RUMBA usa algas e limoneno para remover microplásticos e criar bioplástico

Muitos métodos já foram avaliados por cientistas para retirar microplásticos da água, mas a maioria traz limitações importantes.

Em diversas abordagens, o resultado final é um material contaminado sem destinação útil.

Até quando filtros conseguem reter as partículas, sobra um lodo que precisa ser armazenado ou descartado. No fim, o plástico apenas é deslocado de um lugar para outro.

Para contornar esse impasse, pesquisadores desenvolveram um sistema no qual a alga que captura os microplásticos também os converte em um novo produto.

A remoção e a fabricação ocorrem no mesmo tanque, e todo o processo é alimentado pelo composto oleoso responsável pelo cheiro característico das cascas de laranja.

Algas que grudam no plástico

O trabalho foi conduzido pela Dra. Y. Dai, da Faculdade de Engenharia da University of Missouri (Mizzou). O sistema recebeu o nome RUMBA, sigla em inglês para Remediação e Reciclagem de Microplásticos por Algas.

As estações de tratamento de esgoto atuais conseguem reter pedaços de plástico visíveis, que tendem a flutuar e se acumular na superfície.

Já os fragmentos menores escapam de todos os filtros e acabam chegando à água potável, a lagos e a rios. Até aqui, não existia um modo eficaz de recuperá-los.

A proposta do grupo foi fazer com que as algas realizassem o trabalho. Os cientistas já sabiam que células podem aprisionar plástico, formando aglomerados que afundam e permitem a coleta da biomassa.

O obstáculo, então, era decifrar a química que sustenta esse fenômeno.

Química cítrica explicada

Para essa função, a equipe não escolheu uma alga ao acaso. Em vez disso, eles modificaram geneticamente uma cepa de crescimento rápido de cianobactéria chamada Synechococcus elongatus.

Essa cepa passa a produzir limoneno, o óleo natural que dá às laranjas o aroma cítrico.

O limoneno não permanece dentro das células: ele se desloca para a superfície celular, onde torna a alga mais repelente à água.

Como a maioria dos plásticos também repele água, ao serem misturados, as algas se aderem ao plástico e o arrastam para baixo.

Algas se mostram eficazes

Partículas com largura entre 200 e 800 nanômetros - pequenas demais para serem vistas sem microscópio - foram adicionadas às células modificadas.

Em até uma hora, 91.4% já havia se depositado no fundo do recipiente. Nada semelhante foi observado com a cepa não modificada.

O efeito foi evidente. Imagens de microscopia eletrónica revelaram pontos de plástico concentrados nas junções em que as células modificadas se agrupavam.

Uma técnica de imagem química especializada detectou o sinal do limoneno exatamente nesses locais - precisamente onde os aglomerados de plástico se formavam.

Quando o grupo adicionou um composto semelhante a detergente, capaz de desfazer as superfícies repelentes à água, o fenómeno desapareceu por completo.

As evidências indicaram de forma robusta que o revestimento de limoneno era o agente responsável.

Resultados de limpeza no mundo real

Um tanque de laboratório limpo é uma coisa; já um efluente real é mais turvo e carregado de orgânicos dissolvidos e partículas concorrentes.

Para testar nessas condições, a equipa avaliou amostras de uma estação de tratamento local e de um lago do campus.

As algas modificadas removeram cerca de 90% do poliestireno em ambos os tipos de água para partículas de 500 ou 800 nanômetros. Para as menores, de 200 nanômetros, a remoção ainda ficou em torno de 80%.

Outros plásticos também reagiram. O PET, polímero presente em garrafas de refrigerante, e o polietileno, usado na maioria das sacolas de supermercado, também se prenderam às células quando observados ao microscópio.

Resolvendo múltiplos problemas

Na etapa seguinte, os pesquisadores avançaram nos testes. As células alteradas foram mantidas a crescer dentro do efluente por vários dias, usando como fonte de nutrientes o que já estava disponível.

Ao longo de cinco dias, as algas removeram 97.5% do nitrato e quase toda a amónia de uma amostra. Com a adição de uma pequena quantidade de meio de crescimento, a remoção de fosfato subiu para perto de 100 percent.

Ao mesmo tempo, essas mesmas células continuaram a capturar microplásticos, chegando a retirar até 88.6% em execuções prolongadas.

Assim, um único tanque cumpriu três funções: redução de nutrientes, captura de plástico e produção de biomassa. Retirar essas partículas antes que acabem num copo de água é extremamente importante.

Um artigo recente associou microplásticos encontrados em placas nas artérias humanas a taxas mais elevadas de ataques cardíacos, AVCs e morte.

De resíduo a bioplástico

Em métodos anteriores, o plástico recolhido muitas vezes era apenas armazenado ou enviado para aterros, trocando um problema ambiental por outro.

Diferentemente disso, a equipa da Dai tratou o lodo de algas com plástico como matéria-prima. Eles processaram os sedimentos e, depois, realizaram ensaios mecânicos nos filmes obtidos.

O compósito alongou-se 2.3 vezes mais do que o poliestireno puro e absorveu 2.2 vezes mais energia antes de se romper.

Os filmes apresentaram um leve tom dourado-esverdeado devido à clorofila e aos carotenoides presentes na biomassa. Eles tiveram menor resistência à tração, mas mostraram-se mais flexíveis e mais tenazes do que o plástico puro.

Até este estudo, ninguém havia combinado a captura de microplásticos com a reciclagem em bioplástico dentro de um único fluxo de trabalho. A poluição capturada passa a ser um insumo, em vez de gerar um novo impasse de descarte.

Escalando a tecnologia

Os resultados iniciais são animadores. Numa versão em lagoa aberta, a produção de bioplástico poderia chegar a $3.58 por quilograma, valor próximo dos preços atuais do bioplástico.

Além disso, o processo funciona com fontes renováveis e remove mais dióxido de carbono do que emite. Em contraste, todos os outros métodos de bioplástico aumentam as emissões.

A Dra. Dai já opera na Mizzou um biorreator de 100-litros apelidado de “Shrek”, hoje usado para depurar gases de chaminé industriais. Segundo ela, versões maiores poderiam, no futuro, ser instaladas em estações municipais de tratamento de esgoto.

“Ao remover os microplásticos, limpar o efluente e, eventualmente, usar os microplásticos removidos para criar produtos de bioplástico para o bem, conseguimos enfrentar três questões com uma única abordagem”, concluiu a Dra. Dai.