MIGUEL BOYAYANPellets: pequenas pastilhas de bioplástico que servem de matéria -prima para a indústria transformadora moldar vários tipos de produtosMIGUEL BOYAYAN
Açúcar e álcool deixaram de ser os únicos produtos de importância comercial extraídos da cana. Agora, incorpora-se a essa dupla a produção de plástico biodegradável a partir do açúcar. Desde dezembro de 2000, a PHB Industrial, pertencente ao grupo Irmãos Biagi, de Serrana (SP), e ao grupo Balbo, de Sertãozinho (SP), tem capacidade de produzir em uma planta piloto entre 4 e 5 toneladas mensais do biopolímero a partir da sacarose presente no açúcar. Toda a produção obtida na planta industrial da empresa, que fica ao lado da Usina da Pedra, em Serrana, é exportada para países como Estados Unidos, Alemanha e Japão.
“Pretendemos iniciar nossa operação comercial entre 2004 e 2005 com a construção de uma planta com capacidade para produzir 10 mil toneladas por ano de bioplástico”, afirma o físico Sylvio Ortega Filho, responsável pelo desenvolvimento do plástico biodegradável na PHB, empresa que recebe financiamento do Programa de Inovação Tecnológica em Pequenas Empresas (PIPE) da FAPESP. “Não conhecemos nenhuma outra indústria no mundo que tenha produção comercial desse tipo de resina bioplástica”, diz Ortega Filho.
O desenvolvimento tecnológico desse polímero, passível de rápida decomposição por microrganismos quando descartado em aterros sanitários, lixões ou exposto a ambientes com bactérias ativas, é resultado de uma parceria bem-sucedida entre o Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), a Cooperativa dos Produtores de Cana, Açúcar e Álcool do Estado de São Paulo (Copersucar) e o Instituto de Ciências Biomédicas (ICB) da Universidade de São Paulo (USP). Os primeiros estudos sobre o tema foram realizados no começo dos anos 90 e, dez anos depois, o país é reconhecido como um dos mais avançados centros mundiais em pesquisa e desenvolvimento de bioplásticos.
A tecnologia proporcionou à área um outro avanço. Foi o desenvolvimento de um processo que facilita a obtenção desse polímero a partir do bagaço de cana hidrolisado, um resíduo da indústria de álcool e de açúcar. O projeto, também financiado pela FAPESP, foi coordenado pela pesquisadora Luiziana Ferreira da Silva, bioquímica do Agrupamento de Biotecnologia do IPT, que fez parte da equipe que criou o bioplástico. A hidrólise (quebra estrutural do produto) libera açúcares presentes no bagaço que podem ser consumidos pelas bactérias utilizadas no processo de transformação do açúcar nesse tipo de poliéster natural.
Entretanto, a hidrólise induz também a formação de compostos tóxicos para as bactérias. O IPT desenvolveu um procedimento para desintoxicar o hidrolisado e tornar possível o seu uso pelos microrganismos. “Com esse processo é possível fabricar o mesmo biopolímero já exportado, que recebe o nome de polihidroxibutirato ou, simplesmente, PHB, com o açúcar extraído do bagaço”, diz Luiziana.
A diferença entre a técnica criada por Luiziana e a anterior, desenvolvida em conjunto pelo IPT, Copersucar e USP, e utilizada pela empresa PHB, está na matéria-prima empregada. Enquanto Luiziana utiliza a xilose (substância açucarada contida no bagaço da cana), o processo anterior, cujas pesquisas foram coordenadas pelo professor José Geraldo Pradella, do IPT, emprega a sacarose presente no açúcar. A pesquisadora também identificou duas novas bactérias (Burkholderia sacchari e Burkholderia cepacia), a primeira até então desconhecida, altamente eficientes no processo de síntese e produção do bioplástico do hidrolisado do bagaço. Asacchari também pode ser utilizada para produzir o PHB a partir de melaço ou sacarose.
As características físicas e mecânicas do plástico biodegradável são semelhantes às de alguns polímeros sintéticos, que utilizam o petróleo como matéria-prima, mas oferecem o benefício de se decompor muito mais rapidamente depois de descartados do que os plásticos convencionais. “Esse é o grande diferencial do produto”, afirma Luiziana. Enquanto as embalagens de Poli (Tereftalato de Etileno), chamadas de PET e usadas principalmente para refrigerantes, levam mais de 200 anos para se degradar, e os plásticos tradicionais, mais de cem anos, as resinas plásticas biodegradáveis se decompõem em torno de 12 meses, dependendo do meio em que se encontram. Em fossas sépticas, a perda de massa chega a 90% em seis meses, enquanto em aterros sanitários a degradação atinge 50% em 280 dias. Quando se decompõem, elas se transformam em gás carbônico e água, sem liberação de resíduos tóxicos.
