Os plásticos possuem propriedades muito boas e permitem uma ampla gama de aplicações. Contudo, em sua síntese são utilizadas matérias-primas fósseis, como petróleo, gás e carvão, em larga escala. Os plásticos representam 6% do consumo global anual de petróleo. Ao final de suas vidas úteis eles também geram grandes quantidades de resíduos, os quais muitas vezes são difíceis de reutilizar ou reciclar. Isso vem acompanhado da emissão de milhões de toneladas de CO2 , as quais contribuem para o aquecimento global.

Essas emissões podem ser reduzidas por meio do prolongamento da vida útil dos plásticos e do uso de materiais reciclados. No entanto, essa abordagem ainda é muito difícil de ser adotada para muitas aplicações.

Outra possibilidade consiste no uso de plásticos de origem biológica, sintetizados a partir de matérias-primas renováveis, porque, ao contrário das matérias-primas fósseis, o carbono presente no plástico é naturalmente neutro em termos de CO2 ou de aquecimento global.

Na percepção do público, os bioplásticos são usados principalmente em sacos finos compostáveis, ou seja, sacos de lixo orgânico e sacolas de compras. As embalagens de comida entregues a domicílio e as sacolas estão atualmente na berlinda, como símbolos do lixo e de uma sociedade do descarte imoderado.

Esta imagem negativa não só gerou críticas, como também medidas legislativas específicas. A diretiva europeia sobre os chamados artigos de plástico de uso único proíbe talheres e pratos descartáveis, copos de poliestireno expandido (EPS), canudos e cotonetes feitos de plástico. Além disso, há pacotes de medidas para diversos produtos como, por exemplo, copos para bebidas, filtros de cigarro, embalagens externas e tampas.

Em contraste com o precedente estabelecido pela Diretiva 2015/720 da União Europeia, que se aplica apenas a sacolas plásticas, nenhuma exceção foi permitida para produtos plásticos biodegradáveis. De acordo com a lei promulgada em 2015, é facultado aos estados membros da União Europeia a possibilidade de incluir ou excluir as sacolas compostáveis com espessura de parede menor que 50 ¼m das metas de redução de longo alcance.

Na Itália essa situação criou o maior mercado nacional para sacolas plásticas biodegradáveis e compostáveis, as quais são usadas primeiro para compras e depois para a coleta de lixo orgânico.

O volume desse mercado é de cerca de 60.000 t, enquanto o mercado total europeu para essas sacolas plásticas, ultrafinas e semitransparentes para resíduos orgânicos, foi estimado em cerca de 150.000 t em 2020. No entanto, não existem números exatos ou estatísticas a respeito. São usadas para esse fim formulações elaboradas com copoliésteres biodegradáveis, como poli(butileno adipato-cotereftalato) (PBAT), poli (butileno succinato-co-tereftalato) (PBST) e poli(succinato de butileno) (PBS), que são sintetizados a partir de amido vegetal ou de outros polímeros, como o poli (ácido láctico) (PLA).

Procuram-se novas aplicações para os polímeros biodegradáveis

Esses produtos em forma de filme também podem ser usados no mercado de embalagens como filmes permeáveis ao vapor d’água e respiráveis para alimentos frescos. Esses polímeros ou formulações também são usados para revestimento de papelão, usando vários processos. Eles têm a função de formar uma barreira protetora ou gordurosa contra impurezas apolares (compostos orgânicos voláteis).

No entanto, ao contrário do que ocorre com o mercado de sacolas, sua participação no segmento de filmes usados nas embalagens para alimentos ainda é muito pequena,estando na faixa de milésimos. Seus custos, os quais correspondem a mais do que o dobro dos filmes convencionais feitos de polietileno (PE) ou polipropileno (PP), impedem que sejam usados de forma mais ampla. Além disso, os filmes feitos com PLA ou PBAT agora são classificados como sendo “não recicláveis na prática”. Por este motivo, os usuários interessados atualmente preferem ficar com monofilmes feitos de PE, PP ou poli(tereftalato de etileno) (PET).

