Bioplástico biodegradable elaborado a partir de almidón. Crédito:Wikimedia Commons
Los bioplásticos a menudo se promocionan como ecológicos, pero, ¿están a la altura de las expectativas?
El mundo ha producido más de nueve mil millones de toneladas de plástico desde la década de 1950. 165 millones de toneladas han destrozado nuestro océano, con casi 9 millones de toneladas más ingresando a los océanos cada año. Dado que solo se recicla alrededor del 9 por ciento del plástico, gran parte del resto contamina el medio ambiente o se deposita en vertederos, donde puede tardar hasta 500 años en descomponerse mientras se filtran sustancias químicas tóxicas al suelo.
El plástico tradicional está hecho de materias primas a base de petróleo. Algunos dicen que los bioplásticos, fabricados con un 20 por ciento o más de materiales renovables, podrían ser la solución a la contaminación plástica. Las ventajas de los bioplásticos que se mencionan a menudo son el uso reducido de recursos de combustibles fósiles, una menor huella de carbono, y descomposición más rápida. El bioplástico también es menos tóxico y no contiene bisfenol A (BPA), un disruptor hormonal que se encuentra a menudo en los plásticos tradicionales.
Kartik Chandran, profesor del Departamento de Ingeniería Ambiental y de la Tierra de la Universidad de Columbia que trabaja en bioplásticos, cree que, en comparación con los plásticos tradicionales, "Los bioplásticos son una mejora significativa".
Sin embargo, Resulta que los bioplásticos aún no son la solución milagrosa para nuestro problema del plástico.
¿Qué tan biodegradables son los bioplásticos?
Dado que a menudo hay confusión cuando se habla de bioplásticos, aclaremos algunos términos primero.
Tipos de bioplástico
Los bioplásticos se utilizan actualmente en artículos desechables como envases, contenedores, pajitas bolsas y botellas, y en alfombra no desechable, tubería de plástico, carcasas de teléfono, Impresión 3d, aislamiento de automóviles e implantes médicos. Se prevé que el mercado mundial de bioplásticos crezca de $ 17 mil millones este año a casi $ 44 mil millones en 2022.
Hay dos tipos principales de bioplásticos.
El PLA (ácido poliáctico) se elabora típicamente a partir de los azúcares del almidón de maíz, mandioca o caña de azúcar. Es biodegradable, carbono neutral y comestible. Para transformar el maíz en plástico, los granos de maíz se sumergen en dióxido de azufre y agua caliente, donde sus componentes se descomponen en almidón, proteína, y fibra. A continuación, se muelen los granos y se separa el aceite de maíz del almidón. El almidón está compuesto por largas cadenas de moléculas de carbono, similar a las cadenas de carbono en el plástico de los combustibles fósiles. Algunos ácidos cítricos se mezclan para formar un polímero de cadena larga (una molécula grande que consta de unidades más pequeñas repetidas) que es el componente básico del plástico. El PLA puede verse y comportarse como polietileno (utilizado en películas plásticas, envases y botellas), poliestireno (cubiertos de plástico y espuma de poliestireno) o polipropileno (envases, autopartes, textiles). NatureWorks, con sede en Minnesota, es una de las empresas más grandes que producen PLA bajo la marca Ingeo.
El plástico y la espuma de poliestireno no se rompen en una pila de abono municipal. Crédito:Ckgurney
PHA (polihidroxialcanoato) está hecho por microorganismos, a veces diseñado genéticamente, que producen plástico a partir de materiales orgánicos. Los microbios se ven privados de nutrientes como el nitrógeno, oxígeno y fósforo, pero dados altos niveles de carbono. Producen PHA como reservas de carbono, que almacenan en gránulos hasta que tienen más de los otros nutrientes que necesitan para crecer y reproducirse. Luego, las empresas pueden recolectar el PHA producido por microbios, que tiene una estructura química similar a la de los plásticos tradicionales. Debido a que es biodegradable y no daña los tejidos vivos, PHA se utiliza a menudo para aplicaciones médicas como suturas, eslingas placas óseas y sustitutos de la piel; también se utiliza para el envasado de alimentos de un solo uso.
Los efectos secundarios de la producción de bioplásticos
Si bien los bioplásticos generalmente se consideran más ecológicos que los plásticos tradicionales, un estudio de 2010 de la Universidad de Pittsburgh encontró que eso no era necesariamente cierto cuando se tomaban en consideración los ciclos de vida de los materiales.
