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Biodegradação
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Biodegradação: uma alternativa para minimizar os impactos decorrentes dos resíduos plásticos

Originalmente publicado em Química Nova na Escola, n. 22, novembro 2005
Apoio: Sociedade Brasileira de Química
Edição: Leila Cardoso Teruya
Coordenação: Guilherme Andrade Marson

Uma das maravilhas da natureza está no fato dela gerar a complexidade a partir da simplicidade ao unir pequenas moléculas gerando outras, bem maiores. As proteínas, os polissacarídeos e os ácidos nucléicos são os exemplos mais significativos de polímeros (Peruzzo e Canto, 1998).

Visando atender propósitos específicos, os químicos conseguiram não somente elaborar moléculas que se assemelhassem aos polímeros naturais, mas também projetar e produzir muitas novas moléculas. Hoje em dia, os polímeros não existem somente nos seres vivos. Podem ser comprados nos supermercados e estão em todo o nosso redor.

O que é plástico?

A palavra plástico deriva do grego plastikos, “próprio para ser moldado ou modelado”. De acordo com o Dicionário de Polímeros (Andrade et al., 2001), plástico é o “termo geral dado a materiais macromoleculares que podem ser moldados por ação de calor e/ou pressão”. Os plásticos possuem unidades químicas ligadas covalentemente, repetidas regularmente ao longo da cadeia, denominadas meros. O número de meros da cadeia polimérica é denominado grau de polimerização, sendo geralmente simbolizado por n ou então por DP (que são as iniciais do termo em inglês degree of polymerization) (Mano e Mendes, 1999).

Quais são os tipos de plásticos?

Uma classificação importante para os plásticos é quanto às características de fusibilidade, segundo a qual esses materiais podem ser divididos em termoplásticos e termorrígidos. São denominados termoplásticos aqueles materiais capazes de serem moldados várias vezes devido à sua característica de tornarem-se fluidos, sob ação da temperatura, e depois retornarem às características anteriores quando há um decréscimo de temperatura. Por outro lado, muitos plásticos são maleáveis apenas no momento da fabricação do objeto; depois de pronto, não há como remodelá-los, já que as cadeias macromoleculares estão unidas entre si por ligações químicas (reticulação). Materiais que se comportam dessa maneira recebem o nome de termorrígidos (Lucas et al., 2001).

É importante lembrar que, quando nos referimos a polímero, estamos nos reportando ao nível molecular da matéria. Tanto os plásticos do nosso cotidiano, como também as proteínas, o açúcar, a celulose e o DNA que transporta nosso código genético ao interior do núcleo da célula, são formados por enormes moléculas poliméricas (Snyder, 1995).

A importância dos plásticos

Os plásticos e borrachas, ou seja, os polímeros, são muito importantes na sociedade atual. Leves e resistentes, práticos e versáteis, duráveis e relativamente baratos, eles se tornaram parte do nosso dia-a-dia; sem exagerar, excetuando a nossa comida, o ar e a água, no restante, todas as coisas com as quais temos contato em nosso cotidiano contêm plástico na sua constituição, seja na totalidade ou em algumas partes. E detalhe: hoje em dia, quase tudo é embalado em plástico (Figura 1).

Figura 1: Os plásticos se tornaram parte do nosso dia a dia.

Figura 1: Os plásticos se tornaram parte do nosso dia a dia.

Mas é justamente uma das maiores virtudes do plástico, a durabilidade, que se tornou nas últimas décadas também o seu “calcanhar-de-aquiles”. Polímeros sintéticos puros são geralmente resistentes ao ataque microbiano devido a uma série de fatores, como dureza, absorção limitada de água e tipo de estrutura química. Ainda que os polímeros usados comercialmente possuam componentes como plastificantes, pigmentos, antioxidantes e lubrificantes (constituintes não poliméricos), que proporcionam ao material uma pequena suscetibilidade biológica (Reich e Stivalia, 1971), quando se pensa em tempo de biodegradação isto não chega a ser significativo. O que se constata é que, depois de descartado (Figura 2), o plástico permanece sem se degradar durante décadas, ou mesmo séculos, agravando um dos sérios problemas da sociedade atual: o descarte de lixo.

Figura 2: Objetos plásticos descartados em um aterro sanitário.

Figura 2: Objetos plásticos descartados em um aterro sanitário.

Analisando dados sobre a variação na composição do lixo em São Paulo, observamos que a porcentagem de plástico na composição dos resíduos sólidos vem aumentando com o passar dos anos (Jardim e Wells, 1995) – vide Tabela 1.

Conclusão: há quantidades enormes de objetos plásticos no lixo, e é urgente pensarmos em possíveis soluções. Mas quais seriam elas?