Embora estes também sejam predominantemente reciclados de forma térmica, há, pelo menos, a possibilidade de coleta seletiva e, portanto, de reciclagem mecânica. Esses sistemas já existem para poliolefinas e PET, mas ainda não para o PLA e outros plásticos biodegradáveis.

No momento as embalagens plásticas biodegradáveis também não podem ser compostadas na Alemanha. Esse caminho, que faz sentido ao menos para alguns produtos selecionados, permanece fechado. A mesma tendência também pode ser observada em outros países da União Europeia que até agora estão mais abertos a esta rota de reciclagem. No parágrafo 21 (1) 2 da Lei Alemã sobre Embalagens (Deutsche Verpackungsgesetz) está explicitamente exigido que o uso de materiais reciclados e de matérias-primas renováveis seja promovido por meio de sistemas duais, mas as medidas legais explícitas até agora têm como objetivo apenas a reciclabilidade. Mesmo que a lei tenha definido um rumo certo, ainda não existem mecanismos que impulsionem a prática e gerem efeitos sustentáveis.

Agora que o mercado e as condições de aprovação para plásticos biodegradáveis neste segmento estão cada vez mais obscuros, os fabricantes são desafiados a abrir novas áreas de aplicação e canais de reciclagem. A biodegradabilidade pode constituir uma vantagem em aplicomplexas para carne fresca ou batatas fritas. Já no mercado alemão, apenas micro nichos são atendidos com plásticos biodegradáveis, como filmes de celulose para chocolate.

Alta demanda por variantes alternativas

No setor de embalagens, o maior mercado de plásticos, os chamados bioplásticos alternativos (drop-in) são consideravelmente mais capazes. Trata-se de polímeros estruturalmente idênticos aos obtidos a partir de matérias-primas fósseis, mas que são sintetizados a partir de matérias-primas renováveis.

O PE com origem biológica e o PET contendo 30% de matéria-prima natural estão no mercado há dez anos, com produção da ordem de centenas de milhares de toneladas, e atualmente sua capacidade de produção encontra-se quase esgotada. Ambas as variantes podem ser usadas em qualquer aplicação para a qual haja uma especificação do tipo entre as inúmeras variantes do polímero.

Sua reciclabilidade depende apenas do design do produto. A grande vantagem é a redução da pegada de carbono. Várias empresas de renome internacional se comprometeram com a proteção do meio ambiente e estabeleceram metas de economia específicas para esse fim. Ao usar poliolefinas ou PET com origem biológica pode-se chegar mais perto disso, com custos adicionais relativamente gerenciáveis.

Seria útil para o desenvolvimento tecnológico de biopolímeros alternativos que sua vantagem em termos de pegada de carbono também resultasse em uma vantagem competitiva em termos de preço. Se, por exemplo, o carbono presente nos materiais fosse considerado por meio de medidas de precificação de CO2 ou por impostos climáticos, os atuais custos dos bioplásticos, mais elevados em comparação com os plásticos de origem fóssil, ficariam nivelados em relação às resinas convencionais.

Insensível a crises políticas

As indústrias química e de plásticos já têm amplo acesso a esses polímeros. A rota de síntese via bioetanol estabelecida para PE ou via etilenoglicol (MEG) para PET poderia ser complementada por biometano (biogás) ou bionafta (provenientes de resíduos de gorduras ou óleo vegetal).

As instalações para essa síntese já estão prontas, os fabricantes só teriam de alimentar seus parques químicos e equipamentos de conversão térmica (craqueadores) com essas matérias-primas biogênicas. Isso faria com que o desenvolvimento de processos químicos usando matérias-primas renováveis experimentasse um salto quântico, semelhante ao alcançado no setor energético com a produção de energia regenerativa,graças ao apoio legislativo.

