Biodegradação de plásticos com Eco-One. Este documento fornecerá uma visão geral sobre os seguintes tópicos:

Transcrição

1 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.

2 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

3 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:

4

5 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

6 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

7 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 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

8 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.

9 CONCLUSÃO Biodegradação em aterros sanitários é uma estratégia responsável para combater a grande quantidade de resíduos de plásticos que acabam em aterros sanitários.eco- One 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!