A reciclagem do poliéster pode reduzir o desperdício de plástico

Menos de 10% dos 380 milhões de toneladas métricas de plásticos produzidos anualmente são atualmente reciclados nos EUA, criando uma ameaça ambiental global causada pela produção de plástico e pela absorção de milhões de toneladas de resíduos em massas de água todos os anos. Quando você olha para plásticos como o poliéster, essa porcentagem diminui.

Em vez de renovar o compromisso com técnicas de reciclagem que só podem ser utilizadas uma vez em determinados plásticos, os investigadores procuraram outras soluções para reduzir os resíduos plásticos. A reciclagem de plástico, o processo de desconstrução e reconstrução eficiente de polímeros, que são os blocos de construção essenciais do plástico, tornou-se uma importante área de foco.

Agora, uma equipe liderada pela Northwestern University forneceu a base para uma técnica para aumentar os efeitos de uma enzima que decompõe o poliéster – o plástico usado para fazer garrafas de refrigerante e roupas baratas (e comercialmente chamado de PET) – em suas partes fundamentais, um desenvolvimento que poderia ajudar os engenheiros a desenvolver soluções para a remoção de microplásticos de rios e oceanos.

Suas descobertas serão publicadas na semana de 21 de março na revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) e impulsionarão avanços em biotecnologia, biorremediação e medicina.

Monica Olvera de la Cruz, da Northwestern, autora sênior do artigo, explicou que na reciclagem, o plástico é aquecido, decomposto e depois reconstruído em plásticos mais fracos e de pior qualidade. Mas, no upcycling, a decomposição dos polímeros nos seus componentes fundamentais permite-lhes, por vezes, tornarem-se plásticos ainda mais resistentes do que eram antes.

Não precisamos fazer mais. Você pode reutilizar os que já estão aqui para fazer um plástico igualmente bom  – ou melhor. ”

Mónica Olvera de la Cruz

A equipe de Olvera de la Cruz esperava criar um processo de reciclagem o mais ecológico possível; aquele que não criou poluentes, mas os removeu. Usando uma enzima que pode ser sintetizada em laboratório, os pesquisadores desenvolveram um processo sem usar outros solventes que possam ser usados ​​repetidamente.

“As pessoas descobriram uma enzima – uma bactéria que come poliéster para sobreviver e o converte em unidades monoméricas”, disse Olvera de la Cruz. “Mas eles não conseguiram usá-lo porque ele se decompõe a uma determinada temperatura. Nossa ideia era construir polímeros capazes de encapsular a enzima para proteger sua estrutura, para que ela pudesse continuar a funcionar fora das células vivas e no laboratório a temperaturas suficientemente altas para poder decompor o PET.”

No estudo, a equipe projetou um polímero e as condições necessárias para proteger efetivamente a enzima (chamada PETase), para que quando a estrutura fosse aquecida, a PETase não se desfizesse e se tornasse ineficaz. O polímero consiste em uma estrutura hidrofóbica (repelente à água) e concentrações altamente específicas de seus três componentes, calculadas pelo primeiro autor e Ph.D. estudante Curt Waltmann, para interagir especificamente com os sítios ativos da enzima.

Waltmann descobriu que muita carga negativa no polímero significava que a enzima se dissolveria na água e que o polímero não cobriria o suficiente da superfície da enzima para protegê-la. Ele também teve que ter cuidado para não colocar muitos componentes hidrofóbicos no polímero, de modo que o polímero não se enrolasse em si mesmo, em vez de envolver a superfície da PETase.

Depois que o polímero foi sintetizado usando uma técnica chamada polimerização por radicais livres, que une rapidamente os monômeros, ele foi misturado com enzimas sintetizadas quimicamente.

“Descobrimos que se você colocar o complexo do polímero com a enzima juntos, e perto de um plástico, e depois aquecê-lo levemente, a enzima será capaz de quebrá-lo em pequenas unidades monoméricas”, Olvera de la Cruz disse. “Além de operar em um ambiente onde pudesse limpar microplásticos, nosso método protegeu contra degradação em alta temperatura, e um aluno conseguiu fazer o teste.”

Ao encontrar uma forma de proteger a enzima do calor, a equipe abriu muitas portas para a comunidade científica. A equipe tem como objetivo encapsular microplásticos inteiros na estrutura e, em seguida, fazer um agregado de microplásticos com essas enzimas.

O Departamento de Energia dos EUA tem uma iniciativa para financiar projetos de reciclagem de polímeros que reduziriam os resíduos plásticos, e Olvera de la Cruz diz que o seu projeto contribuirá para o avanço da iniciativa.

“Você pode fazer um novo polímero com unidades monoméricas”, disse Olvera de la Cruz. “São coisas perigosas que fazem mal à nossa saúde. Não precisamos fazer mais. Você pode reutilizar os que já estão aqui para fazer um plástico igualmente bom – ou melhor.”

Olvera de la Cruz é advogada Taylor, professora de Ciência e Engenharia de Materiais, Química e Engenharia Química e Biológica, Física e Astronomia, e diretora do Centro de Computação e Teoria de Materiais Macios.

Além de Olvera de la Cruz e Waltmann, os pesquisadores da Northwestern incluem Carolyn Mills, Jeremy Wang, Baofu Qiao, John Torkelson e Danielle Tullman-Ercek.