A sociedade há muito tempo lutou com a poluição plástica derivada do petróleo e a conscientização sobre os efeitos prejudiciais dos microplásticos no suprimento de alimentos e água acrescenta mais pressão.
Em resposta, os pesquisadores têm desenvolvido versões biodegradáveis de plásticos tradicionais, ou “bioplásticos”. No entanto, os bioplásticos atuais também enfrentam desafios: as versões atuais não são tão fortes quanto os plásticos baseados na petroquímica e só se degradam através de um sistema de compostagem de alta temperatura.
Entre em pesquisadores da Universidade de Washington em St. Louis, que resolveram os dois problemas com inspiração na folha humilde. Muito antes de plástico, os seres humanos enrolavam seus alimentos nas folhas, que facilmente biodegiam devido a uma estrutura subjacente das paredes celulares ricas em celulose. Os engenheiros químicos da Washu decidiram introduzir nanofibras de celulose no design de bioplásticos.
“Criamos essa estrutura multicamada, onde a celulose está no meio e os bioplásticos estão dos dois lados”, disse Joshua Yuan, professor de Lucy e Stanley Lopata e presidente de energia, engenharia ambiental e química da McKelvey Faculty of Engineering. Yuan também é diretor da redesenho de utilização de carbono financiada pela Fundação Nacional de Ciência para o Centro de Pesquisa de Engenharia de Biomanufatura (CURB). “Dessa forma, criamos um materials muito forte e que oferece multifuncionalidade”, acrescentou.
A tecnologia emergiu de trabalhar com dois dos bioplásticos mais altos de produção hoje. Em um estudo publicado em Química verde No início deste ano, Yuan e colegas usaram uma variação de sua estrutura de nanofibra de celulose inspirada nas folhas para melhorar a força e a biodegradabilidade do poli-hidroxibutrato (PHB), um plástico derivado de amido; Eles refinaram ainda mais sua técnica para o ácido polilático (PLA), conforme detalhado em um novo artigo que acaba de ser publicado em Comunicações da natureza.
O mercado de embalagens plásticas é uma indústria de US $ 23,5 bilhões dominada por polietileno e polipropileno, polímeros feitos de petróleo que se decompõem em microplásticos prejudiciais. O filme bioplástico otimizado dos pesquisadores, chamado em camadas, ecológico, avançado e multifuncional (Leaff), transformou o PLA em um materials de embalagem biodegradável à temperatura ambiente. Além disso, a estrutura permite outras propriedades críticas, como a baixa permeabilidade ao ar ou da água, ajudando a manter os alimentos estáveis e uma superfície imprimível. Isso melhora a acessibilidade da Bioplástica, pois salva os fabricantes de imprimir rótulos separados para embalagens.
“Além de tudo isso, a estrutura de celulose subjacente de Leaff oferece uma resistência à tração mais alta do que os plásticos petroquímicos como polietileno e polipropileno”, explicou Puneet Dhatt, um estudante de doutorado no laboratório de Yuan e primeiro autor do artigo.
A inovação foi acrescentar que a estrutura celulósica que os engenheiros de Washu replicaram, as fibrilas de celulose incorporadas nos bioplásticas.
“Esse design exclusivo de biomimicking nos permite abordar as limitações do uso bioplásico e superar essa barreira técnica e permitir uma utilização bioplásica mais ampla”, disse Yuan.
Economia round pronta
Os Estados Unidos estão posicionados exclusivamente para dominar o mercado de bioplásticos e estabelecer uma “economia round” em que os resíduos são reutilizados, devolvidos aos sistemas, em vez de à esquerda para poluir o ar e a água ou sentar -se em aterros sanitários.
Yuan espera que essa tecnologia possa escalar em breve e busca parceiros comerciais e filantrópicos para ajudar a trazer esses processos aprimorados para a indústria. Os concorrentes das instituições de pesquisa asiáticas e europeias também estão trabalhando para desenvolver tecnologia semelhante. Mas as indústrias dos EUA têm uma vantagem devido ao vasto sistema agrícola do país – e Washu está perto do centro da indústria agricêmica do país.
“Os EUA são particularmente fortes na agricultura”, disse Yuan. “Podemos fornecer a matéria -prima para a produção bioplásica a um preço mais baixo em comparação com outras partes do mundo”.
O Yuan “matéria -prima” se refere são produtos químicos como ácido lático, acetato ou ácidos graxos, como oleato, produtos de fermentação de milho ou amido por micróbios que servem como fábricas bioplásticas.
Pseudomonas putidapor exemplo, é uma tensão microbiana amplamente utilizada na indústria de fermentação, inclusive para produzir uma variedade de poli -hidroxialkanoatos (PHA), incluindo PHB.
Os pesquisadores de engenharia de McKelvey projetaram maneiras de converter vários resíduos, incluindo dióxido de carbono, lignina e desperdício de alimentos, em bioplásticos usando cepas como P. PUTIDA. Com o design bioplásico aprimorado, a pesquisa de Yuan preenche ainda mais esse loop, com uma versão do PHB e PLA que poderia ser produzida com muito mais eficiência e se degradar com segurança no meio ambiente.
“Os Estados Unidos têm um problema de desperdício, e a reutilização round pode percorrer um longo caminho para transformar esse desperdício em materiais úteis”, disse Yuan. “Se pudermos aumentar nossa cadeia de suprimentos bioplásicos, ela criaria empregos e novos mercados”, disse ele.
O estudo “filme biomimético em camadas, ecológico, avançado e multifuncional para embalagens sustentáveis” foi apoiado pelo NSF EEC 2330245, NSF MCB 2229160 e projetos do Departamento de Energia dos EUA (Bioenergy Applied sciences Workplace).
O estudo “Projeto integrado de bioplásticos reforçados multifuncionais (MREB) para aprimorar sinergicamente a força, a degradabilidade e a funcionalidade” foi apoiada por NSF MCB 2229160 e dos projetos do Departamento de Energia dos EUA (Bioenergy Applied sciences Workplace), incluindo projetos de EE 0007104, DEE 000855550.
