Em 2022, uma das principais preocupações do mundo são as mudanças climáticas. Hoje é amplamente aceito que a principal contribuição negativa para as mudanças climáticas vem da queima de combustíveis fósseis – a queima de combustíveis fósseis, como carvão ou petróleo, leva à liberação de grandes quantidades de dióxido de carbono no ar, que retem o calor na atmosfera e causa o aquecimento global.
Os plásticos, materiais onipresentes encontrados em produtos que vão de sacolas de supermercado, para-choques de carros a roupas, tradicionalmente são feitos de polímeros sintéticos derivados do petróleo. Os elementos constitutivos desses polímeros são obtidos diretamente do refino de petróleo bruto ou sintetizados a partir de produtos de refino. Atualmente, estima-se que os processos de fabricação de plástico consumam de 8 a 10% da oferta global de petróleo, sendo que este número deverá dobrar até 2040.
A produção de petroquímicos e plásticos tradicionais ainda depende totalmente do petróleo, e esse recurso não renovável está se esgotando rapidamente do planeta Terra. O problema com os plásticos é, portanto, múltiplo: a produção tradicional de plástico necessariamente cessará devido à diminuição dos recursos; o método de produção prejudica nosso ecossistema e muitos produtos plásticos não são reutilizáveis, gerando quantidades extraordinárias de resíduos, o que causa ainda mais danos por não serem descartados/reciclados adequadamente.
Uma pessoa média pode reduzir sua ‘pegada ecológica’ e ajudar o meio ambiente, consumindo menos plásticos de uso único e descartáveis, reduzindo o desperdício de embalagens e reciclando com responsabilidade. Por sua vez, os fabricantes também podem melhorar sua “pegada ecológica” ao escolher uma fonte alternativa ao petróleo para desenvolver plásticos, o que os leva a escolher biopolímeros em vez de seus equivalentes sintéticos.
Embora o termo "biopolímeros" seja às vezes utilizado para descrever polímeros biodegradáveis ou biocompatíveis (independentemente da origem), neste blog usamos esse termo para nos referirmos apenas a polímeros bioderivados, ou seja, polímeroscriados a partir de biomassa.Eles são gerados a partir de fontes renováveis que também fixam o CO2 da atmosfera e diminuem as emissões de gases de efeito estufa. Muitos biopolímeros também são biodegradáveis, o que proporciona mais flexibilidade no descarte de produtos feitos com eles e possibilita a reciclagem.
Tipos de biopolímeros
Existem três classes principais de biopolímeros, diferenciados por fonte e método de produção:
- Classe A: polímeros naturais obtidos diretamente de biomassa, como amido, celulose, proteínas, aminoácidos e derivados
- Classe B: polímeros que são biossintetizados usando micro-organismos e plantas ou, preparados diretamente a partir de monômeros que são predominantemente biossintetizados, como as polihidroxialcanoatos (PHAs) e ácido polilático (PLA)
- Classe C: polímeros convencionais à base de óleo preparados a partir de monômeros alternativos de origem biológica, como polietileno e tereftalato de polietileno (PET)
Cada classe de biopolímero é adequada para diferentes aplicações comerciais, que podem ser materiais para embalagens, para agricultura ou biomateriais para cirurgias:
- Os polímeros das classes A e B são totalmente biodegradáveis e quase todos de base biológica, mas têm propriedades inferiores em comparação com os plásticos à base de petróleo, por isso são frequentemente usados em combinação com cargas de reforço ou modificadores de impacto
- Os polímeros de classe C são estruturalmente semelhantes aos plásticos à base de petróleo, mas em sua maioria não são biodegradáveis e, portanto, compartilham os mesmos problemas de descarte e reciclagem
O desafio para o aumento da adoção de biopolímeros é o custo. Iniciativas com a finalidade de melhorar o rendimento e a eficiência da fermentação ou integrar a produção de biopolímeros em fábricas de alimentos ou instalações com fluxos de resíduos orgânicos estão tentando reduzir os altos custos de fabricação, mas isso ainda permanece um obstáculo importante.
Para que são usados os biopolímeros atualmente?
Os bioplásticos comerciais têm sido usados principalmente em embalagens (Tabela 1). Amido e PLA são os bioplásticos mais fabricados, provavelmente devido a seus custos mais baixos. Os PHAs, por outro lado, têm altos custos de produção e, portanto, são produzidos em quantidades muito menores.
Tabela 1. Produção e aplicações dos principais biopolímeros comerciais
| Biopolímero | Capacidade global em 2020 (ton.) | Principais produtores | Aplicações | Biodegradável? |
| Amido e misturas | 435.000 | Futerro, Novamont, Biome | Embalagens flexíveis, bens de consumo, agricultura | Sim |
| Ácido polilático (PLA) | 435.000 | NatureWorks, Evonik, Total Corbion PLA | Embalagens flexíveis, embalagens rígidas, bens de consumo | Sim |
| Polihidroxialcanoatos (PHA) | 40.000 | Yield10 Bioscience, Tianjin GreenBio Materials, Bio-on | Embalagens flexíveis, embalagens rígidas | Sim |
| Polietileno (PE) | 244.000 | Neste, LyondellBasell | Embalagens flexíveis, embalagens rígidas | Não |
| Tereftalato de polietileno (PET) | 181.000 | Toray Industries, The Coca-Cola Company, M&G Chemicals | Embalagens rígidas | Não |
| Tereftalato de adipato de polibutileno (PBAT) | 314.000 | Algix, BASF | Embalagens flexíveis, embalagens rígidas, agricultura | Sim |
| Succinato de polibutileno (PBS) | 95.000 | Roquette, Mitsubishi Chem., Succinity | Embalagens flexíveis, agricultura | Sim |
É muito 'legal': PlantBottle™ da Coca-Cola
A inovação sustentável em biopolímeros vem se desenvolvendo nos bastidores há décadas, mas os avanços geralmente são apenas noticiados ou descobertos pelo público quando as principais empresas anunciam um novo produto.
