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Bioplásticos

Bioplásticos. uma alternativa ecológica. O Bioplástico é um plástico produzido a partir de recursos biológicos renováveis, completamente biodegradáveis.

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Presentation Transcript

  1. Bioplásticos uma alternativa ecológica

  2. O Bioplástico é um plástico produzido a partir de recursos biológicos renováveis, completamente biodegradáveis.

  3. VantagensA maioria dos plásticos produzidos no mundo são sintéticos, compostos derivados de petróleo e demoram de 200 a 400 anos ou mais para se degradarem. Sendo somente 15% dos plásticos são reciclados. Bioplástico em contato com um ambiente biologicamente ativo, que tenha presença de bactérias e fungos, associado à temperatura e umidade, é transformado novamente em gás carbônico e água, concluindo o ciclo de vida sem impactar o meio ambiente.

  4. O ideal seria substituir totalmente a atual  condição dependente de óleo fóssil por matéria-prima renovável. Conseqüentemente,  teríamos emissão zero (“net zero“) de CO2   durante todo o processo produtivo. No entanto, para termos uma solução economicamente viável  sustentável, é importante que o novo produto seja compatível com os processos industriais existentes  e que tenha  um preço competitivo com as atuais matérias primas de plásticos baseados em de  petróleo.

  5. As pesquisas atuais nas áreas de substituição por renováveis têm como alvo os produtos químicos que possuem propriedades que os tornam potenciais substitutos para os petroquímicos atuais. • O custo de produção é um fator importante  para que os novos produtos químicos à base de biomassa possam competir com os produtos petroquímicos  e, assim, encontrarem um nicho inicial no mercado. • Além disso, é importante desenvolver uma análise completa do ciclo de vida (LCA) de qualquer solução ou nova alternativa.

  6. Principais tipos de plásticos com credencial “verde”* Classes Exemplos: De fonte renovável, biodegradável: Ácido polilático (PLA), como o Ingeo, da NatureWorks; polihidroxialcanoato (PHA), como o Biocycle De fonte renovável, não-biodegradável: Polietileno alcoolquímico, como o PE “verde” da Braskem Parcialmente de fonte renovável, biodegradável: Blendas de PLA ou amido com copolímeros de base fóssil, como o Ecobras, da Basf Parcialmente de fonte renovável, não-biodegradável: PET de eteno “verde” (PlantBottle da Coca-Cola, por exemplo); PVC de eteno “verde” De fonte fóssil, biodegradável: Copoliésteres aromáticos como o Ecoflex, da Basf * O quadro acima se baseia na norma NBR 15448 da ABNT, que versa sobre biodegradabilidade e compostagem de embalagens plásticas. Por isso, não inclui os chamados plásticos oxi-biodegradáveis (resinas convencionais que se degradam rapidamente graças à incorporação de aditivos especiais), não referendados por aquele instrumento

  7. “O Brasil produz 6 milhões de toneladas de plástico e o mundo 200 milhões de toneladas por ano. Por isso, o mercado do Bioplástico deverá crescer muito nos próximos anos”. Em 2015, o mercado de Bioplásticos no Brasil deve alcançar US$ 618 milhões, com 250.086 MT consumidas localmente. O mercado de Bioplásticos no Brasil é composto principalmente pelo PLA, um bioplástico obtido a partir do amido, e pelas resinas PHB, correspondendo a 1.286 MT (toneladas métricas) e receita de US$ 4,4 milhões.

  8. O mercado de Bioplásticos no Brasil é composto principalmente pelo Ácido láctico e seu  ácido poli-lático polímero (PLA), um bioplástico obtido a partir do amido, e pelas resinas PHB (polihidroxibutirato), correspondendo a 1.286 MT (toneladas métricas) e receita de US$ 4,4 milhões. O Ácido poli-lático polímero (PLA) podem ser usado como alternativas para substituir os polímeros derivados de combustíveis fósseis como o plástico PET e isopor (polystyrene). Atualmente PLA já é utilizado como uma alternativa biodegradável para embalagens e materiais como fonte de fibras. PLA é uma alternativa economicamente viável em larga escala com uma produção atual de 450K  toneladas por ano.

