Biodegradação de plásticos com Eco-One ™
Este documento fornecerá uma visão geral sobre os seguintes tópicos:
• Biodegradação
• Biodegradação em Aterros Sanitários
• Os plásticos biodegradáveis
• Mecanismo de Biodegradação Usando Eco-One ™
• Avaliação da biodegradabilidade e métodos de teste ASTM/ISO de plásticos
biodegradáveis
• plásticos degradáveis vs biodegradáveis
Biodegradação
Biodegradação, na verdade, é um processo em que a estrutura molecular dos
materiais é quebrada através de processos metabólicos ou enzimáticos. O processo
de decomposição ocorre através de enzimas secretadas por microorganismos,
naturalmente presentes ou que ocorrem naturalmente em ambientes anaeróbicos e
aeróbicos (micróbios), tais como bactérias, alguns tipos de fungos, etc. Estes
micróbios trabalham sózinho ou em colônias e desempenham um papel vital no nosso
ecossistema, e não apenas no processo de biodegradação.
Produtos fabricados a partir de fontes vegetais ou animais, tais como papel, restos
vegetais, e alguns plásticos que têm ingredientes especiais neles, como Eco-One ™
irão se biodegradar. Biodegradação pode ocorrer em condições aeróbica (requer
oxigênio) ou anaeróbica (sem oxigênio). Biomassa (húmus) e biogás (gás carbônico e
metano) são os produtos de um processo de biodegradação. Dióxido de carbono é o
principal gás emitido na biodegradação aeróbia enquanto que no caso da
biodegradação anaeróbica o metano é o principial gás.
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Biodegradação em Aterros Sanitários
Enquanto na natureza a biodegradação inicial é aeróbica a principal bioreação em
aterros sanitários é a biodigestão anaeróbia. Micróbios em aterros quebram a matéria
orgânica e reduzem o seu volume ou massa. Para ser exato, é uma série de
processos menores. Na primeira etapa, chamada de hidrólise (reação química de um
composto com água), as bactérias fermentativas quebram as complexas moléculas
orgânicas insolúveis em moléculas solúveis. O segundo passo, acidogênese, é uma
reação biológica onde essas moléculas solúveis são convertidas em ácido por
bactérias formando ácidos graxos voláteis, hidrogênio e dióxido de carbono tornandoos disponíveis para outras bactérias. O que se segue é outra reação biológica
chamada acetogênese, em que os ácidos graxos voláteis são convertidos em ácido
acético, hidrogênio e dióxido de carbono. Na etapa final metanogênese, ainda outra
reação biológica, as bactérias metanogênicas convertem o acetato em metano e
dióxido de carbono. O hidrogênio é consumido nesta fase final, que continua até que o
elemento restante é uma matéria orgânica, finamente dividida, chamada humus (terra
altamente nutritiva composta de carbono, nitrogênio, fósforo e enxofre).
Plásticos biodegradáveis
Plásticos com biodegradabilidade incrementada são plásticos desenvolvidos para se
decomporem em ambiente natural. Eles são totalmente derivados de fontes de amido
, ou à base de petróleo com um aditivo que permite ou incrementa a biodegradação.
Plásticos contendo Eco-One ™ enquadram-se na última categoria.
Mecanismo de biodegradação Usando Eco-One ™
Eco-ONE ™ é uma mistura de compostos orgânicos que são adicionados a uma
resina base, formando um “masterbatch” e depois peletizada. O masterbatch
peletizado é posteriormente adicionado a resina final (PEBD, PEAD, PEBDL, PP,
PET, PS, PC etc) pelo usuário final durante o seu processo de fabricação (extrusão,
moldagem por injeção, moldagem por sopro, etc). As propriedades da resina base ou
produto final não são alteradas durante a fabricação, estocagem e utilização. Em
outras palavras, a vida de prateleira e o desempenho durante o uso, permanecem
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inalterados. Apenas quando o produto contendo Eco-One ™ é exposto a um ambiente
que tem umidade e microorganismos, como um aterro sanitário biológicamente ativo,
o processo de alteração do polímero terá início.
Normalmente micróbios não são atraídos por plásticos em aterros sanitários. No
entanto, os plásticos contendo Eco-One ™ atraem micróbios. Os micróbios começam
a colonização na superfície do plástico. As enzimas secretadas por estes micróbios
tornam o plástico hidrofílico (atrae água). Umidade está sempre presente em aterros
sanitários – sejam eles controlados ou não. Um filme rico em micróbios e umidade se
forma na superfície do plástico. Isto é muito desejável, pois a hidrólise, reação química
de um composto com a água, é a primeira reação a ocorrer. Micróbios hidrolisam o
plástico usando enzimas secretadas e água.
