Degradação de resíduos plásticos usando biocatalisadores recém-descobertos
A degradação enzimática e a reciclagem podem reduzir o impacto ambiental dos plásticos. Apesar de décadas de pesquisa, nenhuma enzima para a hidrólise eficiente de poliuretanos foi relatada. Enquanto a hidrólise das ligações éster em poliéster-poliuretanos por cutinases é conhecida, as ligações de uretano em poliéter-poliuretanos permaneceram inacessíveis à hidrólise biocatalítica.
Cientistas da Universidade de Greifswald desenvolveram métodos correspondentes em conjunto com a empresa alemã Covestro e equipes de Leipzig e Dublin, conforme publicado recentemente na revista Angewandte Chemie International Edition em dois artigos separados. Foi assim possível estabelecer um processo sustentável e amigo do ambiente para reciclar estes polímeros.
Isso ajuda a resolver o problema mundial de resíduos plásticos com base no exemplo desses dois polímeros sintéticos, que são produzidos industrialmente em larga escala.
Atualmente, os plásticos são indispensáveis para a produção de materiais de construção, isolamento elétrico, embalagens de bebidas e alimentos, têxteis e muitas outras aplicações. Infelizmente, a produção em massa de polímeros sintéticos , especialmente para materiais de embalagem, levou a um enorme problema de desperdício para o meio ambiente. Os polímeros poliuretano e álcool polivinílico contribuem com aproximadamente 8 por cento da produção europeia de plástico.
Durante vários anos, os métodos para alcançar uma reciclagem ecológica de plásticos têm sido objeto de intensas investigações. Isso não apenas aliviaria o meio ambiente, mas também reduziria a quantidade de gasolina necessária para fabricar novos plásticos quimicamente. Além disso, menos CO2 do gás de efeito estufa seria emitido pelas usinas de incineração de lixo que atualmente queimam resíduos plásticos.
Os poliuretanos (PUR) são utilizados para a produção de colchões, materiais isolantes, termoplásticos (ou seja, para calçados esportivos) e para revestimentos (selantes, tintas, colas). Métodos químicos têm sido desenvolvidos para a degradação desses compostos, mas requerem grandes quantidades de energia, pois são necessárias altas temperaturas e pressões.
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Os métodos biotecnológicos que utilizam microorganismos ou enzimas como biocatalisadores naturais representam uma alternativa, pois permitem a degradação e principalmente a reciclagem – o isolamento dos blocos de construção para fazer novos plásticos – em temperaturas moderadas de não mais que 40°C e sem o uso de reagentes químicos.
A equipe do Prof. Dr. Uwe Bornscheuer no Instituto de Bioquímica da Universidade de Greifswald, juntamente com cientistas da empresa Covestro (Leverkusen), já identificou as principais enzimas, que são capazes de degradar o poliuretano em seus blocos de construção após um pré-tratamento químico.
“A busca por esses biocatalisadores específicos foi muito trabalhosa, pois tivemos que rastrear cerca de dois milhões de candidatos para descobrir as três primeiras enzimas, que comprovadamente quebram a ligação química especial presente nos poliuretanos”, explica o Ph.D. estudante Yannick Branson (Universidade de Greifswald), descrevendo o desafio deste projeto.
“Com esta descoberta inovadora, agora temos a pré-condição para projetar sob medida esses biocatalisadores usando métodos de engenharia de proteínas que visam desenvolver uma reciclagem industrial de poliuretanos”, explica o Prof. Dr. Uwe Bornscheuer (Universidade de Greifswald). “Usando essas enzimas recém-identificadas, chegamos muito mais perto de nosso objetivo de uma economia circular para a indústria de polímeros “, acrescenta o Dr. Gernot Jäger, chefe do Centro de Competência para Biotecnologia da Covestro AG (Leverkusen).
Os álcoois polivinílicos (PVA) têm propriedades versáteis e também são amplamente aplicados, por exemplo, para o revestimento de fibras e como folhas para embalagens. Até agora, não existem processos maduros para a degradação do PVA. Aqui, a equipe do professor Bornscheuer também conseguiu desenvolver os princípios básicos de um processo biotecnológico junto com um especialista em polímeros da University College Dublin (Irlanda) e cientistas de Leipzig. A degradação do PVA pode ser conseguida através da elegante combinação de três enzimas diferentes, que são capazes de modificar o polímero passo a passo para obter fragmentos do polímero, que então podem ser usados para sua reciclagem.
Fonte: Yannick Branson et al, Urethanases for the Enzymatic Hydrolysis of Low Molecular Weight Carbamates and the Recycling of Polyurethanes, Angewandte Chemie International Edition (2023).
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