Biopl

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Bioplásticos
uma alternativa ecológica
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O Bioplástico é um plástico produzido a partir de
recursos biológicos renováveis, completamente
biodegradáveis.
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Vantagens A maioria dos plásticos produzidos no
mundo são sintéticos, compostos derivados de
petróleo e demoram de 200 a 400 anos ou mais para
se degradarem. Sendo somente 15 dos plásticos
são reciclados. Bioplástico em contato com um
ambiente biologicamente ativo, que tenha presença
de bactérias e fungos, associado à temperatura e
umidade, é transformado novamente em gás
carbônico e água, concluindo o ciclo de vida sem
impactar o meio ambiente.
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O ideal seria substituir totalmente a atual 
condição dependente de óleo fóssil por
matéria-prima renovável. Conseqüentemente, 
teríamos emissão zero (net zero) de CO2  
durante todo o processo produtivo. No entanto,
para termos uma solução economicamente viável 
sustentável, é importante que o novo produto seja
compatível com os processos industriais
existentes  e que tenha  um preço competitivo
com as atuais matérias primas de plásticos
baseados em de  petróleo.
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• As pesquisas atuais nas áreas de substituição por
  renováveis têm como alvo os produtos químicos que
  possuem propriedades que os tornam potenciais
  substitutos para os petroquímicos atuais.
• O custo de produção é um fator importante  para
  que os novos produtos químicos à base de biomassa
  possam competir com os produtos petroquímicos  e,
  assim, encontrarem um nicho inicial no mercado.
• Além disso, é importante desenvolver uma análise
  completa do ciclo de vida (LCA) de qualquer
  solução ou nova alternativa.

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Principais tipos de plásticos com credencial
verde Classes Exemplos De fonte renovável,
biodegradável Ácido polilático (PLA), como o
Ingeo, da NatureWorks polihidroxialcanoato
(PHA), como o Biocycle De fonte renovável,
não-biodegradável Polietileno alcoolquímico,
como o PE verde da Braskem Parcialmente de
fonte renovável, biodegradável Blendas de PLA ou
amido com copolímeros de base fóssil, como o
Ecobras, da Basf Parcialmente de fonte
renovável, não-biodegradável PET de eteno
verde (PlantBottle da Coca-Cola, por exemplo)
PVC de eteno verde De fonte fóssil,
biodegradável Copoliésteres aromáticos como o
Ecoflex, da Basf O quadro acima se baseia na
norma NBR 15448 da ABNT, que versa sobre
biodegradabilidade e compostagem de embalagens
plásticas. Por isso, não inclui os chamados
plásticos oxi-biodegradáveis (resinas
convencionais que se degradam rapidamente graças
à incorporação de aditivos especiais), não
referendados por aquele instrumento
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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O Brasil produz 6 milhões de toneladas de
plástico e o mundo 200 milhões de toneladas por
ano. Por isso, o mercado do Bioplástico deverá
crescer muito nos próximos anos.
Em 2015, o mercado de Bioplásticos no Brasil
deve alcançar US 618 milhões, com 250.086 MT
consumidas localmente. O mercado de
Bioplásticos no Brasil é composto principalmente
pelo PLA, um bioplástico obtido a partir do
amido, e pelas resinas PHB, correspondendo a
1.286 MT (toneladas métricas) e receita de US
4,4 milhões.
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O mercado de Bioplásticos no Brasil é composto
principalmente pelo Ácido láctico e seu  ácido
poli-lático polímero (PLA), um bioplástico obtido
a partir do amido, e pelas resinas PHB
(polihidroxibutirato) , correspondendo a 1.286 MT
(toneladas métricas) e receita de US 4,4
milhões. O Ácido poli-lático polímero (PLA)
podem ser usado como alternativas para substituir
os polímeros derivados de combustíveis fósseis
como o plástico PET e isopor (polystyrene).
Atualmente PLA já é utilizado como uma
alternativa biodegradável para embalagens e
materiais como fonte de fibras. PLA é uma
alternativa economicamente viável em larga escala
com uma produção atual de 450K  toneladas por ano.
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(No Transcript)
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As garrafas de elaboradas com o PLA (Acido
Poliláctico), é um bioplástico derivado de
recursos anualmente renovável. Já as garrafas em
PET (Tereftalato de polietileno), atuais
derivadas do petróleo, são um recurso não
renovável.
As de PLA se desintegram em cerca de três a
quatro meses sob condições de compostagem
industrial (umidade de 80 e temperatura
constante superior a 60º C) ou um pouco mais se
descartado na natureza, sem produzir resíduos
tóxicos.
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O uso do PLA utiliza 67 menos combustível
fóssil para fazer a resina dos frascos comparados
ao PET de tamanho similar. Isto conduz a 90
menos em emissões de gases de efeito estufa para
se fazer a resina. Todas as emissões de gases de
efeito estufa que são produzidas no processo de
produção estão sendo diminuídos, minimizando o
impacto no meio ambiente.
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Polímero Termo que vem do grego (poli - muitas e
mero partes) moléculas grandes ou
macromoléculas, formadas de várias unidades
repetitivas (monômeros). POLIETILENO
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Polímeros
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Biopolímeros