Eco-One ™ tem como função facilitar a formação do biofilme, auxiliar na promoção
do crescimento de microrganismos dentro do biofilme e auxiliar a adesão do biofilme
sobre o plástico. As “colonias” iniciais de microorganismos facilitam a chegada de
outros microorganismos mais diversificados. O plástico torna-se uma fonte de
nutrientes para os microorganismos. Prováveis pontos de ataque estarão perto ou no
final das cadeias de polímeros e/ou na própria cadeia. Eco-One ™ faz com que a
estrutura molecular do plástico se expanda (inche), em um nível microscópico, criando
espaços para que os organismos penetrem e consumam sua fonte de nutrientes.
Em todo esse tempo, as enzimas secretadas pelas bactérias estão servindo como
sinais químicos para outras bactérias que são atraídas para o plástico. Este processo
de comunicação bacteriana é conhecido como “quorum sensing”. A atividade, que
implica em quebrar as ligações químicas, continua como processo de biodegradação.
Durante o consumo dos micróbios, eles simplesmente quebram a cadeia de carbono
polimerizado em seus componentes monoméricos individuais.
Estes componentes, de simples monômeros, são prontamente convertidos em
elementos do biogás que são CO2 e CH4.
Esquematicamente o processo pode ser mostrado como abaixo:
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Da mesma forma que a adição de uma pequena quantidade de corante, plastificante
ou antioxidantes não afetam a reciclabilidade de um plástico reciclável, a adição de
Eco-One não afeta a reciclabilidade do plástico reciclável. Além disso, a Ecologic
acredita que o Eco-One poderá ser adicionado ao plástico, fabricado com fontes
renováveis e não afetará seu desempenho.
Avaliação da biodegradabilidade
Parâmetros utilizados para avaliar a biodegradabilidade incluem perda de peso,
alteração do peso molecular, alterações visuais, tais como descoloração ou alterações
superfíciais e evolução do biogás. Controlar a perda de peso ao longo do tempo é um
método simples e requer poucos equipamentos de laboratório. No entanto, ensaios de
mudança de peso medem a despolimerização e dissolução do polímero e não a
biodegradabilidade final em termos de mineralização. Monitoramento e medição da
evolução do carbono na forma de biogás é a forma mais completa de monitoramento
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da biodegradação. Depois de introduzir uma quantidade conhecida de carbono
(amostra) em um ambiente de teste, um dispositivo coletor de biogás é usado para
coletar e medir a quantidade de dióxido de carbono e metano liberado durante a
degradação ao longo do tempo.
Métodos de Teste ASTM/ISO e Especificações para a Biodegradação de
Plásticos
A American Society for Testing and Materials (ASTM) e a International Standrad Office
(ISO) estabeleceu uma série de testes científicos e tecnológicos para medir a real
biodegradação em produtos plásticos.
Para a biodegradação anaeróbica, o método de ensaio ASTM D5511, equivalente a
ISO DIS15985 (Normas Internacionais), é amplamente utilizado para determinar a
biodegradação sob condições de alto sólidos (> 30% de sólidos totais). Ela determina
o grau de biodegradação de materiais plásticos e é representativa das condições de
aterros sanitários biológicamente ativos. A amostra é exposta a um inóculo
metanogênico cultivado a partir de um digestor anaeróbico, de resíduos domésticos
de tratamento de águas residuais (metanogenios são microorganismos que produzem
o metano como um subproduto metabólico em condições de privação de oxigênio).
Normalmente a incubação (no escuro) é efetuada por 30 dias. Durante este tempo, o
volume de dióxido de carbono e metano emitido a partir da biodegradação da amostra
de teste é medido em diferentes intervalos em relação a um controle positivo
(tipicamente celulose), um controle negativo (mesmo produto, sem o aditivo), e
somente o inóculo. Na conclusão do teste, determina-se a massa (peso)
remanescente da amostra, em estudo, que permanece sólida e a massa de todas as
amostras de controle. Este teste poderá ser realizado por mais de 30 dias. ASTM
D5526, um outro método de teste padrão, é usado para determinar a biodegradação
em condições de aterro sanitário acelerado e é realizado a uma temperatura inferior
ao ASTM D5511 e prevê três diferentes condições de umidade. Nem a D5511, nem o
teste D5526 estipulam quanto tempo deve levar a biodegradação para uma certa
quantidade de material.
Para a biodegradação aeróbia (o que acontece em um local de compostagem
comercial), o método de ensaio ASTM D5338 é utilizado para determinar a
biodegradação sob condições de compostagem controladas enquanto ASTM D6400
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define a especificação para plásticos compostáveis. De acordo com a ASTM, para o
plástico ser considerado compostável ele deverá atender a três critérios:
1 - Deverá biodegradar, conforme definido pela sua capacidade de ser dividido em
dióxido de carbono, água e biomassa.