  9. As garrafas de elaboradas com o PLA (Acido Poliláctico), é um bioplástico derivado de recursos anualmente renovável. Já as garrafas em PET (Tereftalato de polietileno), atuais derivadas do petróleo, são um recurso não renovável. As de PLA se desintegram em cerca de três a quatro meses sob condições de compostagem industrial (umidade de 80% e temperatura constante superior a 60º C) ou um pouco mais se descartado na natureza, sem produzir resíduos tóxicos.

  10. O uso do PLA utiliza 67% menos combustível fóssil para fazer a resina dos frascos comparados ao PET de tamanho similar. Isto conduz a 90% menos em emissões de gases de efeito estufa para se fazer a resina. Todas as emissões de gases de efeito estufa que são produzidas no processo de produção estão sendo diminuídos, minimizando o impacto no meio ambiente.

  11. Polímero Termo que vem do grego (poli - muitas e mero partes) moléculas grandes ou macromoléculas, formadas de várias unidades repetitivas (monômeros). POLIETILENO

  12. - Monômero A - Monômero B Polímeros - Monômero C - Heteropolímero - Homopolímero

  13. Biopolímeros • Moléculas de elevado peso molecular encontradas na natureza. • Sintetizados naturalmente pelos seres vivos, independente da ação humana. • São de origem orgânica, tendo feito parte da estrutura de algum ser vivo, quer seja bactéria, planta ou animais superiores. • Existem desde o princípio da vida, uma vez que DNA e RNA são biopolímeros.

  14. Biotecnologia Biotransformação Biopolímeros

  15. Ácido Lático CARACTERÍSTICAS 􀀹 Isomeria óptica: Destrógiro: D-ácido lático Levógiro: L-ácido lático (com atividade fisiológica) Racêmico: D,L-ácido lático 􀀹 Ponto de fusão: 18°C (racêmico) ; 28°C (D e L) 􀀹 Ponto de ebulição: 122°C (racêmico) 􀀹 Altamente corrosivo

  16. Métodos de Produção O Ácido Lático pode ser produzido tanto por síntese química quanto por fermentação

  17. SÍNTESE QUÍMICA 1. Adição de ácido cianídrico CH3CHO + HCN = CH3CHOHCN (Lactonitrila) 2. Hidrólise por H2SO4 CH3CHOHCN + H2O + ½ H2SO4 = CH3CHOHCOOH (Ác. Lático) + ½ (NH4)2SO4 3. Esterificação CH3CHOHCOOH + CH3OH = CH3CHOHCOOCH3 (Metil Lactato) + H2O 4. Hidrólise por H2O CH3CHOHCOOCH3 + H2O = CH3CHOHCOOH + CH3OH 5. Oxidação do propileno glicol 6. Reação entre acetaldeído, CO e H2O a altas temperatura e pressão 7. Hidrólise do ácido cloropropiônico 8. Oxidação do propileno por ácido nítrico

  18. Fermentação: As bactérias ou outros micro-organismos produzem em massa os biopolímeros em bio-reatores (tanques de fermentação). Os biopolímeros (ácido lático) são extraídos dos bio-reatores e processados quimicamente em forma de plásticos.

  19. Agentes As Bactérias Láticas podem ser divididas de acordo com os produtos formados: 1. Bactérias Homofermentativas - importantes na produção do ácido lático Os primeiros estágios da via metabólica da fermentação lática são os mesmos da fermentação alcoólica (via glicolítica). Intermediário importante: ácido pirúvico (lactato desidrogenase) Rendimento energético: 2 moles ATP / mol de glicose 2. Bactérias Heterofermentativas - fermentação da glicose resulta em vários produtos (ácido lático, oxalacético e fórmico). Degradam a glicose através da via oxidativa das pentoses fosfato. Intermediários importantes: ácido pirúvico e o aldeído acético. Rendimento energético: 1 mol ATP / mol de glicose

  20. Agentes Micro-organismos, Carboidrato e Temperatura L. delbrüeckii glicose, galactose (±) 45 - 50º C L. bulgaricus glicose, galactose, lactose 45 - 50º C L. casei glicose, galactose, lactose 30º C L. leishmanii lactose, galactose (±) > 30º C L. brerus (pentoaceticus) glicose, galactose (±) > 30º C

