El mundo se está ahogando en una inundación de plástico. Cada año, ocho millones de toneladas de plástico terminan en los océanos. Los suelos agrícolas también están amenazados por la contaminación plástica. Los agricultores de todo el mundo aplican enormes cantidades de películas de acolchado de polietileno (PE) en el suelo para combatir las malas hierbas. aumentar la temperatura del suelo y mantener el suelo húmedo, aumentando así el rendimiento general de los cultivos.

Después de la cosecha a menudo es imposible para los agricultores volver a recolectar películas completas, particularmente cuando tienen solo unos pocos micrómetros de espesor. Los desechos de la película se abren paso hacia el suelo y se acumulan en el suelo con el tiempo, porque el PE no se biodegrada. Los residuos de películas en el suelo disminuyen la fertilidad del suelo, interfieren con el transporte de agua y disminuyen el crecimiento de los cultivos.

Los microbios del suelo mineralizan películas compuestas de polímero alternativo

Investigadores de ETH Zurich y el Instituto Federal Suizo de Ciencia y Tecnología Acuáticas (Eawag) han demostrado ahora en un estudio interdisciplinario que hay motivos para tener esperanzas. En su estudio reciente, Demuestran que los microbios del suelo degradan películas compuestas por el polímero alternativo poli (adipato-co-tereftalato de butileno) (PBAT). Su trabajo acaba de ser publicado en la revista Avances de la ciencia .

En el proyecto de investigación coordinado por Michael Sander, Kristopher McNeill y Hans-Peter Kohler, El ex estudiante de doctorado de ETH Michael Zumstein logró demostrar que los microorganismos del suelo utilizaban metabólicamente el carbono en el polímero PBAT tanto para la producción de energía como para acumular biomasa microbiana.

"Esta investigación demuestra directamente, por primera vez, que los microorganismos del suelo mineralizan las películas de PBAT en los suelos y transfieren carbono del polímero a su biomasa, "dice Michael Sander, Científico senior en el Grupo de Química Ambiental en el Departamento de Ciencia de Sistemas Ambientales en ETH Zurich.

Como educación física, PBAT es un polímero a base de petróleo que se utiliza para fabricar varios productos, incluyendo películas de mantillo. Debido a que el PBAT ya estaba clasificado como biodegradable en el compost, los investigadores de ETH y Eawag tenían como objetivo evaluar si el PBAT también se biodegrada en suelos agrícolas. En comparación, El PE no se biodegrada en el compost ni en el suelo.

Etiquetado de polímero con carbono 13

En sus experimentos, los investigadores utilizaron material PBAT que se sintetizó a medida a partir de monómeros para contener una cantidad definida del isótopo estable de carbono 13. Esta etiqueta isotópica permitió a los científicos rastrear el carbono derivado del polímero a lo largo de diferentes vías de biodegradación en el suelo.

Al biodegradarse PBAT, los microorganismos del suelo liberaron carbono 13 del polímero.

Utilizando equipos analíticos sensibles a los isótopos, Los investigadores encontraron que el carbono-13 del PBAT no solo se convirtió en dióxido de carbono (CO2) como resultado de la respiración microbiana, sino que también se incorporó a la biomasa de los microorganismos que colonizan la superficie del polímero.

Verdadera biodegradación

"La belleza de nuestro estudio es que usamos isótopos estables para rastrear con precisión el carbono derivado de PBAT a lo largo de diferentes vías de biodegradación del polímero en el suelo, "dice Michael Zumstein.

Los investigadores son los primeros en demostrar con éxito, con un alto rigor científico, que un material plástico se biodegrada eficazmente en los suelos. No todos los materiales que fueron etiquetados como "biodegradables" en el pasado realmente cumplieron con los criterios necesarios. "Por definición, la biodegradación exige que los microbios usen metabólicamente todo el carbono de las cadenas de polímeros para la producción de energía y la formación de biomasa, como ahora demostramos para PBAT, "dice Hans-Peter Kohler, microbiólogo ambiental en Eawag.

La definición destaca que los plásticos biodegradables difieren fundamentalmente de aquellos que simplemente se desintegran en diminutas partículas de plástico. por ejemplo, después de la exposición del plástico a la luz solar, pero que no se mineralizan. "Muchos materiales plásticos simplemente se desmoronan en pequeños fragmentos que persisten en el medio ambiente como microplásticos, incluso si este plástico es invisible a simple vista, "Dice Kohler.

En su experimento, los investigadores colocaron 60 gramos de suelo en botellas de vidrio cada una con un volumen de 0,1 litro y posteriormente insertaron las películas de PBAT sobre un soporte sólido en el suelo.

Después de seis semanas de incubación, los científicos evaluaron hasta qué punto los microorganismos del suelo habían colonizado las superficies PBAT. Además, cuantificaron la cantidad de CO2 que se formó en las botellas de incubación y la cantidad de isótopo de carbono 13 que contenía el CO2. Finalmente, demostrar directamente la incorporación de carbono del polímero en la biomasa de microorganismos en las superficies del polímero, colaboraron con investigadores de la Universidad de Viena.

En este punto, los investigadores aún no pueden decir con certeza en qué período de tiempo el PBAT se degrada en los suelos en el entorno natural dado que realizaron sus experimentos en el laboratorio, no en el campo. Ahora se necesitan estudios a más largo plazo en diferentes suelos y en diversas condiciones en el campo para evaluar la biodegradación de las películas de PBAT en condiciones ambientales reales.

Demasiado temprano para que todo esté despejado

"Desafortunadamente, todavía no hay razón para animarnos:todavía estamos lejos de resolver el problema ambiental global de la contaminación plástica, "dice Sander, "pero hemos dado un primer paso muy importante en la dirección de la biodegradabilidad del plástico en el suelo".

Al mismo tiempo, advierte contra expectativas poco realistas de biodegradación de plásticos en el medio ambiente:"Como hemos demostrado, hay esperanza para nuestros suelos en forma de polímeros biodegradables. Los resultados de los suelos deberían, sin embargo, no ser transferidos directamente a otros ambientes naturales. Por ejemplo, la biodegradación de los polímeros en el agua de mar podría ser considerablemente más lenta, porque las condiciones allí son diferentes y también lo son las comunidades microbianas ".

Nueva herramienta creada

Los investigadores anticipan que su estudio será notado por la industria. "Hemos desarrollado técnicas de análisis que abren la puerta a la industria para probar el impacto ambiental de sus productos plásticos, "dice el coautor Kristopher McNeill." Gracias a nuestro método, pueden cambiar al uso de materiales biodegradables en la producción de películas finas de mantillo en lugar de PE no degradable, " él añade.

Hasta aquí, solo unas pocas empresas químicas han comenzado a producir y comercializar los más ecológicos, pero también más caro, Películas PBAT. Entre estos se encuentra la empresa alemana BASF, que apoyó este estudio. "En comparación con el volumen total de plástico que se pone en circulación, Las películas de mantillo biodegradables juegan solo un papel menor. Todavía, Estos productos son un punto de partida importante para disminuir el estrés en los suelos agrícolas y protegerlos de la acumulación de plástico a largo plazo. "Dice Sander.

Una opción adicional para reducir el volumen de plástico que ingresa a los suelos agrícolas es emplear películas de mantillo más gruesas, que también se utilizan en la agricultura suiza. Estas películas se pueden volver a recolectar después de su uso y luego reutilizarse o eliminarse mediante incineración de desechos.