É necessário que mais de 60% do carbono orgânico em homopolímeros e 90% em
copolímeros deva ser convertido em dióxido de carbono dentro de 180 dias.
2 - Deve se desintegrar, ou seja, deve ser visualmente indistinguível depois de
desintegrado e ser parecido com o composto.
Menos de 10% do peso seco original deve permanecer em uma tela de 02mm após
120 dias.
3 – Não causar impacto adverso sobre a capacidade do composto em promover o
crescimento das plantas (e não apresentar níveis inaceitáveis de metais pesados ou
substâncias tóxicas no meio ambiente).
Plásticos compostáveis podem não biodegradar em aterro sanitário, enquanto que os
plásticos biodegradáveis, em aterro sanitário, podem não biodegradar rápido o
suficiente para atender a 06 meses de prazo estipulado para um ambiente de
compostagem. Locais de compostagem comercial moem o material e revolvem as
pilhas sob alta temperatura para alcançar biodegradação e desintegração.
Compostagem doméstica leva pelo menos duas vezes mais tempo para alcançar os
mesmos resultados. A preocupação com a utilização de plásticos compostáveis, que
atendem a ASTM D6400 ou CEN 13432 é que as instalações que processam os
plásticos compostáveis ou não existem ou estão em falta significativa em muitos
países. Como resultado estes produtos, embora compostáveis, acabam em aterros
sanitários e não são biodegradáveis.
Mais de 150 testes realizados sob o método de análise ASTM D5511 mostraram que
os plásticos contendo Eco-One são anaeróbicamente biodegradáveis. Em cada um
dos testes, a biodegradação indiscutivelmente teve seu início e sem sombra de dúvida
tem continuado ao longo de um vasto leque de intervalos de tempo. Eco-One também
irá permitir que um produto de plástico biodegrade aerobicamente, mas esta
biodegradação não será rápida o suficiente para atender as metas estabelecidas por
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um período de 180 dias. Portanto, neste momento, Eco-One não reinvidica
compostabilidade.
Plásticos degradáveis vs biodegradáveis
Plásticos podem ser degradáveis, mas não necessáriamente biodegradáveis.
Plásticos tratados com pró-oxidantes, como os que são amplamente reconhecidos
como "oxi-bios" ou "oxos" se enquadram nesta categoria. Eles passam por um
processo de 2 etapas. Primeira é a degradação para reduzir o peso molecular
significativamente e, em seguida, a mineralização (biodegradação) das cadeias
menores. O primeiro passo é iniciado por exposição à luz UV e/ou calor e oxigênio.
Metais de transição tais como ferro, níquel, zinco, cobalto, cádmio, manganês, etc.,
que são uma parte da formulação dos aditivos, agem como catalisadores para
acelerar o processo de cisão das cadeias. O próximo passo, biodegradação, poderia
ocorrer se o micróbio correto estiver presente no meio ambiente.
Em um aterro sanitário, onde a maioria dos resíduos acabam, luz e oxigênio não estão
disponíveis depois de alguns dias quando os resíduos são cobertos. Estes dias não
são suficiente para permitir que a degradação ocorra. Como resultado, o passo
seguinte da digestão microbiana (biodegradação) não ocorrerá, os aditivos oxodegradantes serão ineficazes sempre que resíduos acabem em um aterro sanitário.
Onde a luz, calor e oxigênio estão presentes, meio ambiente aberto, por exemplo, é
muito improvável que tenhamos a densidade de microorganismos necessários para a
biodegradação. Assim, os micro fragmentos de plástico resultante do passo 1 de
degradação (que também pode conter os metais de transição), são susceptíveis em
permanecer no meio ambiente aberto e representam um perigo para a vida animal.
Mesmo quando em contato com o solo, produtos biodegradáveis tendem a levar muito
mais tempo para se decompor em dióxido de carbono, biomassa e água.
Por outro lado, os produtos que contenham aditivos orgânicos como Eco-One,
degradam através de um processo bioquímico, não há dependência de calor, oxigênio
ou luz para iniciar este processo e os subprodutos permanecem dentro do aterro
contido.
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CONCLUSÃO
Biodegradação em aterros sanitários é uma estratégia responsável para combater a
grande quantidade de resíduos de plásticos que acabam em aterros sanitários.EcoOne é um aditivo orgânico que oferece uma solução única para o incremento da
biodegradação em aterros sanitários biológicamente ativos, baseado em testes
laboratoriais e evidencias cientificas. Opções comercialmente substitutas como
aditivos oxi-biodegradáveis ou plásticos compostáveis simplesmente não funcionam,
onde a maioria dos resíduos acabam!
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