El estudio comparó siete plásticos tradicionales, cuatro bioplásticos y uno elaborado tanto a partir de combustibles fósiles como de fuentes renovables. Los investigadores determinaron que la producción de bioplásticos resultó en mayores cantidades de contaminantes, debido a los fertilizantes y pesticidas utilizados en el cultivo de los cultivos y al procesamiento químico necesario para convertir el material orgánico en plástico. Los bioplásticos también contribuyeron más al agotamiento del ozono que los plásticos tradicionales, y requirió un uso extensivo de la tierra. B-PET, el plástico híbrido, se encontró que tiene el mayor potencial de efectos tóxicos en los ecosistemas y la mayoría de los carcinógenos, y obtuvo el peor puntaje en el análisis del ciclo de vida porque combinó los impactos negativos tanto de la agricultura como del procesamiento químico.
Los bioplásticos producen significativamente menos emisiones de gases de efecto invernadero que los plásticos tradicionales durante su vida útil. No hay un aumento neto en el dióxido de carbono cuando se descomponen porque las plantas de las que están hechos los bioplásticos absorbieron la misma cantidad de dióxido de carbono a medida que crecían. Un estudio de 2017 determinó que cambiar del plástico tradicional al PLA a base de maíz reduciría las emisiones de gases de efecto invernadero de EE. UU. En un 25 por ciento. El estudio también concluyó que si los plásticos tradicionales se produjeran utilizando fuentes de energía renovables, las emisiones de gases de efecto invernadero podrían reducirse entre un 50 y un 75 por ciento; sin embargo, Los bioplásticos que podrían producirse en el futuro con energía renovable fueron los más prometedores para reducir sustancialmente las emisiones de gases de efecto invernadero.
Otros problemas
Si bien la biodegradabilidad de los bioplásticos es una ventaja, la mayoría necesita instalaciones de compostaje industrial de alta temperatura para descomponerse y muy pocas ciudades tienen la infraestructura necesaria para lidiar con ellas. Como resultado, Los bioplásticos a menudo terminan en vertederos donde, privado de oxigeno, pueden liberar metano, un gas de efecto invernadero 23 veces más potente que el dióxido de carbono.
Cuando los bioplásticos no se desechan correctamente, pueden contaminar lotes de plástico reciclado y dañar la infraestructura de reciclaje. Si el bioplástico contamina el PET reciclado (tereftalato de polietileno, el plástico más común, utilizado para botellas de agua y refrescos), por ejemplo, todo el lote podría ser rechazado y terminar en un vertedero. Por lo tanto, se necesitan flujos de reciclaje separados para poder desechar adecuadamente los bioplásticos.
La tierra necesaria para los bioplásticos compite con la producción de alimentos porque los cultivos que producen bioplásticos también se pueden utilizar para alimentar a las personas. Plastic Pollution Coalition proyecta que para satisfacer la creciente demanda mundial de bioplásticos, más de 3.4 millones de acres de tierra, un área más grande que Bélgica, los Países Bajos y Dinamarca combinados, serán necesarios para cultivar los cultivos en 2019. Además, el petróleo que se utiliza para hacer funcionar la maquinaria agrícola produce emisiones de gases de efecto invernadero.
Los bioplásticos también son relativamente caros; El PLA puede ser de un 20 a un 50 por ciento más costoso que los materiales comparables debido al complejo proceso utilizado para convertir el maíz o la caña de azúcar en los componentes básicos del PLA. Sin embargo, los precios están bajando a medida que los investigadores y las empresas desarrollan estrategias más eficientes y ecológicas para producir bioplásticos.
De aguas residuales a bioplásticos
Los estudiantes de Kartik Chandran y Columbia están desarrollando sistemas para producir bioplásticos biodegradables a partir de aguas residuales y desechos sólidos. Chandran utiliza una comunidad microbiana mixta que se alimenta de carbono en forma de ácidos grasos volátiles, como el ácido acético que se encuentra en el vinagre.
Tetera PLA impresa en 3D. Crédito:CreativeTools
Su sistema funciona alimentando aguas residuales en un biorreactor. Dentro, los microorganismos (distintos de las bacterias productoras de plástico) convierten el carbono orgánico de los desechos en ácidos grasos volátiles. El flujo de salida se envía luego a un segundo biorreactor donde los microbios productores de plástico se alimentan de los ácidos grasos volátiles. Estos microbios están continuamente sujetos a fases de fiesta seguidas de fases de hambruna, durante el cual almacenan las moléculas de carbono como PHA.
Chandran está experimentando con corrientes de residuos más concentradas, como el desperdicio de alimentos y los desechos humanos sólidos, para producir los ácidos grasos volátiles de manera más eficiente. El enfoque de su investigación es maximizar la producción de PHA e integrar los desechos en el proceso. "Queremos exprimir todo lo que podamos [de ambos sistemas], "dijo Chandran.
