Semicondutores e luz contra os microplásticos: como a fotocatálise pode ajudar a limpar rios e mares

Os plásticos foram projetados para serem mais resistentes que nós, seres humanos, e, mesmo que demore, esses plásticos obedecem a uma regra clara da natureza: nada se perde, nem se cria, tudo se transforma. Esses plásticos, além de demorarem cerca de 450 a 1000 anos para se decomporem, possuem essa característica de serem resistentes que, embora seja muito útil no nosso dia a dia, torna-se um grande problema ambiental.

Isso acontece porque essa decomposição é desleal, transformando o plástico em pedaços cada vez menores, tão pequenos que deixam de ter propriedades plásticas e passam a ser moléculas menores, que nem são mais chamadas de polímeros, mas sim, de oligômeros.

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Talvez você não saiba, mas os plásticos, antes de tudo, são moléculas compostas por um conjunto de oligômeros, um termo usado na química, então eu convido você a pensar no plástico como algo realmente grande. Essa quebra do plástico em moléculas menores tira suas vantagens e isso, sim, é o mais inconveniente para o meio ambiente, pois o processamento de um plástico é extremamente caro.

Muitas vezes, um simples copo descartável tem um custo altíssimo para ser processado, enquanto levamos apenas alguns minutos para consumir um cafezinho e descartá-lo no lixo. É como se estivéssemos jogando fora o tempo passado e o tempo futuro e, pior ainda, pagando para produzir algo que será rapidamente descartado e que ainda se tornará um problema e se engana quem acha que isso só se encaixa aos copos e utensílios descartáveis.

No ambiente aquático, microplásticos e nanoplásticos (termo usado para essas partículas de plásticos menores em escala micro e nano) não se dissolvem facilmente, nem são biodegradados em escalas de tempo curtas, pois são processos complexos, e ainda podem atuar como verdadeiras "esponjas", adsorvendo contaminantes químicos e microrganismos.

Diante desse cenário preocupante, uma pergunta se impõe: é possível eliminar microplásticos e nanoplásticos de forma eficiente e sustentável?

Pesquisas recentes indicam que a resposta pode estar no somatório de forças da ciência, por exemplo, a própria luz, mais especificamente, em um processo chamado fotocatálise heterogênea.

Por que os microplásticos e nanoplásticos são tão difíceis de eliminar?

Os plásticos são projetados para terem uma estabilidade de vida útil cerca de 6 a 13 anos em média maior que sua vida (considerando uma expectativa de vida de 75 anos). Então pensando nisso, faz total sentido serem difíceis de eliminar. Essa é a maior glória de um polímero, mas também um problema que ainda não sabemos lidar. Isso porque lidar com os plásticos é uma coisa, lidar com seus pedaços em tamanhos variados é outra totalmente diferente, que é o acontece quando ele é degradado no meio ambiente.

O que fazer com esse material que não é mais um plástico, que agora tem outros tamanhos em escalas tao pequenas que difícil até encontrar? Quando se trata de esgoto, as tecnologias tradicionais de tratamento de água não foram pensadas para remover partículas tão pequenas. Como resultado, uma parte significativa desses fragmentos de plásticos, seja ele em escala micro ou nano, atravessa os sistemas de tratamento e retorna ao ambiente.

O que é fotocatálise heterogênea?

A poluição plástica é uma crise global, e isso é um fato consumado diante da produção de cerca de 400 milhões de toneladas por ano. A forma mais sensata é somar forças para reduzir os efeitos futuros dos plásticos. Nós, como químicas, apresentamos a fotocatálise heterogênea como uma alternativa ousada para seu aplicada a esse cenário de redução da poluição plástica. A fotocatálise, em especial a heterogênea, é uma tecnologia baseada no uso de materiais, conhecidos como fotocatalisadores. Quando iluminados na presença das moléculas de água e oxigênio, esses materiais absorvem energia da luz e geram espécies altamente reativas, chamadas espécies reativas de oxigênio.

Essas espécies funcionam como verdadeiros agentes de limpeza química: conseguem atacar e quebrar moléculas orgânicas complexas, incluindo as pequenas, médias e longas cadeias que formam os plásticos, transformando-as idealmente em compostos menores e menos persistentes no ambiente.

Uma grande vantagem da fotocatálise é que o processo pode ocorrer à temperatura ambiente, em meio aquoso e usando luz solar ou luz visível, o que a torna uma tecnologia promissora do ponto de vista ambiental e energético.

De forma simples, a fotocatálise heterogênea usa a luz para ativar materiais que ajudam a quebrar poluentes no ambiente, conforme ilustrado abaixo. No caso dos plásticos, esse processo pode contribuir para a degradação de fragmentos persistentes presentes na água. Assim, a fotocatálise surge como uma ferramenta promissora no combate à poluição, aproveitando a energia da luz para tornar os processos de limpeza ambiental mais eficientes e sustentáveis.