Reserva de energia
O início do processo produtivo do PHB, utilizado na planta piloto, começa no cultivo de bactérias da espécieRalstonia eutropha em biorreatores empregando açúcares (sacarose, glicose, etc.) como matéria-prima. Os microrganismos alimentam-se desses açúcares e os transformam em grânulos (pequenas bolinhas) intracelulares que são, na verdade, poliésteres. “Para as bactérias, esses poliésteres (o plástico biodegradável) são uma reserva de energia, semelhante à reserva de gordura nos mamíferos”, diz Luiziana. A etapa seguinte do processo produtivo é a extração e purificação do PHB acumulado dentro das bactérias. Com um solvente orgânico (que não provoca danos ao ambiente quando descartado), promove-se a quebra da parede celular dos microrganismos e a natural liberação dos grânulos do biopolímero. Cálculos realizados em laboratório apontam que para obter 1 quilo de plástico são necessários 3 quilos de açúcar.
O PHB pode ser usado como matéria-prima em um amplo campo de aplicações, principalmente naqueles setores em que características como pureza e biodegradabilidade são necessárias. Ele pode ser usado na fabricação de embalagens para produtos de limpeza, higiene, cosméticos e produtos farmacêuticos. Também serve para produzir sacos e vasilhames para fertilizantes e defensivos agrícolas, vasos para mudas e produtos injetados, como brinquedos e material escolar. Além disso, por ser biocompatível e facilmente absorvido pelo organismo humano, pode ser empregado na área médico-farmacêutica, prestando-se à fabricação de fios de sutura, próteses ósseas e cápsulas que liberam gradualmente medicamentos na corrente sanguínea. “Graças às propriedades de barreira a gases, o bioplástico pode ainda ser usado em embalagens de alimentos de papel cartonado do tipo ‘longa vida’ para o envase de sucos naturais, leite pasteurizado e bebidas isotônicas”, diz Ortega Filho. A FDA (Food and Drug Administration), órgão que normatiza o setor de alimentos e remédios nos Estados Unidos, já aprovou o uso do plástico biodegradável de PHB em embalagens alimentícias.
Para a produção de artefatos mais flexíveis, como frascos de xampu, ou que necessite m do processo de extrusão por sopro, como sacos plásticos, os pesquisadores já desenvolveram outro produto da mesma família, um tipo de polímero chamado de PHB-HV (polihidroxibutirato-hidroxivalerato), produzido com açúcar e ácido propiônico. A principal dificuldade no desenvolvimento do PHB está centrada na escolha das bactérias.
“Para encontrar a bactéria ideal, que melhor transformasse o açúcar em plástico, testamos mais de 50 cepas até chegarmos às duas maisa adequadas linhagens, no caso as espécies Burkholderia sacchari e Burkholderia cepacia“, conta Luiziana, que finalizou seu projeto no primeiro semestre deste ano. Os dois microrganismos conseguiram o melhor desempenho em função da velocidade de crescimento, eficiência em converter a xilose em PHB e capacidade de acúmulo do polímero. Para aumentar a produção de bioplásticos, as bactérias foram e continuam submetidas a técnicas de melhoramento genético.
“A vantagem dessa nova tecnologia é a transformação de um resíduo da indústria sucroalcooleira, no caso o bagaço, em um material nobre, os bioplásticos”, afirma Luiziana. Atualmente, entre 60% e 90% do bagaço (de um total de 81 milhões de toneladas anuais) produzido nas usinas é usado na geração de energia elétrica. O excedente desse resíduo, que em 1999 chegou a 8 milhões de toneladas, causa sérios problemas de estocagem e poluição ambiental. “O emprego do bagaço para produzir PHB minimizará esses problemas”, diz ela.
A técnica de obtenção do PHB por meio de bactérias não é novidade. Ela é conhecida desde o início do século 20. O uso comercial desse polímero, porém, não foi implementado em função dos elevados custos envolvidos na sua produção. O mérito dos pesquisadores brasileiros foi conseguir reduzir consideravelmente esse custo quando comparado ao dos plásticos biodegradáveis sintetizados nos Estados Unidos e na Europa. Lá, eles são fabricados apenas em plantas piloto e em laboratório a partir de outras fontes, como açúcar da beterraba e milho. Essa redução ocorreu, principalmente, em função do baixo custo da cultura da cana, que inclui a energia elétrica barata, produzida com o bagaço de cana. “Por isso, para ter um preço competitivo, o ideal é que a unidade de produção do plástico biodegradável funcione junto a uma usina sucroalcooleira”, diz Ortega Filho, da PHB.