Entre as opções existentes para resolver esse problema ambiental apresentam-se a incineração (reciclagem energética), a reciclagem e a biodegradação.

Incineração

É o termo usado para designar a combustão do lixo municipal. Um incinerador apropriadamente projetado e operado permite que a redução de volume de material a ser aterrado seja substancial. Em muitos países, a incineração é realizada para a conversão de resíduos plásticos em energia. Deve-se levar em conta que o valor energético dos plásticos é equivalente ao de um óleo combustível (37,7 MJ/kg) e, por esta razão, podem-se constituir em valiosa fonte energética (Cepis, 2004).

No entanto, a incineração ainda não está sendo utilizada em grande escala devido ao custo elevado e, em alguns casos, por ser potencialmente arriscada. Alguns plásticos, como o cloreto de polivinila (PVC), causam irritação ou geram gases tóxicos quando queimados. A incineração do PVC gera ácido clorídrico, uma substância tóxica e muito corrosiva, representada pela reação:

2[CH2CHCl]n + 5O2 + calor 2HCl + 4CO2 + 2H2O

Note-se que são obtidas reações parecidas para quaisquer plásticos halogenados, tais como policloretileno (Benn e McAuliffe, 1981).

Reciclagem

É uma forma de aproveitamento de resíduos plásticos de produtos descartados no lixo. Os materiais que se inserem nessa classe provêm de lixões, sistema de coleta seletiva, sucatas etc. São constituídos pelos mais diferentes tipos de material e resinas, o que exige uma boa separação para poderem ser aproveitados.

Os programas de educação desenvolvidos nas escolas, comunidades e empresas estão dando suporte para a implantação de projetos de coleta seletiva, os quais, além de auxiliarem na geração de empregos e na conservação do meio ambiente, fornecem também matéria- prima de melhor qualidade para a indústria de reciclagem (Pires, 2002). Noutra frente, trabalhos interessantes têm sido lançados nessa área com o objetivo de auxiliar pesquisadores e empresários a separar os resíduos poliméricos por categorias, utilizando um procedimento sistemático de identificação (Manrich et al., 1997).

No caso dos termofixos, a boa notícia é que se tem encontrado soluções interessantes na tentativa de diminuir o impacto destes no meio ambiente: apesar de não poderem ser novamente moldados, estes ainda podem ser utilizados em outras aplicações, entrando como cargas inertes (após moagem), sendo incorporados na formulação de peças, como constituintes de asfalto etc.

Se por um lado temos as vantagens, por outro também temos dificuldades na implantação de tal modelo, dentre as quais podemos citar: escassez de empresas interessadas em comprar o material separado, dificuldade em separar corretamente os diversos tipos de plástico e a difícil tarefa de garantir um fornecimento contínuo de matéria-prima de boa qualidade aos compradores. Outra dificuldade é o fato dos termoplásticos, apesar de poderem ser reprocessados várias vezes, apresentarem um limite de reciclagem e, a partir daí, tornarem-se um resíduo agressor ao meio.

Plástico biodegradável

Os plásticos biodegradáveis, ao contrário dos sintéticos derivados do petróleo, sofrem biodegradação com relativa facilidade, se integrando totalmente à natureza. Devido a isso, institutos de pesquisas das universidades, muitas vezes ligados ao setor industrial, trabalham há alguns anos em uma linha de pesquisa que visa desenvolvê-los. Uma substância é biodegradável se os microrganismos presentes no meio ambiente forem capazes de convertê-la a substâncias mais simples, existentes naturalmente em nosso meio (Snyder, 1995).

Pesquisas em torno do plástico biodegradável vêm ocorrendo em todo o mundo, nas quais se tem testado o uso de óleo de mamona, cana-de-açúcar, beterraba, ácido lático, milho e proteína de soja, entre outros (Viveiros, 2003). Algumas aplicações já começam a sair dos laboratórios, e entre elas podemos citar duas experiências brasileiras bem sucedidas, como o poliuretano obtido a partir do óleo de mamona e o PHB (polihidroxibutirato) obtido a partir do bagaço da cana.

Plástico de mamona: poliuretano obtido a partir de óleo vegetal

O Grupo de Química Analítica e Tecnologia de Polímeros do Instituto de Química de São Carlos da USP, coordenado pelo professor Gilberto O. Chierice, desenvolveu uma espuma diferenciada das que normalmente existem no mercado, por ser formulada a partir do óleo de mamona, que é uma matéria-prima renovável e de origem natural (Ereno, 2003). O óleo de mamona é um triglicerídeo derivado do ácido ricinoléico e é obtido da semente da planta Ricinus communis, encontrada em regiões tropicais e subtropicais, sendo muito abundante no Brasil (Figura 3).

Figura 3: Semente da planta Ricinus communis, a mamona.

