A comprehensive review of renewable bioplastics with a focus on Algae-derived alternatives for sustainable development

Resumo

Com quase 8 milhões de toneladas de plástico chegando aos oceanos a cada ano, o problema da poluição plástica está se agravando, tornando necessárias alternativas sustentáveis ​​aos polímeros convencionais derivados do petróleo. Ao avaliar bioplásticos renováveis ​​derivados de algas como uma opção inovadora, esta revisão preenche uma importante lacuna de pesquisa nas áreas de desempenho mecânico e escalabilidade comercial, que receberam pouca atenção na literatura até o momento. O objetivo é avaliar o potencial de macroalgas e microalgas, que podem crescer 20% ao dia e sobreviver em ambientes inóspitos, como fontes renováveis ​​de biomassa para bioplásticos biodegradáveis. Quantitativamente, os bioplásticos à base de algas apresentam uma redução de 40 a 60% nas emissões de CO₂ quando comparados aos plásticos tradicionais. Além disso, misturas de espirulina e polietileno apresentam resistência à tração até 25% maior (3,5 a 8 MPa), o que amplia seu uso nas indústrias biomédica, de embalagens e agrícola. Estudos demonstraram sua contribuição para a bioeconomia e a economia circular, reforçada pelos novos desenvolvimentos em engenharia genética e biofloculação em 2024, que reduzem os custos de produção em 20 a 30%. Embora ainda existam problemas com a durabilidade e a eficiência da extração do polímero (que atualmente consome 60% de energia), o impacto é substancial. Até 2030, esses bioplásticos poderão reduzir de 20 a 30% da poluição marinha por microplásticos, oferecendo uma alternativa escalável e ecologicamente correta com significativo potencial econômico para países em desenvolvimento.

Abstract

With almost 8 million tons of plastic entering the oceans each year, the problem of plastic pollution is worsening, making sustainable substitutes for conventional petroleum-based polymers necessary. By assessing algae-derived renewable bioplastics as a novel option, this review fills a major research gap in the areas of mechanical performance and commercial scalability, which have received little attention in the literature to date. The goal is to evaluate the potential of macroalgae and microalgae that can grow 20% each day and survive inhospitable environments as renewable biomass sources for biodegradable bioplastics. Quantitatively, algae-based bioplastics show a 40–60% reduction in CO₂ emissions when compared to traditional plastics. Additionally, blends of Spirulina and polyethylene have up to 25% higher tensile strength (3.5–8 MPa), which increases their use in the biomedical, packaging, and agricultural industries. Studies have demonstrated their contribution to the bioeconomy and circular economy, which is reinforced by new developments in genetic engineering and bio flocculation in 2024, which lower production costs by 20–30%. Although there are still issues with durability and polymer extraction efficiency (which is currently 60% energy-intensive), the impact is substantial. By 2030, these bioplastics could reduce 20–30% of marine microplastic pollution, providing a scalable, environmentally friendly substitute with significant economic potential for developing nations.