O potencial de matéria-prima é considerável: se os altos volumes de biocombustível e biometano atualmente usados como fonte de energia fossem aplicados como matéria-prima na indústria química, de forma concomitante com a eletrificação do setor de transportes, milhões de toneladas estariam disponíveis.

Os primeiros passos já vêm sendo dados. Colaborações ocorridas entre as empresas Neste (situada em Espoo, Finlândia), LyondellBasell (com sede em Rotterdam, Holanda) e IKEA (de Delft, Holanda) mostraram que polímeros com origem biológica também podem ser produzidos desta forma, para a qual não havia acesso anteriormente.

Agora já se dispõe de PP com 30% de origem biológica graças ao processo químico de alimentação e craqueamento. A gigante moveleira Ikea já está usando essa resina em seus produtos.

A síntese química em grande escala usando matérias-primas renováveis em vez de petróleo, gás ou carvão também é menos sensível a crises políticas. A biomassa é cultivada localmente e não precisa ser transportada em oleodutos ou naviostanque a partir de países instáveis.

Além disso, o portfólio de polímeros de base biológica seria quase ilimitado. Além das variantes atualmente disponíveis de PE, PP e PET, também é possível conceber variantes biológicas de poliestireno (PS), policarbonato (PC) ou de acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS). O espectro de polímeros com origem biológica pode ser significativamente expandido fornecendose matérias-primas biogênicas básicas em grandes parques químicos, a partir dos quais eles seriam disseminados ainda mais através da rede de dutos químicos.

Ao incorporar a biotecnologia e a química do CO2, ou seja, o uso direto desse gás, a indústria química e de plásticos, hoje francamente ativa no setor fóssil, no sentido literal da palavra, se tornaria, em algumas décadas, uma das futuras indústrias que, além de suas realizações técnicas, teria se dedicado inteiramente à sustentabilidade.

O uso de biomassa pode ser muito mais justificado nas indústrias química e de plásticos do que nos setores de energia e combustível. Usá-la como matéria-prima para plásticos traria valor agregado muito maior e o tempo decorrido até que o carbono biogênico se transformasse novamente em CO2 atmosférico poderia ser enormemente prolongado. Não só estão disponíveis aplicações de plástico com longa duração, como produtos para construção civil ou móveis, como também o pleno aproveitamento de processos de reutilização, reparo e reciclagem poderá fazer com que o CO2 permaneça combinado durante décadas de forma conveniente.

Armazenamento de CO2 em produtos

Esse uso de material em cascata aumentaria significativamente os períodos de manejo do CO2 e poderia representar uma espécie de sequestro de CO2 de forma simultânea com uso ativo. Atualmente, as regras para o sequestro de CO2 preveem pelo menos 100 anos de armazenamento e apenas florestas, na forma de madeira, e solos ou mares são permitidos para esse fim. Dependendo da aplicação, materiais poliméricos poderiam facilmente cobrir períodos de 30, 50 ou até 100 anos.

E um ciclo de reciclagem que funcione bem, como é o caso do PET, poderia novamente estender o período de armazenamento. As regras de sequestro devem ser examinadas sob este aspecto.

A meta de redução de temperatura em 1,5 °C, que foi globalmente estabelecida para combater o cada vez mais urgente problema climático, faz com que esses conceitos não mais soem como utopias verdes. A rapidez com que essa mudança pode ser realizada está sendo demonstrada pela transformação do setor de energia, que ocorreu em um curto espaço de tempo, e pela transformação que está ocorrendo atualmente na indústria automotiva em função da eletromobilidade.

A pressão para essa mudança é grande e vai continuar crescendo, porque as mudanças climáticas rapidamente se transformaram em uma emergência climática. Para reagir de maneira adequada e rápida, as empresas devem aprender a pensar em sistemas, de forma holística, e a considerar toda a cadeia de valor.

