Microrganismo transforma Metano em Materiais Sustentáveis

O metano, um poderoso gás de efeito estufa, é gerado em várias indústrias essenciais, como a agricultura e o tratamento de águas residuais. Mas e se pudéssemos capturar esse gás antes que ele alcançasse a atmosfera e convertê-lo em algo útil?

A Mango Materials, uma empresa de biomanufatura da Califórnia, encontrou uma solução inovadora. Utilizando uma combinação especial de microrganismos que consomem metano, a empresa transforma esse gás em um polímero biodegradável chamado polihidroxialcanoato (PHA). Este polímero pode ser convertido em pellets de poliéster 100% biodegradáveis, usados para criar produtos duráveis, tecidos e filmes flexíveis com todas as propriedades convenientes dos plásticos, mas com um impacto ambiental significativamente menor.

Os materiais à base de PHA se decompõem muito mais rápido que os plásticos convencionais quando descartados, retornando ao metano e dióxido de carbono em poucas semanas ou meses, dependendo da espessura do produto.

“Estamos desenvolvendo um processo de carbono negativo”, afirmou Allison Pieja, cofundadora e Diretora de Tecnologia da Mango. “Nossas análises indicam que deve ser carbono negativo quando operando em escala total.”

Recentemente, Pieja e sua equipe concluíram a construção de uma instalação de produção de PHA em uma estação de tratamento de águas residuais em Vacaville, Califórnia. Lá, eles capturam o metano gerado por micróbios que limpam a água pública e o canalizam diretamente para biorreatores com suas bactérias consumidoras de metano.

A empresa já produz PHA suficiente para fabricar produtos de demonstração, incluindo um porta-sabonetes disponível para compra e dois protótipos de moda, um par de tênis de carbono zero da Allbirds e óculos de sol sustentáveis da renomada designer Stella McCartney.

A empresa está aumentando a capacidade da nova instalação para fornecer pellets de PHA em maior escala e, eventualmente, atuar como fornecedora para uma ampla gama de produtos ecológicos. “Não conheço nenhuma outra alternativa de plástico à base de biopolímeros que tenha o mesmo perfil de biodegradabilidade do PHA, combinado com suas propriedades mecânicas. Isso representa uma enorme oportunidade de mercado”, disse Molly Morse, CEO e cofundadora da Mango, que estudou PHA pela primeira vez como estudante de doutorado na Universidade de Stanford ao lado de Pieja.

Como todas as tecnologias de biomanufatura, levar o conceito do laboratório para um processo comercial eficiente não foi fácil. Ajudar grupos acadêmicos e industriais a superar essa transição é a especialidade dos cientistas da Advanced Biofuels and Bioproducts Process Development Unit (ABPDU), parte do Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) e financiada pelo Bioenergy Technologies Office do Departamento de Energia dos EUA.

Após fundar a empresa em 2012, a equipe da Mango passou anos otimizando sua cultura bacteriana, que produz PHA naturalmente e não é geneticamente modificada, além das condições de cultivo que induzem a geração de altos níveis de PHA.

A Mango focou em maximizar a quantidade e a pureza do PHA recuperado dos micróbios. Para isso, começaram a trabalhar com uma equipe da ABPDU liderada por Ning Sun. Durante esse período, colaboraram para testar equipamentos em escala industrial, determinando o que funcionava antes de investir em seus próprios sistemas de escala piloto.

Purificação do Produto

As bactérias transformam o metano em cadeias de PHA para armazenar energia, similar a como as plantas armazenam energia em amidos. Trabalhando juntos, a equipe de Sun e os cientistas da Mango testaram equipamentos e refinaram processos para extrair as células do “caldo” no biorreator, abrir as paredes celulares bacterianas e separar o PHA dos outros produtos celulares.

“Recebemos caldo da equipe de Allison em diferentes escalas, a maior foi de várias centenas de litros. Tentamos diferentes operações de recuperação para otimizar as condições, aumentando o rendimento e a pureza do produto final”, explicou Sun, cientista da ABPDU.

No final do projeto, que foi atrasado pela pandemia de COVID-19, a colaboração desenvolveu um processo que atingiu os altos rendimentos desejados. Pieja e seus colegas então souberam quais equipamentos de processamento a jusante precisavam para sua própria instalação de produção.

“Esse trabalho foi crucial para nós, pois tivemos acesso a uma instalação de processamento a jusante e a especialistas que sabem utilizá-la. Pudemos avaliar várias tecnologias diferentes para entender como nossa plataforma se comportava”, disse Pieja. “Agora temos um processo no qual estamos confiantes de que será lucrativo.”

Enquanto isso, a equipe da ABPDU ganhou mais experiência na extração de biopolímeros intracelulares. Até agora, a ABPDU trabalhou com 85 parceiros industriais, desde startups até empresas de biotecnologia estabelecidas, além de 20 laboratórios nacionais, centros de pesquisa e universidades, ajudando a escalar ou lançar produtos inovadores à base de biologia.

“Aprendemos muito com essa colaboração. A equipe conseguiu escalar um processo em escala de laboratório e testar diferentes configurações de equipamentos de recuperação de produtos que serão aplicáveis a extrações semelhantes de biopolímeros”, disse Sun.

O trabalho da Mango Materials na ABPDU foi financiado por subsídios do Departamento de Energia (DOE). A ABPDU possibilita que tecnologias de produtos e processos de biocombustíveis, biomateriais e bioquímicos em estágio inicial sejam escaladas com sucesso do laboratório para a relevância comercial.