Um novo método promete revolucionar a reciclagem do plástico como a conhecemos hoje: a reciclagem enzimática.
Trata-se de um processo biotecnológico que consiste na utilização de enzimas para decompor os polímeros ao seu estado natural.
Desenvolvidas e aperfeiçoadas em laboratório por engenharia genética, essas enzimas têm como fonte os microrganismos existentes nos processos de biodegradação observados no meio ambiente.
Como funciona a reciclagem enzimática?
As enzimas são projetadas para quebrar as longas cadeias de polímeros dos plástico e reduzi-las a seus blocos fundamentais, os monômeros, que voltam para as usinas e são convertidos em novos polímeros.
“A reciclagem enzimática usa catalisadores biológicos. Essas enzimas possuem um grau de especificidade molecular extremamente alto, que não ocorre em grande parte dos catalisadores químicos”, diferencia Marcelo D. Polêto, Doutor em Biologia Celular e Molecular pela UFRGS e especializado em simulações e mecanismos de reconhecimento molecular.
Embora semelhante à reciclagem química, a reciclagem enzimática guarda algumas diferenças que a tornam mais eficaz e menos onerosa.
“A despolimerização química ataca todo o material, que não é necessariamente homogêneo, e produz moléculas diferentes, e não necessariamente os mesmos monômeros, o que exige uma etapa onerosa de separação de cada monômero para serem reutilizados na ressíntese.”
Já na degradação enzimática, explica Polêto, as reações químicas são extremamente mais controladas e obtêm um grau de pureza mais alto, uma vez que a enzima ignora as partes do plástico que ela não tem capacidade de degradar.
“Por exemplo, quando você tem o PET misturado com corantes ou outros aditivos que dão propriedade àquele plástico, as enzimas despolimerizam apenas os polímeros de PET, gerando monômeros com baixíssimo grau de contaminação final.”
Polêto é docente no departamento de Bioquímica e Biologia Molecular na Universidade Federal de Viçosa (UFV-MG) e lidera uma pesquisa que emprega modelos computacionais para engenharia de enzimas de interesse biotecnológico para sustentabilidade.
Como é o processo?
O plástico é moído como no processo de reciclagem convencional e, em seguida, passa por uma etapa de pré-tratamento para amorfização do material em altas temperaturas a fim de converter as regiões cristalinas em regiões amorfas.
Depois disso, o material é colocado em um reator com água e enzimas específicas, que quebram as ligações químicas do plástico.
Os monômeros resultantes são purificados para remoção das partes não polimerizadas e retorna ao seu estado natural. Esses monômeros são usados na criação de um novo plástico com as mesmas propriedades mecânicas do plástico virgem.
Vantagens da reciclagem enzimática
Grau de pureza: como já citado, as enzimas ignoram aditivos e outros plásticos que possam estar misturados, e foca apenas no polímero específico.
Circularidade infinita: enquanto a reciclagem mecânica derrete o plástico e acaba degradando a qualidade do material a cada ciclo (downcycling), na reciclagem enzimática o plástico retorna ao seu estado natural e quimicamente idêntico ao derivado do petróleo.
Consumo energético: mais baixo quando comparado à reciclagem química térmica, uma vez que esta exige temperaturas muito altas. A reciclagem enzimática opera em temperaturas moderadas (entre 50° e 70°C), reduzindo o consumo de energia e a emissão de carbono.
Rejeitos: Os métodos comuns de reciclagem química utilizam solventes muitas vezes agressivos ao meio ambiente. Na reciclagem enzimática, o rejeito é água.
“Do ponto de vista de sustentabilidade, de emissões de gases de efeito estufa e de rejeitos, a reciclagem química ainda não é circular por requerer um uso alto de energia para o processo de reciclagem em si, além dos solventes agressivos usados que se tornam rejeitos ”, resume Polêto.
Gargalos da reciclagem enzimática
A reciclagem enzimática do PET (polietileno tereftalato) é a que se encontra em estado mais avançado, enquanto pesquisas buscam expandir a eficiência para polímeros mais complexos, como o polietileno (PE) e o polipropileno (PP), cujas ligações carbono-carbono são mais difíceis de quebrar.
Na prática, as enzimas desenvolvidas até o momento são eficazes para degradar polímeros sintéticos heterogêneos, como o PET e suas ligações carbono-oxigênio, ou o nylon com suas ligações carbono-nitrogênio e carbono-oxigênio.
“Quando você tem polímeros formados apenas por ligações carbono-carbono, a química necessária para a despolimerização é mais complexa, então ainda estamos em fase de identificação de enzimas capazes de realizar essas reações”, enfatiza Polêto.
Mas até mesmo no PET este novo processo enfrenta desafios.
