Avaliação da biodegradabilidade em lodo ativado, degradação enzimática e Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) de materiais poliméricos obtidos de fontes renováveis

Abstract

A crescente preocupação com os problemas ambientais relacionados aos polímeros derivados do petróleo, cuja origem é limitada, justifica o interesse gradativo no uso de polímeros obtidos de fontes renováveis. Estes materiais evidenciam-se por serem uma alternativa ambientalmente correta aos polímeros de procedência petroquímica. Muitos deles também apresentam propriedades que os tornam suscetíveis a ataques microbianos por meio do processo de biodegradação, resultando em um descarte seguro ao ambiente. Neste contexto, a utilização de testes de laboratório para medir a biodegradabilidade e a aplicação de metodologias de avaliação de desempenho ambiental de novos polímeros sintetizados é de imprescindível importância. Dessa forma, o principal objetivo deste trabalho foi avaliar a biodegradabilidade em lodo ativado, a degradação enzimática e o ciclo de vida dos polímeros poli(diundec-10-enoato de dianidro-D-glucitila/1,4-butanoditiol) ou poli(DGU-BDT) (P1) e poli(1,3-propileno diundec-10-enoato/1,4-butanoditiol) ou poli(PDE-BDT) (P2) obtidos de fontes renováveis (amido e bioglicerol). Para tanto, utilizou-se o método respirométrico ? sistema Oxitop, que mede a Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), o teste de degradação enzimática por perda de massa e a metodologia de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV), utilizando o software OpenLCA para quantificar os impactos e aspectos ambientais da produção destes materiais. Além disso, foram realizadas análises GPC, FTIR e DSC antes e após os ensaios de biodegradação, a fim de verificar suas propriedades, como massa molar, grupamentos químicos e comportamento térmico. Os resultados do teste de biodegradabilidade em lodo ativado mostraram um baixo percentual de biodegradação, em torno de 13% para P1 e 4% para P2, em relação ao controle do procedimento (amido) que alcançou 79% e 64%. No entanto, o poli(PDE-BDT) foi considerado uma substância inibidora de biodegradação. Já os resultados do teste de degradação enzimática seguido de biodegradação mostraram um aumento do percentual em relação ao experimento inicial, alcançando 30% e 17%. Destaca-se que a degradação enzimática apresentou uma perda de massa considerável para P1 e P2, em torno de 32% e 12%, em relação ao meio PBS sem enzima que atingiu 0,5% e 1%. Os espectros de GPC, FTIR e GPC dos materiais também apresentaram significativas mudanças, principalmente o surgimento de novos grupamentos químicos. Na ACV, as três categorias de impacto mais relevantes para P1 e P2 foram a ecotoxicidade terrestre, o aquecimento global e a toxicidade humana não carcinogênica que contribuem com os potenciais danos à litosfera, o aquecimento global e os possíveis danos à saúde humana. Já os aspectos ambientais de maior contribuição foram a eletricidade (79,3-97,4% e 78,80-98,40%), o monômero DGU e PDE (2,38-20,4% e 1,18-20%), o 1,4-butanoditiol (0,06-0,38% e 0,11-0,71%). Por fim, na comparação entre os materiais, o P2 apresentou menores impactos em todas nas categorias de impactos avaliadas, garantido uma produção mais sustentável em relação ao P1.

Abstract: The growing concern about the environmental problems related to polymers derived from petroleum, whose origin is limited, justifies the gradual interest in the use of polymers obtained from renewable sources. These materials are an environmentally friendly alternative to petrochemical polymers. Many of them also have properties that make them susceptible to microbial attack through the biodegradation process, resulting in safe disposal in the environment. In this context, the use of laboratory tests to measure biodegradability and the application of methodologies to assess the environmental performance of newly synthesized polymers is of vital importance. Therefore, the main objective of this work was to evaluate the biodegradability in activated sludge, the enzymatic degradation and the life cycle of the polymers poly (diundec-10-enoate dianhydro-D-glucityl/1, 4-butanediol) or poly (DGU-BDT) (P1) and poly (1,3-propylene diundec-10-enoate/1,4-butanediol) or poly (PDE-BDT) (P2) obtained from renewable sources (starch and bioglycerol). To this end, the respirometric method - Oxitop system was used, which measures Biochemical Oxygen Demand (BOD), the enzymatic degradation test by mass loss and the Life Cycle Assessment (LCA) methodology, using OpenLCA software to quantify the environmental impacts and aspects of the production of these materials. In addition, GPC, FTIR and DSC analyses were carried out before and after the biodegradation tests in order to verify their properties, such as molar mass, chemical groupings and thermal behavior. The results of the biodegradation test in activated sludge showed a low percentage of biodegradation, around 13% for P1 and 4% for P2, compared to the control procedure (starch) which reached 79% and 64%. However, poly (PDE-BDT) was considered a biodegradation inhibitor. The results of the enzymatic degradation test followed by biodegradation showed an increase in percentage compared to the initial experiment, reaching 30% and 17%. It should be noted that the enzymatic degradation showed a considerable loss of mass for P1 and P2, around 32% and 12%, compared to the PBS medium without enzyme, which reached 0.5% and 1%. The GPC, FTIR and GPC spectra of the materials also showed significant changes, especially the appearance of new chemical groups. In the LCA, the three most relevant impact categories for P1 and P2 were terrestrial ecotoxicity, global warming and non-carcinogenic human toxicity, which contribute to potential damage to the lithosphere, global warming and possible damage to human health. The environmental aspects with the greatest contribution were electricity (79.3-97.4% and 78.80-98.40%), DGU and PDE monomer (2.38-20.4% and 1.18-20%), 1.4-butanediol (0.06-0.38% and 0.11-0.71%). Finally, when comparing the materials, P2 showed lower impacts in all the impact categories evaluated, guaranteeing more sustainable production than P1.