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Produto residual das cervejarias é acessível e eficiente na filtragem de metais pesados

Um estudo, publicado neste mês na revista Nature Communications Earth and Environment, concluiu que a levedura de cerveja, um produto residual abundante, é capaz de filtrar de forma eficiente metais pesados como o chumbo.

A levedura, mesmo inativa, chamada cientificamente de S. cerevisiae, pode ser eficaz como um material barato, abundante e simples para remover a contaminação por chumbo dos suprimentos de água potável, de acordo com uma nova análise realizada por cientistas do Centro de Bits e Átomos do MIT (CBA). O estudo mostrou que esse método pode ser eficiente e econômico, mesmo em níveis elevados de contaminação. 

A equipe da pesquisa calculou que a levedura residual descartada de uma única cervejaria em Boston seria suficiente para tratar todo o abastecimento de água da cidade. Esse sistema totalmente sustentável não apenas purificaria a água, mas também desviaria o que de outra forma seria um fluxo de resíduos que precisaria ser descartado.

As descobertas são detalhadas na revista Nature Communications Earth and Environment, em um artigo da cientista de pesquisa do MIT Patritsia Statathou; Pós-doutorado pela Brown University e MIT Visiting Scholar Christos Athanasiou; o professor do MIT Neil Gershenfeld, diretor da CBA; e outros nove no MIT, Brown, Wellesley College, Nanyang Technological University e National Technical University of Athens. 

Os pesquisadores descobriram que um único grama de células de levedura secas e inativas pode remover até 12 miligramas de chumbo em soluções aquosas com concentrações iniciais de chumbo abaixo de uma parte por milhão. Eles também mostraram que o processo é muito rápido, levando menos de cinco minutos para ser concluído. 

O chumbo é altamente tóxico, mesmo em pequenas concentrações, afetando especialmente as crianças à medida que crescem. A União Europeia reduziu seu padrão de chumbo permitido na água potável de 10 partes por bilhão para 5 partes por bilhão. Nos EUA, a Agência de Proteção Ambiental declarou que nenhum nível no abastecimento de água é seguro. E os níveis médios em corpos de água de superfície globalmente são 10 vezes maiores do que há 50 anos, variando de 10 partes por bilhão na Europa a centenas de partes por bilhão na América do Sul.

“Não precisamos apenas minimizar a existência de chumbo; precisamos eliminá-lo na água potável”, diz Stathatou ao Scitech Daily. “E o fato é que os processos convencionais de tratamento não estão fazendo isso de forma eficaz quando as concentrações iniciais que eles precisam remover são baixas, na escala de partes por bilhão e abaixo. Eles não conseguem remover completamente esses vestígios ou, para isso, consomem muita energia e produzem subprodutos tóxicos”.

A solução estudada pela equipe do MIT não é nova – um processo chamado biossorção, em que material biológico inativo é usado para remover metais pesados ​​da água, é conhecido há algumas décadas. Mas o processo foi estudado e caracterizado apenas em concentrações muito mais altas, em níveis de mais de uma parte por milhão. “Nosso estudo demonstra que o processo pode de fato funcionar de forma eficiente em concentrações muito mais baixas de suprimentos de água típicos do mundo real e investiga em detalhes os mecanismos envolvidos no processo”, diz Athanasiou.

A equipe estudou o uso de um tipo de levedura amplamente utilizado na fabricação de cerveja e em processos industriais, chamado S. cerevisiae , em água pura enriquecida com vestígios de chumbo. Eles demonstraram que um único grama de células de levedura secas e inativas pode remover até 12 miligramas de chumbo em soluções aquosas com concentrações iniciais de chumbo abaixo de 1 parte por milhão. Eles também mostraram que o processo é muito rápido, levando menos de cinco minutos para ser concluído.

Como as células de levedura utilizadas no processo são inativas e dessecadas, elas não requerem cuidados especiais, ao contrário de outros processos que dependem de biomassa viva para realizar tais funções que requerem nutrientes e luz solar para manter os materiais ativos. Além disso, a levedura já está disponível em abundância, como um produto residual da fabricação de cerveja e de vários outros processos industriais baseados em fermentação.

Stathatou estimou que para limpar o abastecimento de água de uma cidade do tamanho de Boston, que usa cerca de 200 milhões de galões por dia, seriam necessárias cerca de 20 toneladas de fermento por dia, ou cerca de 7.000 toneladas por ano. Em comparação, uma única cervejaria, a Boston Beer Company, gera 20.000 toneladas por ano de levedura excedente que não é mais útil para a fermentação.

Os pesquisadores também realizaram uma série de testes para determinar se as células de levedura são responsáveis ​​pela biossorção. Athanasiou diz que “explorar os mecanismos de biossorção em concentrações tão desafiadoras é um problema difícil. Fomos os primeiros a usar uma perspectiva mecânica para desvendar os mecanismos de biossorção e descobrimos que as propriedades mecânicas das células de levedura mudam significativamente após a absorção de chumbo. Isso fornece insights fundamentalmente novos para o processo.”

A criação de um sistema prático para processar a água e recuperar a levedura, que poderia ser separada do chumbo para reutilização, é a próxima etapa da pesquisa da equipe, dizem eles.

“Para escalar o processo e realmente colocá-lo em prática, você precisa incorporar essas células em uma espécie de filtro, e esse é o trabalho que está em andamento”, diz Stathatou. Eles também estão procurando maneiras de recuperar as células e o chumbo. “Precisamos realizar mais experimentos, mas existe a opção de recuperar os dois”, diz ela.

O mesmo material pode potencialmente ser usado para remover outros metais pesados, como cádmio e cobre, mas isso exigirá mais pesquisas para quantificar as taxas efetivas desses processos, dizem os pesquisadores.

“Esta pesquisa revelou uma solução muito promissora, barata e ecologicamente correta para remoção de chumbo”, diz Sivan Zamir, vice-presidente da Xylem Innovation Labs, uma empresa de pesquisa de tecnologia de água, que não estava associada a esta pesquisa. “Também aprofundou nossa compreensão do processo de biossorção, abrindo caminho para o desenvolvimento de materiais adaptados à remoção de outros metais pesados.”