“Atualmente, a etapa de pré-tratamento para amorfização do PET é fundamental, uma vez que as enzimas identificadas até o momento são incapazes de degradar as regiões cristalinas, que chegam até 40% do material”, esclarece o pesquisador.
Segundo ele, para contornar esse problema é necessário um processo de amorfização: após triturado, o plástico precisa ser aquecido a uma temperatura de até 260ºC e imediatamente resfriado para a temperatura ambiente. Esse processo deixa o PET 99% amorfo, o que viabiliza a ação das enzimas sobre todo o material.
Esse pré-tratamento é custoso e pode não valer a pena do pontos de vista ambiental dependendo da matriz energética do país.
“A pergunta que fica é: qual é a vantagem de usar carvão e petróleo como matriz energética para reciclar um plástico se eu posso simplesmente fazer o plástico virgem do petróleo? A conta da diminuição da emissão de gases de efeito estufa não fecha”, questiona.
E completa: “O Brasil possui uma gigantesca oportunidade de usar sua matriz energética renovável ímpar no mundo para transformar lixo em PIB”.
O outro gargalo é que, ao longo do processo de despolimerização, a química da enzima acidifica o meio (água ou outra solução). Ou seja, a enzima e o plástico no biorreator provocam uma reação química que deixa o meio ácido e neutraliza a atividade da enzima.
“Então, o segundo custo maior para reciclagem enzimática é a neutralização do pH do biorreator. Na medida que a reação ocorre, é necessário adicionar no biorreator uma base (hidróxido de sódio ou hidróxido de amônio) para poder neutralizar o meio e permitir que aquela reação continue.”
Custos e desenvolvimento
Polêto aponta, ainda, mais um desafio relacionado aos custos: a necessidade de que o país mantenha uma indústria química perene para produzir os insumos necessários (enzimas), a fim de garantir a regularidade do processo de reciclagem.
“Países desenvolvidos e com um forte ecossistema industrial químico são capazes de produzir insumos químicos para sustentar essas biorefinarias como um todo.”
Por outro lado, um país que não detenha essa característica pode precisar importar os insumos, ficando sujeito ao custo e volatilidade do dólar.
O que falta para adotar a reciclagem enzimática em escala industrial?
Apesar desses impasses, o especialista garante que não existe justificativa tecnológica para que a reciclagem enzimática não seja adotada em escala industrial.
O maior desafio – e que atinge igualmente os métodos tradicionais de reciclagem – está na falta de um ecossistema de coleta seletiva, com coletores e separadores, unidades de coleta e separação em cidades ou em grandes campos para, de forma massiva, alimentar essas indústrias.
“Do ponto de vista de tecnologia dentro da fábrica, está resolvido. Hoje, é possível degradar PET em 24 horas, com enzimas já bem estabelecidas, que têm durabilidade e termoestabilidade em condições industriais.”
Considerada uma referência e líder mundial em reciclagem enzimática, a indústria francesa Carbios vem operando uma planta de demonstração há alguns anos e está finalizando sua primeira unidade de grande escala. A previsão é que a produção plena comece entre 2027 e 2028, com capacidade para reciclar 50 mil toneladas de resíduos de PET por ano.
Para o pesquisador, mesmo no estágio atual a reciclagem enzimática já poderia ser largamente implementada, uma vez que o custo de energia pode ser incorporar ao custo da produção.
Já a neutralização do biorreator para evitar a acidificação do meio pode ser barateada dependendo da base alcalina. O hidróxido de amônio é mais barato que o hidróxido de sódio, o que pode diminuir esse custo em quase 90%.
Pesquisa busca resolver gargalo
Polêto vem conduzindo sua pesquisa com base em modelos computacionais que descrevem as interações moleculares do PET com alta precisão, visando acelerar o desenvolvimento de enzimas mais eficazes para a degradação do plástico.
“Minha linha de pesquisa é focada na despolimerização da fase cristalina do plástico que, como disse antes, é parte do gargalo para a indústria. As enzimas que estão prontas só conseguem acessar cerca de 60% do material semicristalino. Os outros 40% a gente não consegue processar se não tiver a fase de pré-tratamento, que é a fase cara”, descreve.
O estudo teve início na universidade americana Virginia Tech, onde ele atuou como Pesquisador Associado no Departamento de Bioquímica. De volta ao Brasil, deu continuidade à pesquisa na Escola de Engenharia de Lorena (EEL/USP) e, agora, na Universidade Federal de Viçosa.
“O padrão ouro atual dessas enzimas funciona muito bem, e elas já estão prontas para a fase industrial usando a etapa de pré-tratamento. Nossa pesquisa tem o objetivo de eliminar essa etapa usando outras enzimas.”
“Como eu disse antes, a questão tecnológica está resolvida. Agora é questão de interesse nacional, público ou privado, para implementar a tecnologia e explorar o mercado”, reforça.
Conheça mais detalhes da reciclagem química.