Os exemplos a seguir ilustram essa abordagem: as garrafas PET com origem biológica devem ser submetidas preferencialmente a ciclos múltiplos de reciclagem mecânica. Ao final deste ciclo, uma aplicação de alta qualidade pode ser sucedida por usos no segmento de fibras como, por exemplo, casacos para uso externo (figura 1) ou tapetes para uso automotivo ou residencial.

Fig. 1 – Jaquetas podem ser uma ótima opção para o uso final de fibras com origem biológica antes de serem recicladas quimicamente. A fabricante sueca de artigos esportivos Tierra já oferece jaquetas para atividades ao ar livre feitas com PA 11 100% biológico (Tierra)

A reciclagem subsequente da fibra seria possível por meio da despolimerização química até se chegar aos monômeros – e, a partir daí, o uso do material seria reiniciado. Tudo isso já é tecnicamente viável nos dias de hoje, e pode ser feito com relativamente poucas perdas e tem um efeito muito benéfico no balanço de CO2 . Só precisa haver articulação nesse sentido.

Uso em cascata de bioplásticos

Esses cenários de uso ampliado também podem ser concebidos para o PE. Alguns anos depois da primeira utilização de PEAD com origem biológica no setor de brinquedos, na forma de blocos para construção (figura2), pela Lego, com sede em Billund, Dinamarca, seguiu-se a conversão de um outro produto – por exemplo, um gramado esportivo (figura 3) com vida útil de 15 anos, o qual evoluiu e se transformou em um conglomerado na forma de blocos com cobertura de grama. Dessa forma, o CO2 atmosférico poderia ser mantido em uso como carbono de origem biológica durante décadas.

Fig. 2 – Peças de jogos costumam ser usadas durante vários anos. Portanto, eles representam uma aplicação inicial relevante para os bioplásticos. A Lego agora usa polietileno com origem biológica para algumas de suas peças de jogos (Lego)

Fig. 3 – Dentro de um cenário de uso holístico. As coberturas de gramado esportivo da PolytanSportsgroup são feitas de PE com origem biológica (Polytan-Sportsgroup)

Com algumas exceções, os plásticos com origem biológica são tipos relativamente novos de polímeros que estão começando a ser introduzidos de forma generalizada no mercado. Atualmente o acetato de celulose (CA), introduzido em 1865, é, de longe, o plástico com origem biológica de maior sucesso.

Uma variedade de produtos, como filmes para fotografia, armações de óculos, filtros de cigarro e revestimentos, é feita a partir dele (figura 4).

Fig. 4 – O acetato de celulose ou PA 11 com origem biológica é ideal para uso em armações de óculos (Harald Käb)

Nenhum outro biopolímero, termoplástico ou termofixo, atinge tal escala, de milhões de toneladas. Infelizmente quase não existem relatórios de mercado confiáveis ou estatísticas oficiais sobre biopolímeros. Portanto, suas aplicações atuais só podem ser identificadas a partir de exemplos concretos.

PLA: versátil e resistente à radiação ultravioleta

O polímero PLA, poli(ácido láctico), que ficou conhecido na forma de filmes ou copos, é um dos bioplásticos mais versáteis. Ele pode apresentar diferentes propriedades, resultantes de múltiplas variantes de estrutura polimérica, e é adequado para a fabricação de gabinetes para produtos elétricos e eletrônicos, como refrigeradores (figura 5) ou microcomputadores do tipo laptop. Graças às suas boas características de transformação, ele rapidamente se estabeleceu para uso em filamentos de impressoras tridimensionais para designers e amadores.

Fig. 5 – Os fabricantes de aparelhos elétricos também planejam usar bioplásticos em seus equipamentos. A Elektrolux apresentou seu conceito de refrigerador feito de plásticos com origem biológica (Elektrolux)

A impressão tridimensional pode ser usada para criar peças individualizadas para jogos ou elementos para o lar. Para escritórios, há cortinas em forma de rolo para manter a privacidade e para proteção contra o Sol, já que esse polímero é muito resistente aos raios ultravioleta sem a necessidade de muita aditivação.