  21. Agentes PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS 􀀹 Gram positivas 􀀹 Microaerofílicas - incapazes de sintetizar ATP por meio respiratório 􀀹 Catalase negativa - incapacidade de sintetizar hemeproteínas 􀀹 Não esporuladas 􀀹 Usualmente não apresentam mobilidade 􀀹 Apresentam colônias pequenas e apigmentadas 􀀹 Possuem habilidade biossintética limitada - necessitam de aminoácidos, vitaminas (riboflavina), bases purínicas e pirimídinicas (meios contendo peptona, extrato de levedura ou outros materiais vegetais ou animais digeridos) 􀀹 Bactérias acidófilas: bastonetes - não crescem a pH > 6,0 cocos - pH neutro pH ótimo para crescimento = 4,5

  22. MEIOS DE PRODUÇÃO: Soro de leite, N orgânico: 4 - 5% de lactose Melaço, N orgânico, vitaminas, extrato de levedo: 12% de sacarose CONDIÇÕES DE PRODUÇÃO: Crescimento celular atinge seu máximo com 18 h Fermentação se completa entre 42 h a 5 dias pH: 5,0 - 5,8 (controle do crescimento de contaminantes) Adição de CaCO3 ou Ca(OH)2 : tamponamento do meio (a cada 6h) Agitação: manter o contato entre o CaCO3 e o ácido lático que vai se formando Rendimento Médio: 85 a 90% em relação ao açúcar consumido C6H12O6 + Ca(OH)2 = (2 CH3CHOHCOO-) Ca2+ + 2 H2O

  23. Polihidroxialcanoatos (PHA) • Por serem BIODEGRADÁVEIS, são bem vistos pelos ambientalistas.

  24. São sintetizados por bactérias de 75 gêneros diferentes. Polihidroxialcanoatos (PHA) Ralstonia, Burkholderia, Pseudomonas, Azotobacter, Methylobacterium, Bacillus • PHAs são estudados à mais de 80 anos: • - 1926: 1ª determinação da composição de PHAs por Maurice Lemoigne • - 1958: PHA é utilizada como fonte de reserva de carbono e energia

  25. O principal representante dos PHAs. Possui propriedades físicas e químicas semelhantes às do polipropileno (polímero sintético). É um homopolímero biodegradável (monômeros de hidroxibutirato). São sintetizados no interior de bactérias e armazenados no citoplasma na forma de grânulos lipofílicos. A quantidade de polímero acumulado pode atingir ~80% do peso celular. POLIHIDROXIBUTIRATO (PHB)

  26. Em geral, a síntese de PHB por bactérias ocorre quando há excesso de fonte de carbono e a limitação de pelo menos um nutriente necessário à multiplicação das células (N, P, Mg, Fe etc.). Microrganismo Microrganismo POLIHIDROXIBUTIRATO (PHB)

  27. POLIHIDROXIBUTIRATO (PHB) Seleção e manutenção do m.o. Fase de multiplicação celular Inóculo (shaker – 16-24h / 30-34°C / 100-250rpm) Fase de produção de PHB Excesso de Carbono + Limitação de nutriente (shaker ou biorreator – 48-96h / 30-34°C / 150-250rpm) Centrifugação - separação das células Extração do PHB – rompimento das células por solventes Purificação por filtração - secagem

  28. POLIHIDROXIBUTIRATO (PHB)

  29. Desafios para Produção POLIHIDROXIBUTIRATO (PHB) Redução dos custos A redução dos custos de produção depende: 1 – Da obtenção de linhagens altamente eficientes na conversão dos substratos no produto desejado. 2 – De utilização de substratos de baixo custo. 3 – Do desenvolvimento de processos que permitam explorar ao máximo o potencial dessas linhagens. 4 – Do desenvolvimento de processos de extração-purificação.

  30. - Aplicações • Embalagens • Plásticos convencionais • Fios de sutura cirúrgica • Implantes ósseos • Fármacos de libertação lenta • Produtos de liberação de pesticidas

  31. BIODEGRADAÇÃO Semanas 0 2 4 6 8 10

  32. BIODEGRADAÇÃO Estágio inicial 32 dias 45 dias 52 dias

  33. POLIHIDROXIALCANOATOS PHAs comerciais 3 a 4x superior aos plásticos de origem petroquímica Preços praticados: US$ 12 – 30/Kg

  34. Henry Ford, célebre patrão da Ford, utilizou materiais de soja para manufatura de peças automóveis. Um Ford típico de 1936 continha assim algum “plástico de soja” em diversas peças.

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