Os plásticos são onipresentes em nossa vida cotidiana. Desde 1950, sua produção não para de crescer e já ultrapassa 460 milhões de toneladas por ano. Apesar das preocupações ambientais e sociais com os resíduos plásticos, espera-se que o consumo mais do que dobre até 2060, chegando a 1,231 bilhão de toneladas por ano.
Atualmente, é difícil prescindir dos plásticos, principalmente por motivos de higiene e segurança médica e alimentar. Graças às suas propriedades ajustáveis, eles também são os materiais mais produzidos no mundo depois do cimento e do aço, com inúmeras aplicações em nosso dia a dia: embalagens, construção (adesivos, revestimentos, tubos, janelas, isolamento, etc.), mobilidade e transporte (carros, aviação, barcos, etc.), produtos eletrônicos e elétricos (telefones celulares, eletrodomésticos, etc.), energia, agricultura, saúde e cuidados, têxteis e muito mais. Na Europa, a França é um dos maiores consumidores de plásticos, com 70 quilos usados anualmente por habitante.
Porém, das cerca de 8,3 bilhões de toneladas de plásticos produzidas em todo o mundo nos últimos 70 anos, 50% são para uma única utilização, apenas 12% são incinerados e menos de 10% são reciclados. Grande parte dos resíduos plásticos acaba espalhada pela terra, nos oceanos, rios e lagos, e persiste por décadas ou até centenas de anos, colocando em risco os ecossistemas, a saúde pública e a segurança sanitária em todo o mundo.
Em abril passado, os países do G7 se comprometeram a reduzir sua poluição plástica a zero até 2040. Além dos esforços legislativos e de seus cidadãos, o objetivo é avançar em direção a uma economia circular: eliminar os plásticos descartáveis e não recicláveis e otimizar todo o seu ciclo de vida (do projeto ao fim da vida útil).
Entre as várias soluções que estão sendo consideradas pelos pesquisadores, os polihidroxialcanoatos, conhecidos como PHAs, são uma família de plásticos que está ganhando popularidade: os PHAs naturais são extraídos de plantas, mas também podem ser produzidos por biossíntese ou síntese química. Os químicos de polímeros estão otimizando atualmente os PHAs, tornando-os menos quebradiços, termicamente mais estáveis e, acima de tudo, recicláveis.
O que é um plástico «ecologicamente projetado»?
Para desenvolver plásticos que respeitem os ecossistemas, a biodiversidade e a saúde humana, precisamos não apenas limitar seu uso ao estritamente necessário, incentivar sua reutilização e reciclagem, mas também repensar seu design, em um contexto de circularidade e sustentabilidade.
Os PHAs são muito variados. Embora não possam substituir todos os plásticos tradicionais derivados de recursos fósseis, eles têm propriedades interessantes que já estão permitindo que sejam usados, principalmente como plásticos de uso único: embalagens, suturas, canudos, colheres, garfos e copos para alimentos.
Essa capacidade de ser modulado é importante, pois é a variedade de suas propriedades intrínsecas que permite a ampla utilização dos plásticos tradicionais: leveza, resistência, durabilidade, maleabilidade e, para alguns, bem conhecidos do público em geral e usados em volumes muito grandes, baixos custos (polietileno, poliestireno, PVC, PET…)
Mas então, quando são de uso único, por que os PHAs são mais virtuosos do que os plásticos derivados de recursos fósseis?
Por dois motivos: em primeiro lugar, alguns são derivados de biomassa, o que significa que podem ser feitos de cana-de-açúcar, milho ou óleo de cozinha usado, por exemplo. Em segundo lugar, eles são biodegradáveis - especialmente na água do mar ou na água doce - e compostáveis (sob certas condições): eles se degradam em todos os ambientes (composto, solo, água) de forma comparável ou mais rápida do que a celulose.
No final de sua vida útil, eles podem, é claro, ser incinerados (como cerca de 12% do lixo plástico produzido em todo o mundo desde 2015) ou biodegradados.
E também sabemos como reciclá-los: os últimos avanços na pesquisa mostram que é possível preparar em grande escala no laboratório (algumas centenas de gramas), a partir de recursos renováveis, PHAs que são mais flexíveis do que os que estão atualmente no mercado, termicamente estáveis, mas degradáveis. Sua degradação permite recuperar os monômeros iniciais, a partir dos quais os polímeros podem ser produzidos novamente, ao longo de vários ciclos, em condições industriais amenas. Entretanto, é preciso esclarecer que esses novos PHAs ainda não são produzidos industrialmente.
Tais PHAs têm um ciclo de vida de circuito fechado, uma vantagem significativa em relação às poliolefinas atuais, que são plásticos derivados de recursos fósseis, que não são (ou são apenas ligeiramente) degradáveis e para as quais oferecem desempenhos semelhantes. Sendo assim, os PHAs potencialmente abrem caminho para uma solução sustentável e circular para o problema dos plásticos.
Espera-se que o mercado de PHAs produzidos em escala industrial cresça nos próximos cinco anos de 32,14 quilotoneladas em 2023 para 92,41 quilotoneladas em 2028, representando um mercado potencial de US$ 195 milhões.
Para quem quer se aprofundar: Como obter os PHAs com propriedades capazes de substituir outros plásticos?
No sentido químico, os PHAs pertencem à família dos poliésteres: eles têm uma função de éster (C=O-O) que é hidrolisável, permitindo que sejam decompostos e reciclados.
Eles são encontrados na natureza, onde são produzidos por uma variedade de organismos, principalmente pela fermentação bacteriana de carboidratos ou lipídios (açúcares ou óleos vegetais). Eles servem como nutrientes e fonte de energia e fazem parte do metabolismo dos organismos vivos (plantas, animais, seres humanos).
Os PHAs também podem ser obtidos por síntese química, por meio de reações de “polimerização”: reagentes chamados monômeros (os blocos de construção, que eventualmente podem ser de base biológica) são unidos por ligações químicas para formar o polímero. A rota química possibilita ampliar e diversificar a plataforma dos PHAs atuais, especialmente pela introdução de substituintes e/ou grupos funcionais em cada unidade de repetição que compõe a espinha dorsal do polímero, ou pela combinação de diferentes tipos de monômeros no mesmo polímero (isso é conhecido como copolímero).
Em nossa pesquisa mais recente desenvolvida no Institut des Sciences Chimiques de Rennes (CNRS/Université de Rennes), mostramos, por exemplo, que a introdução de enxofre em PHAs leva a politioésteres (com uma função “tioéster” (C=O-S) que é mais facilmente degradável do que a de um poliéster) com uma estabilidade térmica diferente da de seus análogos oxigenados - os PHAs.
As reações de polimerização, que levam a um polímero ou copolímero com uma microestrutura química bem definida, na qual a sequência de cada um dos blocos de construção do monômero é controlada, podem ser obtidas com o uso de “catalisadores” específicos (compostos orgânicos ou metálicos que promovem a reação química). As propriedades térmicas (temperatura de fusão e degradação) e mecânicas (dureza, flexibilidade, alongamento, etc.) desses PHAs regulares podem, portanto, ser moduladas de acordo com a aplicação pretendida.
Desta maneira, mostramos recentemente a função essencial do catalisador de polimerização, combinada com a presença de grupos no monômero inicial, na obtenção de PHAs com esses substituintes posicionados regularmente ao longo da cadeia principal do polímero, que apresentam, então, características térmicas ajustáveis.