós-doutoramento realizados na USP: um no Instituto de Química (2002 a 2005) e o outro na Escola Politécnica (2005 a 2007). Fez um curso de curta duração na área de degradação de polímeros na University of Newcastle Upon Tyne – Inglaterra (2007) e é professor/pesquisador da Escola de Engenharia da Universidade Presbiteriana Mackenzie. Atua principalmente nos seguintestemas: caracterização de polímeros, fotodegradação e fotoestabilização de polímeros, biodegradação de polímeros e hidrogéis poliméricos.
[email protected]

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2. IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística: Pesquisa Nacional de Saneamento Básico, in: http://www.ibge.gov.br/home/estatistica/populacao/condicaodevida/pnsb/lixo_coletado/lixo_coletado110.shtm (2000).
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Saiba mais:Técnica – Tipos de plásticos biodegradáveis

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