Figura 3: Semente da planta Ricinus communis, a mamona.

O óleo de mamona, que possui em sua composição 89% do triglicéride do ácido ricinoléico (Baker Oil Co., 1957), é considerado um poliol poliéster natural, trifuncional. O poliol utilizado no referido polímero é um poliéster derivado do ácido ricinoléico (Figura 4).

Figura 4: Molécula do triglicéride do ácido ricinoléico.

Figura 4: Molécula do triglicéride do ácido ricinoléico.

Atualmente, destacam-se estudos de aplicação do referido polímero na medicina, como cimento ósseo, material para recuperação de falhas ósseas e material para confecção de próteses. O material recebeu, em junho de 2003, a aprovação da Food and Drug Administration (FDA), a agência do governo norte-americano responsável pela liberação de novos alimentos e medicamentos. Esse certificado abre as portas para o maior mercado do mundo na área de saúde e garante visibilidade científica e comercial em todo o planeta (Ereno, 2003).

Em trabalhos apresentados recentemente, demonstra-se a biodegradabilidade da espuma de poliuretano derivada do óleo de mamona, aplicando-se métodos analíticos como termogravimetria, espectroscopia na região do infravermelho e MEV (microscopia eletrônica de varredura) (Cangemi et al., 2003).

Plástico de açúcar (PHB) obtido a partir da cana-de-açúcar

Açúcar e álcool deixaram de ser os únicos produtos de importância comercial extraídos da cana-deaçúcar (Figura 5). Agora, junta-se a essa dupla a produção de plástico biodegradável a partir do açúcar.

Figura 5: Plantação de cana-de-açúcar.

Figura 5: Plantação de cana-de-açúcar.

Uma das mais recentes descobertas nessa área é de autoria de duas pesquisadoras da divisão de Química do Agrupamento de Biotecnologia do IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas) (Viveiros, 2003). Elas desenvolveram uma técnica que usa bagaço de cana para produzir plástico biodegradável por meio da ação de bactérias que se alimentam do bagaço e formam, dentro de si, o PHB (polihidroxibutirato), que pode ser usado na fabricação de vasos, colheres e sacolas plásticas, entre outros. A bactéria Burkholderia sacchari, que transforma o que é jogado no lixo em algo que pode ir para as prateleiras dos supermercados, foi descoberta pelo próprio IPT, que já está trabalhando desde 2000 na fabricação de PHB diretamente a partir do açúcar, em uma usina em Serrana – SP. A planta piloto produz de 50 a 60 toneladas por ano de PHB, que é exportado para o Japão, EUA e Europa. O novo processo, usando o bagaço, ainda não foi aplicado comercialmente (Viveiros, 2003).

Biodegradação de polímeros

O estudo da biodegradação de polímeros tem dois caminhos opostos. De um lado, temos muitas aplicações nas quais a resistência dos materiais aos ataques biológicos é necessária. Nessas aplicações, o polímero é exposto ao ataque de vários microrganismos e deve resistir a estes o máximo possível. Implantes dentais, ortopédicos e outros implantes cirúrgicos são expostos ao ataque biológico no corpo humano. Isolantes e pinturas também são objetos de ataque de microrganismos. Para todas essas aplicações, espera-se que o polímero tenha uma longa vida útil; ele deve ser biorresistente. Felizmente, a maior parte dos polímeros sintéticos de alta massa molecular desempenham esse papel, e o problema se restringe à seleção dos aditivos utilizados na manufatura dos mesmos, os quais devem ser satisfatoriamente biorresistentes ou de natureza fungicida ou bactericida (Kelen, 1983).

Por outro lado, temos uma necessidade cada vez maior de plásticos biodegradáveis, já que para minimizar o impacto ambiental são requeridos polímeros que possam ser degradados e desapareçam por completo pela atuação de microrganismos.

Considerações finais

Do ponto vista estritamente técnico, os plásticos biodegradáveis ainda não apresentam toda a versatilidade dos convencionais. As novas pesquisas visam justamente aprimorar as características dos novos plásticos.

Do ponto de vista econômico, eles ainda são mais caros que os derivados de petróleo (de duas a três vezes), mas têm se mostrado bastante competitivos em algumas aplicações, especialmente na área médica, graças à sua biocompatibilidade (compatibilidade que ele tem com o organismo humano). Voltando novamente às espumas de poliuretano obtidas a partir do óleo de mamona, na composição química desse material existe uma cadeia de ácidos graxos cuja estrutura molecular está presente nas gorduras existentes no corpo humano; por isso mesmo, quando esse material é utilizado em implantes, as células não “enxergam” o mesmo como um corpo estranho e não o repelem.