•   Moléculas de elevado peso molecular encontradas
  na natureza.
• Sintetizados naturalmente pelos seres vivos,
  independente da ação humana.
• São de origem orgânica, tendo feito parte da
  estrutura de algum ser vivo, quer seja bactéria,
  planta ou animais superiores.
• Existem desde o princípio da vida, uma vez que
  DNA e RNA são biopolímeros.

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Biotecnologia
Biotransformação
Biopolímeros
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Ácido Lático
CARACTERÍSTICAS ?? Isomeria óptica Destrógiro
D-ácido lático Levógiro L-ácido lático (com
atividade fisiológica) Racêmico D,L-ácido
lático ?? Ponto de fusão 18C (racêmico) 28C
(D e L) ?? Ponto de ebulição 122C (racêmico) ??
Altamente corrosivo
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Métodos de Produção O Ácido Lático pode ser
produzido tanto por síntese química quanto por
fermentação
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SÍNTESE QUÍMICA 1. Adição de ácido
cianídrico CH3CHO HCN CH3CHOHCN
(Lactonitrila) 2. Hidrólise por H2SO4 CH3CHOHCN
H2O ½ H2SO4 CH3CHOHCOOH (Ác. Lático) ½
(NH4)2SO4 3. Esterificação CH3CHOHCOOH CH3OH
CH3CHOHCOOCH3 (Metil Lactato) H2O 4. Hidrólise
por H2O CH3CHOHCOOCH3 H2O CH3CHOHCOOH
CH3OH 5. Oxidação do propileno glicol 6. Reação
entre acetaldeído, CO e H2O a altas temperatura e
pressão 7. Hidrólise do ácido cloropropiônico 8.
Oxidação do propileno por ácido nítrico
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Fermentação As bactérias ou outros
micro-organismos produzem em massa os
biopolímeros em bio-reatores (tanques de
fermentação). Os biopolímeros (ácido lático)
são extraídos dos bio-reatores e processados
quimicamente em forma de plásticos.
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Agentes As Bactérias Láticas podem ser divididas
de acordo com os produtos formados 1. Bactérias
Homofermentativas - importantes na produção do
ácido lático Os primeiros estágios da via
metabólica da fermentação lática são os mesmos da
fermentação alcoólica (via glicolítica). Intermedi
ário importante ácido pirúvico (lactato
desidrogenase) Rendimento energético 2 moles
ATP / mol de glicose 2. Bactérias
Heterofermentativas - fermentação da glicose
resulta em vários produtos (ácido lático,
oxalacético e fórmico). Degradam a glicose
através da via oxidativa das pentoses
fosfato. Intermediários importantes ácido
pirúvico e o aldeído acético. Rendimento
energético 1 mol ATP / mol de glicose
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Agentes Micro-organismos, Carboidrato e
Temperatura L. delbrüeckii glicose, galactose ()
45 - 50º C L. bulgaricus glicose, galactose,
lactose 45 - 50º C L. casei glicose, galactose,
lactose 30º C L. leishmanii lactose, galactose
() gt 30º C L. brerus (pentoaceticus) glicose,
galactose () gt 30º C
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Agentes PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS ?? Gram
positivas ?? Microaerofílicas - incapazes de
sintetizar ATP por meio respiratório ?? Catalase
negativa - incapacidade de sintetizar
hemeproteínas ?? Não esporuladas ?? Usualmente
não apresentam mobilidade ?? Apresentam colônias
pequenas e apigmentadas ?? Possuem habilidade
biossintética limitada - necessitam de
aminoácidos, vitaminas (riboflavina), bases
purínicas e pirimídinicas (meios contendo
peptona, extrato de levedura ou outros materiais
vegetais ou animais digeridos) ?? Bactérias
acidófilas bastonetes - não crescem a pH gt
6,0 cocos - pH neutro pH ótimo para crescimento
4,5
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MEIOS DE PRODUÇÃO Soro de leite, N orgânico 4
- 5 de lactose Melaço, N orgânico, vitaminas,
extrato de levedo 12 de sacarose CONDIÇÕES DE
PRODUÇÃO Crescimento celular atinge seu máximo
com 18 h Fermentação se completa entre 42 h a 5
dias pH 5,0 - 5,8 (controle do crescimento de
contaminantes) Adição de CaCO3 ou Ca(OH)2
tamponamento do meio (a cada 6h) Agitação
manter o contato entre o CaCO3 e o ácido lático
que vai se formando Rendimento Médio 85 a 90
em relação ao açúcar consumido C6H12O6 Ca(OH)2
(2 CH3CHOHCOO-) Ca2 2 H2O
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(No Transcript)
28
(No Transcript)
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Polihidroxialcanoatos (PHA)