Mesmo com a redução dos custos, o plástico biodegradável ainda é mais caro do que o convencional. “Um quilo do polímero sintético custa cerca de US$ 1, enquanto o do PHB está na casa de US$ 4 ou US$ 5, dependendo de sua aplicação”, explica Ortega Filho. Apesar dessa diferença de preço, ele é considerado competitivo, principalmente no mercado externo. Nos Estados Unidos, Japão e países europeus, por exemplo, a reciclagem é obrigatória, como também a comprovação, pela indústria fabricante do polímero, de que ela foi efetivamente feita. Os gastos com essas etapas não estão incluídos no custo do plástico. No Brasil, o cálculo desse custo considera a compra da resina e sua transformação. Não existe preocupação nem custos efetivos com reciclagem.
A Alemanha, por exemplo, pretende substituir, nos próximos 60 anos, pelo menos 60% do plástico sintético consumido internamente por polímeros biodegradáveis. A medida visa, entre outras coisas, a aliviar os aterros sanitários do país. O longo tempo de permanência dos plásticos sintéticos nesses locais provoca graves problemas ambientais, porque eles formam uma camada impermeabilizante que impede a passagem de líquidos e gases originados do apodrecimento dos detritos, retardando a estabilização da matéria orgânica. O problema é preocupante quando se sabe que eles representam cerca de 20% de todo o lixo urbano no Brasil.Segundo Luiziana, outra vantagem das resinas plásticas biodegradáveis é que elas são produzidas a partir de recursos renováveis, enquanto as convencionais utilizam como matéria-prima o petróleo, uma fonte não renovável.
Produção de pellets
O mercado mundial de plástico é da ordem de 200 milhões de toneladas por ano. Segundo estimativas de vários especialistas, a fatia desse mercado que deve ser ocupada pelos bioplásticos gira em torno de 1% a 2% nos próximos dez anos. E a PHB quer participar dessa fatia. “Mas, para que isso seja possível, precisamos antes concluir o desenvolvimento da tecnologia para produção dos pellets que serão vendidos aos transformadores”, diz ele. pellets são pequenas pastilhas cilíndricas de alguns milímetros de comprimento feitas a partir da mistura da resina granulada de PHB com outros polímeros ou fibras naturais. Eles são a matéria-prima usada pelas indústrias, que os transformam em utensílios.”As indústrias não compram o PHB puro. Elas querem que ele já esteja preparado para ser transformado no produto final”, diz Ortega Filho.
Para fazer a engenharia dos pellets, a PHB Industrial fez um convênio de cooperação e pesquisa com o Departamento de Engenharia de Materiais (DeMa), da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), e obteve um financiamento de R$ 338 mil da FAPESP por intermédio do PIPE. Iniciado em 2001, o projeto deverá se estender até o próximo ano.
Os recursos foram utilizados na aquisição de equipamentos básicos em tecnologia de polímeros, visando à fabricação dos pellets. “Compramos um medidor de índice de fluidez e um equipamento de ensaio universal para analisar tração, flexão e compressão”, afirma Ortega Filho. “Até o final do ano, receberemos uma máquina extrusora, na qual faremos estudos para desenvolver o produto com as características que o mercado demanda.” Toda essa aparelhagem será instalada na UFSCar, em um laboratório a ser construído. “Os recursos da FAPESP estão sendo essenciais para a viabilização comercial do Biocycle, nome comercial dado por nós ao PHB”, afirma o engenheiro de materiais Jefter Fernandes do Nascimento, coordenador do projeto do PIPE.
Por enquanto, as 60 toneladas anuais de Biocycle produzidas na PHB Industrial são enviadas principalmente para empresas e centros de pesquisa no exterior, que também trabalham no desenvolvimento dos pellets. “Exportamos para centros dos Estados Unidos e da Europa, como o Fraunhofer Institute, na Alemanha, e a empresa norte-americana Metabolix, cujos donos eram pesquisadores do Massachusetts Institute of Technology (MIT)”, diz Ortega Filho. “Eles estão fazendo o mesmo que a gente: tentando encontrar o pellet ideal para cada aplicação.” O bom é que a PHB está na frente e, se tudo der certo, a empresa estará exportando, em breve, pellets de plástico biodegradável.
Os Projetos
1. Obtenção e Caracterização de Polímeros Ambientalmente Degradáveis (PAD) a Partir de Fontes Renováveis: Cana-de-açúcar (nº 01/02909-9); Modalidade Programa de Inovação Tecnológica em Pequenas Empresas (PIPE); Coordenador Jefter Fernandes do Nascimento – PHB Industrial; Investimento R$ 338.840,00
2. Obtenção de Linhagens Bacterianas e Desenvolvimento de Tecnologia para a Produção de Plásticos Biodegradáveis a Partir do Hidrolisado de Bagaço de Cana-de-açúcar (nº 99/10224-4); Modalidade Linha regular de auxílio à pesquisa; Coordenadora Luiziana Ferreira da Silva – IPT; Investimento R$ 52.133,47 e US$ 19.645,00