O PLA, na forma de fibras, também apresenta boas características de respiração, razão pela qual é usado para a fabricação de colchas ou produtos têxteis. Esses produtos também são considerados hipoalergênicos e inofensivos à saúde, pois não contêm substâncias contaminantes.

Durante a pandemia de coronavírus foi realizada a fabricação de protetores faciais transparentes de PLA. Este polímero pode ser reciclado mecânica e quimicamente. No entanto, são necessários sistemas econômicos de reciclagem que só se tornam viáveis de maneira economicamente conveniente quando o volume de mercado é maior.

O poliéster poli(tereftalato de trimetileno) (PTT), resina similar ao PET, pode ser produzido a partir do 1,3-propanodiol obtido a partir de fontes naturais, o qual possui um átomo de carbono a mais do que o monoetilenoglicol. As fibras feitas com PTT são extremamente resistentes e, portanto, são usadas em tapetes e tecidos de alta qualidade.

Uma gama completa de poliamidas (PA) com origem biológica total ou parcial pode ser usada tanto como fibras de alto desempenho quanto como formulações para processamento termoplástico objetivando aplicações técnicas que apresentam requisitos severos.

O PA 11 é sintetizado quimicamente a partir do óleo de mamona e pode ser usado, por exemplo, nos condutos de combustível em veículos. A variante PA 4.10 é utilizada, entre outras coisas, como capô de motores. Múltiplas aplicações técnicas muito especiais, como tubos para freios de ar comprimido ou cavilhas, são conhecidas para as variantes 6.10 ou 6.12.

PE e TPU com origem biológica

Elastômeros termoplásticos (TPE) ou poliuretanos (TPU) com origem biológica encontram-se entre os bioplásticos mais novos e mais usados em aplicações técnicas (figura 6).

Fig. 6 – Os TPEs com origem biológica são usados principalmente para aplicações técnicas, como fitas de vedação para perfis de janelas (Arlanxeo Keltan)

Sua fração biogênica varia consideravelmente, dependendo da composição e formulação do produto final. Os produtos finais geralmente consistem de materiais diferentes, razão pela qual as frações com origem biológica são muito diversas. Em muitos casos os fabricantes não fornecem nenhuma informação concreta sobre o nível de fração biogênica. Contudo, na prática, eles têm origem em um componente poliol verde.

Há um número surpreendente de tais polióis com origem biológica. O espectro varia desde blocos de construção baseados em açúcar, dióis fermentados e triglicerol, a derivados de ácidos graxos de óleos vegetais.

Os TPEs são principalmente elastômeros apresentando composição complexa como, por exemplo, poliéteramida. As resinas de TPE possuem características amortecedoras e resiliência, razão pela qual são adequadas para uso em artigos esportivos, mas também como tapetes de banheiro ou peças macias em bonecos de brinquedo.

O TPU também é frequentemente encontrado na área de esportes e trilhas. Somente no caso de sapatos, solados, palmilhas ou estofados o consumo global é estimado em mais de 700.000 t por ano. Existem agora vários fabricantes de calçados que produzem solas e outros componentes usando materiais contendo frações de origem biológica para chuteiras de futebol ou tênis para caminhadas (figura 7).

Fig. 7 – Tênis para caminhadas com solas feitas de TPU com origem biológica: os fabricantes de calçados estão cada vez mais confiando nos bioplásticos devido à grande importância que seus clientes dão à proteção climática (VauDe)

A indústria de artigos esportivos descobriu os polímeros com origem biológica por si mesma, uma vez que muitos de seus clientes são consumidores críticos ao plástico.

Embora haja um grande potencial em ambas as áreas, os produtos feitos a partir de polímeros com origem biológica são até agora representados apenas de forma limitada nas indústrias de móveis, construção civil e engenharia, não sendo anunciados de forma explícita. Isto se deve ao fato de que muitos produtos contêm apenas pequenas proporções de materiais com origem biológica.