Esquema ilustrativo da fotocatálise heterogênea aplicada à degradação de partículas plásticas. Amanda F. Gouveia

O que a pesquisa científica tem mostrado

Em um estudo recentemente publicado por nós em revista científica internacional (Journal of Environmental Chemical Engineering), visualizamos que é possível promover a degradação de microplásticos de PET, um dos plásticos mais comuns no cotidiano (sabe a garrafa PET de refrigerante? É exatamente esse material!), utilizando fotocatalisadores ativados por luz visível, foram inúmeros trabalhos citados, evidenciando que a temática é promissora.

Na revisão sistemática, foram discutidos diversos semicondutores que podem ser aplicados na degradação de microplásticos e nanoplásticos, incluindo óxidos metálicos, óxidos dopados, materiais inorgânicos, heteroestruturas e compósitos. A fotocatálise heterogênea permite não apenas a degradação dessas partículas plásticas em dióxido de carbono (CO2) e água, mas também a chamada reciclagem fotocatalítica, com a obtenção de subprodutos de maior valor agregado.

Entre esses subprodutos estão compostos como ácido fórmico, acetofenona, fenol, ácido fenilpropiônico e metilbenzaldeído, amplamente utilizados na indústria química. O desenvolvimento de fotocatalisadores seletivos para a produção desses compostos representa uma alternativa sustentável e alinhada aos princípios da química verde, com potencial para aplicações futuras.

Essas informações mostram que é possível contornar o problema da presença de microplásticos e nanoplásticos no ambiente por meio de estratégias que, além de reduzir seus impactos, permitem sua conversão em potenciais fontes de matérias-primas químicas. Ao transformar essas partículas plásticas em compostos úteis, a fotocatálise heterogênea abre caminho para uma mudança de perspectiva: sair de um modelo puramente linear de consumo e descarte e avançar em direção a estratégias mais circulares e sustentáveis para o uso dos materiais plásticos.

Por que esses resultados são importantes para a sociedade?

Estudos como esse mostram que a ciência não está apenas diagnosticando o problema da poluição por plásticos, mas também buscando soluções concretas. No futuro, a fotocatálise heterogênea pode ser integrada, por exemplo, a sistemas de tratamento de água, contribuindo para a redução da carga de microplásticos e nanoplásticos antes que eles cheguem aos rios e oceanos.

Além disso, o desenvolvimento de fotocatalisadores ativos sob luz visível aproxima essa tecnologia do uso da energia solar, um recurso abundante e renovável, especialmente relevante em um contexto de crise climática e da crescente demanda por soluções ambientais sustentáveis.

Além de ajudar o meio ambiente, avanços como esses também podem trazer benefícios diretos para a sociedade. Reduzir a quantidade de microplásticos e nanoplásticos na água significa diminuir a exposição desses contaminantes ao longo da cadeia alimentar, o que pode refletir positivamente na saúde humana. Assim, a pesquisa científica contribui para o desenvolvimento de soluções mais seguras e sustentáveis, capazes de apoiar ações futuras voltadas à proteção do ambiente e da qualidade de vida das pessoas.

O que ainda precisa ser superado

Apesar do grande potencial, a aplicação da fotocatálise na degradação de microplásticos e nanoplásticos ainda enfrenta desafios importantes. Entre eles estão a necessidade de aumentar a eficiência do processo, reduzir o tempo de tratamento e garantir que os produtos formados durante a degradação não sejam tóxicos ao meio ambiente.

Esses desafios reforçam a importância do investimento contínuo em pesquisa científica. Avanços nessa área dependem de estudos fundamentais, testes em escala maior e da colaboração entre universidades, centros de pesquisa e formuladores de políticas públicas.

Outro desafio importante está relacionado à escalabilidade da fotocatálise heterogênea, ou seja, à sua aplicação em sistemas maiores e mais próximos da realidade. Atualmente, muitos estudos ainda são realizados em escala de laboratório, o que limita sua implementação imediata. Mesmo assim, a pesquisa científica tem avançado no desenvolvimento de materiais mais eficientes e no uso da luz solar, mostrando que, com investimentos e planejamento, essa tecnologia pode se tornar uma solução viável e promissora no futuro.

Ciência como parte da solução

A poluição por microplásticos e nanoplásticos é um problema global, complexo e multifacetado. Não existe uma solução única. Reduzir o consumo de plástico, melhorar a gestão de resíduos e promover educação ambiental continuam sendo ações essenciais.

Ao mesmo tempo, pesquisas em áreas como a fotocatálise heterogênea mostram que a ciência pode oferecer ferramentas inovadoras para lidar com a contaminação já existente, ou seja, um somatório às ações essenciais. Usar a luz para ajudar a limpar a água pode parecer futurista, mas é justamente esse tipo de conhecimento que transforma desafios ambientais em oportunidades de inovação sustentável.

Amanda Fernandes Gouveia recebe financiamento da European Fellowships (MSCA Postdoctoral Fellowships, TREX-MPs project - N°101154906)

Geovania Cordeiro de Assis recebe financiamento da Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) (grant #2024/20680-0).

Lara Kelly Ribeiro recebe financiamento da Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) (grant #2025/08476-1).