Outra aplicação de sucesso dos plásticos biodegradáveis na área médica é como veículo para a liberação controlada de drogas em organismos, como hormônios: o recipiente plástico é degradado progressivamente e, com isso, a substância é absorvida pelo paciente no ritmo determinado pelas necessidades terapêuticas (Scientific American Brasil, 2003).

O futuro dos plásticos se mistura um pouco com o próprio futuro da humanidade, e com certeza ainda teremos muitos capítulos nessa história. O que se pode dizer é que, tendo em vista o interesse despertado pelos plásticos biodegradáveis, e pressionadas por apelos populares para a redução da utilização dos plásticos convencionais, as indústrias terão que viabilizar o plástico biodegradável no mercado, e quem sabe conviveremos um pouco mais em harmonia com nosso meio ambiente.

  • Referências
    1. ANDRADE, C.T.; COUTINHO, F.M.B.; DIAS, M.L.; LUCAS, E.F.; OLIVEIRA, C.M.F. e TABAK, D. Dicionário de polímeros. Rio de Janeiro: Editora Interciência, 2001. p. 116.
    2. BAKER OIL CO. Tech. Bull., n. 31, 1957.
    3. BENN, F.R. e McAULIFFE, C.A. Química e poluição. Trad. L.R.M. Pitombo e S. Massaro. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora, 1981. p. 28-31.
    4. CANGEMI, J.M; SANTOS, A.M.; CLARO NETO, S.; CHIERICE, G.O. e NASCIMENTO, A.R. Análise da biodegradação de polímero derivado de óleo vegetal por termogravimetria. Livro de Resumos da 26ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química. Poços de Caldas - MG, 2003. Resumo AB-061.
    5. ERENO, D. Próteses de mamona. Pesquisa Fapesp, n. 91, p. 66-71, 2003.
    6. JARDIM, N.S. e WELLS, C. (Coords.). Lixo municipal: Manual de gerenciamento integrado. São Paulo: IPT/CEMPRE, 1995.
    7. KELEN, T. Polymer degradation. Nova Iorque: Van Nostrand Reinhold, 1983. p. 152-157.
    8. LUCAS, E.F.; SOARES, B.G. e MONTEIRO, E. Caracterização de polímeros. Rio de Janeiro: E-papers, 2001. p. 26.
    9. MANO, E.B. e MENDES, L.C. Introdução a polímeros. 2ª ed. São Paulo: Edgard Blucher, 1999. p. 3.
    10. MANRICH, S.; FRATTINI, G. e ROSALINI, A.C. Identificação de plásticos: Uma ferramenta para reciclagem. São Carlos: Editora da UFSCar, 1997.
    11. PERUZZO, F.M. e CANTO, E.L. Química na abordagem do cotidiano. 2ª ed. São Paulo: Editora Moderna, 1998. p. 502.
    12. PIRES, A.S. A reciclagem de plásticos e o meio ambiente. Em: CAMPOS, J.O.; BRAGA, R. e CARVALHO, P.F. (Orgs.). Manejo de resíduos: Pressuposto para a gestão ambiental. Rio Claro: Editora da Unesp, 2002. p. 49-63.
    13. REICH, L. e STIVALA, S.S. Elements of polymer degradation. Nova Iorque: McGraw-Hill, 1971. p. 76-78.
    14. SNYDER, C.H. The extraordinary chemistry of ordinary things. 2ª ed. Nova Iorque: John Wiley & Sons, 1995. p. 558-562.
    15. SCIENTIFIC AMERICAN BRASIL. Versatilidade e onipresença: Da gasolina aos tecidos e cosméticos, os derivados que permeiam a vida cotidiana. Scient. Amer. Brasil, n. 3, 2003. (Edição Especial Petróleo) p. 45-49.
    16. VIVEIROS, M. Bagaço vira plástico biodegradável. Folha de São Paulo, 11/6/03. Caderno Ambiente. p. A15.
  • Saiba Mais
    1. MELO, I.S.; SILVA, C.M.M.S.; SCRAMIN, S. e SPESSOTO, A. (Eds.). Contribuição do II Workshop sobre Biodegradação. Jaguariúna: Embrapa Meio Ambiente, 2001. [contém os trabalhos mais recentes desenvolvidos no Brasil na área de biodegradação].
    2. CANTO, E.L. Plástico: Bem supérfluo ou mal necessário? São Paulo: Editora Moderna, 1995. p. 68-73. [coloca de maneira sucinta o problema ambiental gerado pelos plásticos, oferecendo subsídios ao leitor para que possa formar uma opinião a respeito do tema].
    3. Anais de workshop sobre biodegradação. Jaguariúna: Embrapa-CNPMA, 1996. [aborda trabalhos na área de biodegradação de plásticos, entre outros].
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