Não é raro encontrar polióis com origem biológica nas formulações de poliuretano (PUR) que são usadas, por exemplo, nas espumas para construção civil ou adesivos. Também o monômero epicloridrina (ECH), com origem biológica, pode ser produzido em grandes quantidades a partir da glicerina, que é um subproduto da produção de biocombustíveis. Ele também é bastante utilizado nas resinas epóxi devido ao seu preço muito competitivo.

Os poliepóxidos são usados como adesivos em muitos produtos compósitos com longa vida útil. Eles também podem ser encontrados na indústria aeronáutica e nas pás de turbinas eólicas, bem como em skates e pranchas de surfe.

O PU com origem biológica é usado preferencialmente para espumas flexíveis empregadas, por exemplo, em assentos estofados ou colchões. Embora existam muitos produtos individuais, esses mercados ou tipos de polímero nunca foram sistematicamente analisados visando a utilização de polímeros renováveis. É óbvio que existem oportunidades de mercado, pois agora existe uma “variante verde” para a maioria dos produtos finais.

Maior potencial do que apenas nas aplicações de nicho

Conforme já foi mencionado, dados de mercado confiáveis sobre o consumo de bioplásticos em diversas indústrias ainda são raros. Mas, em muitas aplicações, definitivamente ainda se trata de nichos com pequeno volume. Por muitas razões, no entanto, frequentemente o potencial é significativamente maior.

Proteção climática e economia circular como prioridades para o desenvolvimento

A falta de informações confiáveis sobre o mercado também dificulta o apoio às regulamentações legais, as quais muitas vezes permitem que as inovações sejam introduzidas no mercado.

No caso dos plásticos biodegradáveis é fácil perceber a importância da legislação para sua introdução no mercado. No entanto, os debates políticos e sociais nem sempre conduzem necessariamente a bons contextos para as inovações.

No caso dos plásticos biodegradáveis, a pressão exercida sobre produtos execrados, como sacolas ou pratos descartáveis, inicialmente promoveu o desenvolvimento do mercado.

A indústria acreditou que se livraria da pressão ao se voltar para produtos compostáveis e biodegradáveis. Essa demanda é um grande incentivo para os fabricantes desses polímeros que desejam investir e crescer. Mas a situação torna-se problemática quando os argumentos são insuficientes para pacificar a discussão crítica e justificar exceções às metas legais de redução.

Os fabricantes de plásticos biodegradáveis se deparam com a difícil situação de buscar novos campos de aplicação na Europa, pois seus produtos não mais podem ser utilizados em sacolas e pratos descartáveis. Eles falharam em apresentar biodegradabilidade e compostabilidade como uma vantagem decisiva.

As perspectivas são melhores e mais confiáveis quando funcionalidade e fortes argumentos ecológicos são combinados e os produtos não são vistos como supérfluos, mas sim como úteis e importantes.

Os plásticos com origem biológica só mostrarão sua força total como inovação quando os fabricantes adotarem o pensamento sistemático holístico e alinharem adequadamente seu posicionamento de mercado.

A economia circular e a prioridade à proteção do clima fornecem o contexto para o desenvolvimento e, igualmente, promovem amplo marketing.

A aplicação de plásticos com origem biológica em produtos de alta qualidade e longa duração, os quais podem ser usados em cascata por meio da reciclagem para a fabricação de outros produtos, não constituem apenas as aplicações ideais no início do lançamento no mercado.

Toda a indústria de plásticos tem de reconsiderar sua situação e já está se alinhando a esses princípios. Seu futuro está tão em questão quanto o da indústria de energia de origem fóssil e dos veículos movidos a Diesel e gasolina.

Algumas das soluções estão na gaveta e outras já se encontram no mercado, ainda que em pequena escala. Quanto mais inteligentes os conceitos e mais forte a motivação dos grandes jogadores, mais rápido o avanço será alcançado em todo o tabuleiro.