• Por serem BIODEGRADÁVEIS, são bem vistos pelos
  ambientalistas.

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Polihidroxialcanoatos (PHA)

• PHAs são estudados à mais de 80 anos
• - 1926 1ª determinação da composição de
  PHAs por Maurice Lemoigne
• - 1958 PHA é utilizada como fonte de
  reserva de carbono e energia

• São sintetizados por bactérias de 75 gêneros
  diferentes.

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POLIHIDROXIBUTIRATO (PHB)

• O principal representante dos PHAs.
• Possui propriedades físicas e químicas
  semelhantes às do polipropileno (polímero
  sintético).
• É um homopolímero biodegradável (monômeros de
  hidroxibutirato).
• São sintetizados no interior de bactérias e
  armazenados no citoplasma na forma de grânulos
  lipofílicos.
• A quantidade de polímero acumulado pode atingir
  80 do peso celular.

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POLIHIDROXIBUTIRATO (PHB)

• Em geral, a síntese de PHB por bactérias ocorre
  quando há excesso de fonte de carbono e a
  limitação de pelo menos um nutriente necessário à
  multiplicação das células (N, P, Mg, Fe etc.).

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POLIHIDROXIBUTIRATO (PHB)
Seleção e manutenção do m.o.
Fase de multiplicação celular Inóculo (shaker
16-24h / 30-34C / 100-250rpm)
Fase de produção de PHB Excesso de Carbono
Limitação de nutriente (shaker ou biorreator
48-96h / 30-34C / 150-250rpm)
Centrifugação - separação das células
Extração do PHB rompimento das células por
solventes
Purificação por filtração - secagem
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POLIHIDROXIBUTIRATO (PHB)
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Desafios para Produção
POLIHIDROXIBUTIRATO (PHB)
Redução dos custos
A redução dos custos de produção depende 1
Da obtenção de linhagens altamente eficientes na
conversão dos substratos no produto desejado. 2
De utilização de substratos de baixo custo. 3
Do desenvolvimento de processos que permitam
explorar ao máximo o potencial dessas
linhagens. 4 Do desenvolvimento de processos
de extração-purificação.

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- Aplicações

• Embalagens
• Plásticos convencionais
• Fios de sutura cirúrgica
• Implantes ósseos
• Fármacos de libertação lenta
• Produtos de liberação de pesticidas

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BIODEGRADAÇÃO
Semanas 0 2 4
6 8 10
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BIODEGRADAÇÃO
Estágio inicial 32 dias
45 dias 52
dias
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POLIHIDROXIALCANOATOS
PHAs comerciais
Preços praticados US 12 30/Kg
40
Henry Ford, célebre patrão da Ford, utilizou
materiais de soja para manufatura de peças
automóveis. Um Ford típico de 1936 continha
assim algum plástico de soja em diversas peças.