Él cree que su sistema integrado sería más rentable que los métodos que se utilizan actualmente para producir bioplásticos que implican la compra de azúcares para producir PHA. "Si integra el tratamiento de aguas residuales o aborda los desafíos del desperdicio de alimentos con la producción de bioplásticos, entonces esto es bastante favorable [económicamente], ", dijo Chandran." Porque si tuviéramos que ampliar y entrar en modo comercial, nos pagarían por eliminar los desechos de alimentos y luego también nos pagarían por fabricar bioplásticos ". Chandran espera cerrar el ciclo para que, Un día, Los productos de desecho servirán rutinariamente como un recurso que se puede convertir en productos útiles como bioplásticos.
Otras alternativas prometedoras
Los bioplásticos de ciclo completo en California también están produciendo PHA a partir de desechos orgánicos, como desechos de alimentos, residuos de cultivos como tallos y hojas no comestibles, desechos del jardín, y papel o cartón sin reciclar. Solía hacer bolsas, contenedores, cuchillería, botellas de agua y champú, este bioplástico es compostable, degradable marino (lo que significa que si termina en el océano, puede servir como alimento para peces o bacterias) y no tiene efectos tóxicos. Full Cycle puede procesar la PHA al final de su vida útil, y utilícelo para volver a hacer plástico virgen.
Renmatix, con sede en Pensilvania, está utilizando biomasa leñosa, pastos energéticos y residuos de cultivos en lugar de cultivos alimentarios más costosos. Su tecnología separa los azúcares de la biomasa utilizando agua y calor en lugar de ácidos, solventes o enzimas en una comparativamente limpia, proceso rápido y económico. Tanto los azúcares como la lignina de la biomasa se utilizan luego como bloques de construcción para bioplásticos y otros bioproductos.
En la Universidad Estatal de Michigan, los científicos están tratando de reducir los costos de producción de bioplásticos mediante el uso de cianobacterias, también conocidas como algas verdiazules, que utilizan la luz solar para producir compuestos químicos a través de la fotosíntesis. En lugar de alimentar a sus bacterias productoras de plástico con azúcares de maíz o caña de azúcar, Estos científicos ajustaron los cianos para excretar constantemente el azúcar que producen de forma natural. Las bacterias productoras de plástico luego consumen el azúcar producido por los cianos, que son reutilizables.
Los investigadores de la Universidad de Stanford y la startup Mango Materials, con sede en California, están transformando el gas metano de las plantas de tratamiento de aguas residuales o los vertederos en bioplástico. El metano se alimenta a las bacterias productoras de plástico que lo transforman en PHA, que la empresa vende a los productores de plástico. Se utiliza para tapones de plástico, botellas de champú o fibras de biopoliéster que se pueden combinar con materiales naturales para la confección. El bioplástico se biodegradará nuevamente en metano, y si llega al océano, puede ser digerido naturalmente por microorganismos marinos.
El Centro de Tecnologías Sostenibles de la Universidad de Bath en Inglaterra está fabricando policarbonato a partir de azúcares y dióxido de carbono para su uso en botellas. lentes y revestimientos para teléfonos y DVD. El plástico de policarbonato tradicional se fabrica con BPA (cuyo uso está prohibido en biberones) y el fosgeno químico tóxico. Los investigadores de Bath han encontrado una forma más barata y segura de hacerlo agregando dióxido de carbono a los azúcares a temperatura ambiente. Las bacterias del suelo pueden descomponer el bioplástico en dióxido de carbono y azúcar.
Y luego están aquellos que desarrollan formas innovadoras de reemplazar el plástico por completo. La empresa de diseño japonesa AMAM está produciendo materiales de envasado a partir del agar de algas marinas rojas. El Departamento de Agricultura de EE. UU. Está desarrollando una película biodegradable y comestible a partir de la caseína de proteína de la leche para envolver los alimentos; es 500 veces mejor para mantener los alimentos frescos que la película de plástico tradicional. Y Ecovative, con sede en Nueva York, está utilizando micelio, la parte de ramificación vegetativa de un hongo, para hacer materiales de hongos, para material de embalaje biodegradable, losas, jardineras y más.
Ahora, Es difícil afirmar que los bioplásticos son más respetuosos con el medio ambiente que los plásticos tradicionales cuando se consideran todos los aspectos de su ciclo de vida:uso de la tierra, pesticidas y herbicidas, consumo de energía, uso del agua, emisiones de gases de efecto invernadero y metano, biodegradabilidad, reciclabilidad y más. Pero a medida que los investigadores de todo el mundo trabajan para desarrollar variedades más ecológicas y procesos de producción más eficientes, Los bioplásticos prometen ayudar a disminuir la contaminación plástica y reducir nuestra huella de carbono.
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de Earth Institute, Universidad de Columbia http://blogs.ei.columbia.edu.
