RUMBA: algas com limoneno para remover microplásticos e transformá-los em bioplástico

Cientistas já experimentaram inúmeras técnicas para retirar microplásticos da água, mas a maioria acarreta limitações importantes.

Muitas vezes, o próprio processo gera material contaminado que depois não tem um destino útil.

Os filtros conseguem reter partículas, mas as lamas resultantes continuam a exigir armazenamento ou eliminação. No fundo, o plástico apenas é deslocado de um sítio para outro.

Para contornar este impasse, investigadores desenvolveram um sistema em que as algas que capturam os microplásticos também os convertem noutro material.

A remoção e a produção ocorrem no mesmo tanque, e todo o mecanismo assenta no composto oleoso que dá às cascas de laranja o seu aroma característico.

Algas que se agarram ao plástico

O estudo foi conduzido pela Dr.ª Y. Dai, da Faculdade de Engenharia da University of Missouri (Mizzou). A plataforma chama-se RUMBA, sigla de Remediation and Upcycling of Microplastics by Algae.

As actuais estações de tratamento de águas residuais conseguem retirar pedaços de plástico visíveis, que tendem a flutuar e a acumular-se à superfície.

Já os fragmentos mais pequenos escapam a qualquer filtragem e acabam por chegar à água potável, a lagos e a rios. Até agora, não existia um método realmente eficaz para os recuperar.

A proposta da equipa foi pôr as algas a fazer esse trabalho. Já era conhecido que certas células conseguem aprisionar plástico, formando aglomerados que afundam, o que permite recolher a biomassa.

O grande desafio estava em perceber que química explicava este comportamento.

Química dos citrinos, passo a passo

Os investigadores não recorreram a uma alga escolhida ao acaso. Em vez disso, modificaram geneticamente uma estirpe de crescimento rápido de cianobactérias chamada Synechococcus elongatus.

Essa estirpe passa a produzir limoneno, o óleo natural responsável pelo cheiro cítrico das laranjas.

O limoneno não fica retido no interior celular: desloca-se para a superfície da célula, onde torna as algas mais repelentes à água.

Como a maioria dos plásticos também é repelente à água, quando ambos são misturados as algas aderem ao plástico e arrastam-no para baixo.

Algas mostram eficácia

Foram adicionadas às células modificadas partículas com 200 a 800 nanómetros de largura - demasiado pequenas para serem vistas sem microscópio.

Em apenas uma hora, 91.4% dessas partículas tinham assentado no fundo do recipiente. Com a estirpe não modificada, não ocorreu nada comparável.

O resultado foi evidente. Imagens de microscopia electrónica revelaram pontos de plástico concentrados nas zonas de contacto onde as células modificadas se uniam.

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

Quando a equipa adicionou um químico do tipo detergente, capaz de desfazer as superfícies repelentes à água, o efeito desapareceu por completo.

O conjunto de dados apontou com força para a camada de limoneno como o agente responsável.

Resultados de limpeza em condições reais

Uma coisa é um tanque limpo em laboratório; outra, bem diferente, é água residual real, mais turva e carregada de orgânicos dissolvidos e partículas concorrentes.

Para testar essa diferença, a equipa usou amostras de uma estação de tratamento local e de um lago no campus.

As algas modificadas removeram cerca de 90% do poliestireno em ambos os tipos de água, para tamanhos de 500 ou 800 nanómetros. Mesmo para as partículas mais pequenas, de 200 nanómetros, a remoção ficou ainda em torno de 80%.

Outros plásticos também reagiram. O PET, polímero presente em garrafas de refrigerantes, e o polietileno, comum na maioria dos sacos de compras, aderiram igualmente às células quando observados ao microscópio.

A resolver vários problemas de uma vez

A partir daí, os investigadores foram mais longe. As células modificadas foram deixadas a crescer dentro de água residual durante vários dias, alimentando-se do que já existia no meio.

Ao longo de cinco dias, as algas removeram 97.5% do nitrato e praticamente toda a amónia de uma amostra. Quando foi acrescentada uma pequena quantidade de meio de crescimento, a remoção de fosfato aproximou-se de 100 percent.

Em paralelo, as mesmas células continuaram a capturar microplásticos, retirando até 88.6% em ensaios prolongados.

Assim, um único tanque executou três funções: remoção de nutrientes, captura de plástico e produção de biomassa. Retirar estas partículas antes de chegarem a um copo de água é de enorme importância.

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

De resíduo a bioplástico

Com muitos métodos anteriores, o plástico recolhido acabava armazenado ou depositado em aterros, trocando um problema ambiental por outro.

Em contraste, a equipa de Dai tratou as lamas de algas e plástico como matéria-prima. Processaram os sedimentos e, depois, realizaram ensaios mecânicos aos 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 uma tonalidade dourado-esverdeada suave, devido à clorofila e aos carotenoides presentes na biomassa. Tinham menor resistência à tracção, mas revelaram maior flexibilidade e maior tenacidade do que o plástico puro.

Até este trabalho, ninguém tinha combinado, num único fluxo de trabalho, a captura de microplásticos com a sua valorização em bioplástico. A poluição recolhida passa a ser um recurso, em vez de criar um problema de eliminação.

Escalar a tecnologia

Os resultados iniciais são animadores. Numa versão em lagoa a céu aberto, a produção de bioplástico poderia atingir $3.58 por quilograma. Este valor está próximo dos preços actuais do bioplástico.

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

A Dr.ª Dai já opera na Mizzou um biorreactor de 100 litros, conhecido pela alcunha “Shrek”, actualmente usado para depurar gases de combustão industriais. Como referiu, versões maiores poderão vir a ser integradas em estações municipais de tratamento de águas residuais.

“Ao remover os microplásticos, limpar as águas residuais e, eventualmente, usar os microplásticos removidos para criar produtos de bioplástico para o bem, conseguimos enfrentar três problemas com uma só abordagem”, concluiu a Dr.ª Dai.