Enzplast2: biodegradação e síntese de plásticos com recurso a enzimas e microrganismos

No entanto, a maioria dos plásticos apresenta taxas de biodegradação muito baixas e, se o fim de vida não for bem gerido, podem acumular-se no ambiente, contribuindo para a poluição do planeta. Além disso, muitos deles são depositados em aterros porque não existem métodos que permitam um tratamento e reciclagem corretos dos resíduos. É o caso dos materiais multicamada, cuja reciclagem mecânica não é eficaz, pelo que acabam por ser considerados não recicláveis. É também o caso dos materiais que adquirem propriedades organolépticas que impedem a sua posterior reciclagem. Por conseguinte, para cumprir os critérios da economia circular, é necessário encontrar soluções alternativas.

Neste sentido, uma das linhas do projeto Enzplast2 é o desenvolvimento de novas tecnologias dos processos de reciclagem que permitam a degradação das camadas adesivas intermédias dos materiais multicamada para que as várias camadas possam ser facilmente classificadas e recicladas.

Especificamente, estes novos métodos biotecnológicos baseiam-se no isolamento de microrganismos capazes de biodegradar especificamente diferentes tipos de polímeros. A biodegradação dos plásticos envolve, em primeiro lugar, a ligação dos microrganismos à superfície do polímero, depois, o crescimento dos microrganismos utilizando o polímero como fonte de carbono e, finalmente, a degradação do polímero em CO2 e água, no caso de serem utilizadas condições aeróbias, e em biogás e água, no caso de se utilizarem condições anaeróbias. Para realizar a biodegradação, os microrganismos produzem e secretam enzimas para o ambiente, sendo estas as moléculas que realmente provocam a quebra da cadeia polimérica em fragmentos de baixo peso molecular, oligómeros ou monómeros. Por conseguinte, outra alternativa para degradar os polímeros é a utilização direta destas enzimas específicas. Os monómeros obtidos como produtos da reação de degradação podem ser recuperados e utilizados na síntese de novos produtos, o que constitui um método de reciclagem química sustentável.

Os resultados preliminares do projeto Enzplast2 demonstram a viabilidade da aplicação e implementação destas tecnologias, uma vez que, através da utilização de microrganismos selecionados e isolados, foi alcançada uma degradação de 70% de uma película de poliuretano (Figura 1 a). Foi igualmente possível identificar fases limitativas para a degradação dos polímeros, como a transferência de oxigénio, que poderiam ajudar a melhorar o desempenho destes sistemas. Globalmente, a aplicação de enzimas para efetuar a degradação dos polímeros através destes biocatalisadores foi avaliada positivamente. Mais especificamente, foi avaliada a atividade isolada das lipases, proteases e esterases, bem como possíveis sinergias que possam ocorrer entre as diferentes enzimas, obtendo-se resultados positivos para a atividade conjunta de lipases e proteases e de lipases e esterases.

Do mesmo modo, foi estudada a utilização de microrganismos com o objetivo de eliminar os odores das embalagens de produto lácteos. Os resultados obtidos indicam uma redução significativa da intensidade do odor dos materiais expostos a microrganismos em comparação com os que não foram expostos à ação dos microrganismos.

Uma vez otimizados, estes protocolos de reciclagem serão validados em empresas do setor industrial, especialmente em empresas de reciclagem onde a pureza dos fluxos será analisada para obter materiais reciclados de alta qualidade e, assim, estudar a viabilidade industrial dos métodos propostos.

O método utilizado permite obter bioplásticos do tipo poliéster, como o polibutilenossuccinato (PBS), polietilenfuranoato (PEF), ácido poliláctico (PLA), polibutilenefumarato (PBF) e adipato de polibutileno (PBA). Estes polímeros têm aplicações em setores como a medicina e a embalagem.

Os resultados indicam que a reatividade da lipase CalB estudada muda consideravelmente em função do suporte polimérico utilizado para efetuar a imobilização, bem como do método de ligação à mesma, covalente ou por adsorção. Fatores como a dimensão dos poros, a dimensão das partículas e a área de superfície da matriz do polímero são fundamentais no estudo da síntese destes poliésteres. Por outro lado, observou-se também que o comprimento da cadeia do diol utilizado na reação tem influência no comprimento da cadeia do polímero formado. Isto confirma a elevada seletividade que as enzimas podem apresentar quando utilizadas como catalisadores sustentáveis, o que constitui uma vantagem sobre a utilização de catalisadores metálicos, que têm uma certa toxicidade associada e a sua aplicação é limitada, por exemplo, no setor biomédico. Deve igualmente notar-se que o consumo energético dos processos de síntese enzimática é muito inferior, uma vez que a temperatura ótima de funcionamento das enzimas se situa entre 25 e os 95 °C, por oposição aos 180-230 °C a que se verificam as reações convencionais para obter estes polímeros.

Finalmente, foi também avaliada a incorporação de enzimas em plásticos fundidos para melhorar a sua compostabilidade. Para tal, a CalB lipase foi imobilizada em suportes poliméricos e de silicone, e dispersa em PLA e poliuretano (PU) utilizando condições diferentes. Preservar a estabilidade térmica do polímero final e obter uma distribuição homogénea das enzimas são parâmetros críticos nesta análise. A redução do tempo de biodegradação do produto com e sem enzima indicará se a compostabilidade é realmente melhorada.

Em conclusão, a investigação realizada no âmbito do projeto Enzplast2 confirma a viabilidade técnica da aplicação de enzimas no setor dos plásticos, para que a sua utilização possa ser promovida junto dos fabricantes de polímeros, recicladores e gestores de resíduos.

O Instituto Tecnológico de Plásticos (Aimplas), de Valência, Espanha, é a entidade responsável pelo projeto, com o apoio do Instituto Valenciano de Competitividade (Ivace), cujo objetivo é desenvolver novos processos mais sustentáveis para a produção, reciclagem e compostagem de plásticos graças à utilização de enzimas e microrganismos.

A Aimplas está a participar neste projeto em linha com o seu compromisso para com a sustentabilidade ambiental. Graças a isto, as empresas do setor podem introduzir os critérios da economia circular no seu modelo de negócio e transformar as alterações legislativas que as afetam em oportunidades para melhorar a sua eficiência, reduzir o seu impacto ambiental e aumentar a sua rentabilidade económica. Neste sentido, a Aimplas tem também em curso investigação em áreas como os materiais e produtos biodegradáveis ou a utilização de biomassa.