O metano, um potente gás de efeito estufa, é produzido naturalmente em várias indústrias cruciais, como agricultura e tratamento de águas residuais. E se pudéssemos capturar esse gás antes que ele vá para a atmosfera e transformá-lo em algo útil?
A Mango Materials, uma empresa de biomanufatura baseada na Califórnia, inventou uma maneira de fazer exatamente isso. Utilizando uma mistura especial de microrganismos que consomem metano, o processo da Mango converte metano em um polímero biodegradável chamado polihidroxialcanoato (PHA). Esse polímero pode ser transformado em pellets de poliéster 100% biodegradáveis para formar produtos duráveis, tecidos e filmes flexíveis que possuem todas as propriedades convenientes dos plásticos, mas com um impacto ambiental muito menor.
Os materiais à base de PHA se degradam em uma fração do tempo necessário para os plásticos comuns quando descartados no meio ambiente. E eles se decompõem de volta em metano e dióxido de carbono em poucas semanas ou meses, dependendo da espessura do produto, quando são descartados em uma instalação de resíduos como previsto.
“Estamos trabalhando em um processo com carbono negativo”, disse Allison Pieja, co-fundadora e Diretora de Tecnologia da Mango. “Nossas análises mostram que ele deve ser negativo em carbono quando operando em escala total.” Pieja e seus colegas recentemente terminaram de construir uma instalação de produção de PHA localizada em uma estação de tratamento de águas residuais em Vacaville, Califórnia, onde capturam o metano produzido por micróbios que limpam o abastecimento público de água e o canalizam diretamente para biorreatores com suas bactérias que consomem metano.
A empresa já está gerando PHA suficiente para fazer produtos de demonstração, incluindo uma saboneteira que está disponível para compra e dois produtos protótipos de moda – um par de tênis neutros em carbono pela Allbirds e óculos de sol sustentáveis do renomado designer Stella McCartney.
Eles agora estão acelerando a nova instalação para entregar pellets de PHA formulados em maior escala e, eventualmente, atuar como fornecedores para uma gama diversificada de produtos ecológicos. “Não conheço nenhuma outra alternativa de plástico à base de biotecnologia que tenha o mesmo perfil de biodegradabilidade que o PHA e, combinado com as propriedades mecânicas, há uma enorme oportunidade de mercado”, disse a CEO e co-fundadora Molly Morse, que primeiro estudou PHA como estudante de doutorado na Universidade de Stanford junto com a co-fundadora Pieja.
Como todas as tecnologias de biomanufatura, levou tempo para a Mango passar de um conceito em escala de laboratório para um processo comercial eficiente. Ajudar grupos acadêmicos e industriais a superar essa difícil transição é a especialidade dos cientistas da Unidade de Desenvolvimento de Processos de Biocombustíveis e Bioprodutos Avançados (ABPDU), parte do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) e financiada pelo Escritório de Tecnologias de Bioenergia do Departamento de Energia dos EUA.
Após fundar a empresa em 2012, a equipe da Mango passou anos otimizando tanto sua cultura bacteriana – que produz PHA naturalmente e não é geneticamente modificada – quanto as condições de crescimento que induzem a geração de altos níveis de PHA.
A Mango se concentrou em maximizar a quantidade e a pureza do PHA que poderiam recuperar de dentro dos micróbios; para isso, começaram a trabalhar com uma equipe da ABPDU liderada por Ning Sun. Durante esse período, colaboraram para testar equipamentos relevantes em escala industrial para que os cientistas pudessem determinar o que funcionava antes de investir em seus próprios sistemas em escala piloto.
Purificando o Bom Material
As bactérias transformam o metano em cadeias de PHA para armazenar energia para uso posterior, semelhante à forma como as plantas armazenam energia em amidos feitos pela combinação de açúcares à base de dióxido de carbono, acumulando as moléculas dentro das células. Trabalhando lado a lado, a equipe de Sun e os cientistas da Mango testaram equipamentos e refinaram processos para extrair as células do “caldo” dentro do biorreator, abrir as paredes e membranas celulares das bactérias e, em seguida, separar o PHA dos outros produtos celulares.
“Recebemos caldo da equipe de Allison em diferentes escalas, sendo a maior de várias centenas de litros. E tentamos diferentes operações de unidade de recuperação para otimizar as condições e aumentar o rendimento de recuperação, bem como a pureza do produto final”, disse Sun, que é cientista do ABPDU.
Até o final do projeto, que foi desacelerado pela pandemia de COVID-19, a colaboração tinha um processo que atingia altos rendimentos alvo, e Pieja e seus colegas sabiam em que equipamentos de processamento posterior precisavam investir para sua própria instalação de produção.
“Esse trabalho foi realmente fundamental para nós ao termos acesso a uma instalação de processamento downstream e a pessoas que sabem como usá-la. Pudemos avaliar minuciosamente várias tecnologias diferentes para entender como nossa plataforma se comportava nelas”, disse Pieja. “Agora temos um processo no qual estamos confiantes de que será lucrativo.”
Enquanto isso, a equipe da ABPDU ganhou experiência adicional na extração de biopolímeros intracelulares. Até o momento, a ABPDU trabalhou com 85 parceiros da indústria, que vão de startups a empresas de biotecnologia estabelecidas, bem como 20 laboratórios nacionais, centros de pesquisa e universidades para ajudar a ampliar ou lançar produtos inovadores baseados em biotecnologia.
“Definitivamente aprendemos muito com essa colaboração. A equipe conseguiu ampliar um processo em escala de laboratório e testar diferentes configurações de equipamentos de recuperação de produtos, o que será aplicável a recuperações semelhantes de biopolímeros”, disse Sun.
O trabalho da Mango Materials na ABPDU foi financiado por bolsas do Departamento de Energia (DOE). A ABPDU permite que tecnologias de produtos e processos de biocombustíveis, biomateriais e bioquímicos em estágio inicial avancem com sucesso do laboratório para a relevância comercial.
O Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) está comprometido em oferecer soluções para a humanidade por meio de pesquisas em energia limpa, um planeta saudável e ciência da descoberta. Fundado em 1931, com a crença de que os maiores problemas são melhor resolvidos por equipes, o Berkeley Lab e seus cientistas foram reconhecidos com 16 Prêmios Nobel.
Pesquisadores de todo o mundo dependem das instalações científicas de classe mundial do Lab para suas próprias pesquisas pioneiras. O Berkeley Lab é um laboratório nacional multiprograma gerido pela Universidade da Califórnia para o Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos EUA.
O Escritório de Ciência do DOE é o maior apoiador de pesquisa básica nas ciências físicas nos Estados Unidos e está trabalhando para enfrentar alguns dos desafios mais urgentes de nosso tempo. Para mais informações, visite energy.gov/science.