Em meados de 2015, a Coca-Cola Company lançou sua embalagem PlantBottle™ - a primeira garrafa plástica do mundo feita inteiramente de recursos renováveis. Elas se parecem, funcionam e são recicladas da mesma forma que as garrafas feitas de plástico tradicional, mas geram um impacto significativamente menor ao planeta por não usarem petróleo. Anúncios como este encorajam o desenvolvimento contínuo de biopolímeros e sua adoção em produtos convencionais no mundo todo.
Equívocos vs. fatos sobre biopolímeros
A percepção pública sobre os biopolímeros também é importante para uma implementação mais ampla desses produtos. Embora normalmente sejam reconhecidos os grandes benefícios das alternativas sustentáveis aos plásticos tradicionais, elas também têm sido alvo de críticas. Algumas dessas críticas surgiram compreensivelmente de equívocos ou confusão, mas outras vieram de maneira inesperada – a Tabela 2 contém nossas opiniões sobre alguns dos tópicos mais discutidos.
Tabela 2. Equívocos vs. fatos sobre biopolímeros.
PBAT = tereftalato de adipato de polibutileno; PBS = succinato de polibutileno; PLA = ácido polilático.
| Equívoco | Fato |
| Biopolímeros = polímeros biodegradáveis | Não necessariamente. Se um polímero é biodegradável depende, em última análise, de sua estrutura, e não de como é produzido. Embora a maioria dos biopolímeros das Classes A e B sejam biodegradáveis, apenas alguns polímeros da Classe C (por exemplo, PBS e PBAT) são. |
| Os biopolímeros, na verdade, não são biodegradáveis, como alegam ser, e, portanto, não resolverão a crise do plástico. | Os biopolímeros e bioplásticos não tratam diretamente do acúmulo de resíduos plásticos; os plásticos biodegradáveis e a reciclagem de plásticos são os principais meios para lidar com os resíduos. A principal vantagem dos bioplásticos é o uso de biomassa renovável como matéria-prima em vez de petróleo e gás, não renováveis. |
| Bioplásticos, mesmo que biodegradáveis, não se degradam rápido o suficiente em condições normais e devem ser usadas instalações de compostagem. | A biodegradabilidade é apenas um benefício secundário de alguns biopolímeros. Os biopolímeros, assim como os plásticos convencionais, variam consideravelmente no que diz respeito à velocidade de degradação. Os PHAs, por exemplo, degradam-se muito rapidamente em condições ambientais, enquanto o PLA e o PBAT requerem o calor do composto industrial. Além disso, a degradação muito rápida prejudicaria a utilidade de um produto de plástico. |
| Os bioplásticos são bons apenas para aplicações em embalagens e não substituiriam todos os plásticos convencionais. | As aplicações de biopolímeros se diversificaram significativamente, especialmente com o desenvolvimento de polímeros da Classe C, de base biológica. A proporção de polímeros de base biológica produzidos para embalagens em 2020 foi de 47%, pouco superior aos 40% dos plásticos convencionais. |
| A produção de biopolímeros ocupa muito terreno agrícola e impacta a produção de alimentos para pessoas e animais. | Em 2019, 0,016% do total de terras agrícolas do mundo foi usado para produzir matérias-primas para biopolímeros. Isso significa que, mesmo que todos os plásticos produzidos hoje fossem de base biológica, e mesmo supondo que a área de terra usada aumentasse proporcionalmente ao volume de produção, a proporção de terras agrícolas usadas não ultrapassaria 2%. |
O cenário da pesquisa de biopolímeros
A pesquisa com biopolímeros tem sido tendência nos últimos anos e foi escolhida como uma das dez principais tecnologias emergentes do ano em 2019. A pesquisa e a inovação que levaram a isso estão em andamento nas últimas duas décadas, como visto no CAS Content Collection™ (Figura 1), reagindo constantemente às flutuações nos preços do petróleo e ao movimento geral para aumentar a sustentabilidade e combater as mudanças climáticas. Os volumes de publicações de revistas científicas e patentes começaram a aumentar, inicialmente de forma lenta, mas aceleraram no mesmo ritmo a partir de 2009. Por volta de 2014, o crescimento do volume de publicações de patentes diminuiu consideravelmente em contraste com o forte aumento no número de publicações em revistas científicas até 2020.
Como os biopolímeros são desenvolvidos principalmente como alternativas renováveis aos plásticos de origem fóssil, aumentos substanciais nos preços destes aumentariam a competitividade dos biopolímeros, além de reforçar o entusiasmo e a confiança dos pesquisadores e inventores. Os preços do plástico estão fortemente ligados aos preços do petróleo, que tiveram um crescimento substancial desde meados dos anos 2000 e um pico acentuado sem precedentes em 2008, o que pode explicar o ponto de inflexão, particularmente visível na curva do número de publicações de patentes por volta de 2008. Os preços do petróleo despencaram após 2014, tornando os biopolímeros relativamente mais caros novamente, o que, de maneira presumível, desencorajou os inventores e fez com que o volume de publicação de patentes se estabilizasse exatamente no mesmo ano.
Leia o Relatório do CAS Insights para saber mais sobre as vantagens, limitações e popularidade das diferentes classes de biopolímeros e como o interesse de pesquisa e desenvolvimento das alternativas aos plásticos tradicionais mudou nas últimas duas décadas.
