La verdad acerca de los bioplásticos

los bioplásticos a menudo se promocionan como ecológicos, pero ¿están a la altura del bombo?

El mundo ha producido más de nueve millones de toneladas de plástico que, desde la década de 1950., 165 millones de toneladas han destrozado nuestro océano, y casi 9 millones de toneladas más ingresan a los océanos cada año. Dado que solo alrededor del 9 por ciento del plástico se recicla, gran parte del resto contamina el medio ambiente o se deposita en vertederos, donde puede tardar hasta 500 años en descomponerse mientras se lixivian productos químicos tóxicos en el suelo.

el plástico tradicional está hecho de materias primas a base de petróleo. Algunos dicen que los bioplásticos-hechos de 20 por ciento o más de materiales renovables—podrían ser la solución a la contaminación plástica., Las ventajas a menudo citadas de los bioplásticos son un menor uso de los recursos de combustibles fósiles, una menor huella de carbono y una 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 todavía no son la bala de plata 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.

• Degradable – todo el plástico es degradable, incluso el plástico tradicional, pero solo porque se puede descomponer en pequeños fragmentos o polvo no significa que los materiales volverán a la naturaleza. Algunos aditivos de los plásticos tradicionales hacen que se degraden más rápidamente., El plástico fotodegradable se descompone más fácilmente a la luz solar; el plástico oxodegradable se desintegra más rápidamente cuando se expone al calor y la luz.
• Biodegradable-el plástico Biodegradable se puede descomponer completamente en agua, dióxido de carbono y compost por microorganismos en las condiciones adecuadas. «Biodegradable» implica que la descomposición ocurre en semanas o meses. Los bioplásticos que no se biodegradan, que rápidamente se llaman «duraderos», y algunos bioplásticos hechos de biomasa que no pueden ser fácilmente degradados por microorganismos se consideran no biodegradables.,
• Compostable: el plástico Compostable se biodegradará en un sitio de compost. Los microorganismos lo descomponen en dióxido de carbono, agua, compuestos inorgánicos y biomasa al mismo ritmo que otros materiales orgánicos en la pila de compost, sin dejar residuos tóxicos.

Los tipos de bioplásticos

los bioplásticos se utilizan actualmente en artículos desechables como envases, contenedores, pajitas, bolsas y botellas, y en alfombras no desechables, tuberías de plástico, carcasas de teléfonos, impresión 3D, aislamiento de automóviles e implantes médicos., Se proyecta que el mercado mundial de bioplásticos crezca de 1 17 mil millones este año a casi 4 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, la yuca o la caña de azúcar. Es biodegradable, neutro en carbono 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. Los granos se muelen y el aceite de maíz se separa del almidón., El almidón se compone de largas cadenas de moléculas de carbono, similares 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 consiste en repetir unidades más pequeñas) que es el bloque de construcción para el plástico. El PLA puede verse y comportarse como polietileno (utilizado en películas de plástico, Embalaje y botellas), poliestireno (espuma de poliestireno y cubiertos de plástico) o polipropileno (embalaje, autopartes, textiles). NatureWorks, con sede en Minnesota, es una de las compañías más grandes que producen PLA bajo la marca Ingeo.,

PHA (polihidroxialcanoato) está hecho por microorganismos, a veces genéticamente modificados, que producen plástico a partir de materiales orgánicos. Los microbios están privados de nutrientes como nitrógeno, oxígeno y fósforo, pero tienen 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. Las empresas pueden cosechar el PHA producido por microbios, que tiene una estructura química similar a la de los plásticos tradicionales., Debido a que es biodegradable y no dañará el tejido vivo, PHA se usa a menudo para aplicaciones médicas como suturas, eslingas, placas óseas y sustitutos de la piel; también se usa para envases de alimentos de un solo uso.

los efectos secundarios de la producción de bioplásticos

mientras que 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 tuvieron en cuenta los ciclos de vida de los materiales.,

el estudio comparó siete plásticos tradicionales, cuatro bioplásticos y uno hecho tanto 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 y el procesamiento químico necesario para convertir el material orgánico en plástico. Los bioplásticos también contribuyeron más al agotamiento del ozono que los plásticos tradicionales, y requirieron un uso extensivo de la tierra., Se encontró que el B-PET, el plástico híbrido, tenía el mayor potencial de efectos tóxicos en los ecosistemas y los más carcinógenos, y obtuvo el peor puntaje en el análisis del ciclo de vida porque combinaba los impactos negativos de la agricultura y el 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 absorben la misma cantidad de dióxido de carbono a medida que crecen., Un estudio de 2017 determinó que el cambio del plástico tradicional al PLA a base de maíz reduciría las emisiones de gases de efecto invernadero en Estados Unidos 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 del 50 al 75 por ciento; sin embargo, los bioplásticos que podrían producirse en el futuro con energía renovable mostraron la mayor promesa 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 a alta temperatura para descomponerse y muy pocas ciudades tienen la infraestructura necesaria para lidiar con ellos. Como resultado, los bioplásticos a menudo terminan en vertederos donde, privados de oxígeno, 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 PET reciclado (politereftalato de etileno, 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 requerida para los bioplásticos compite con la producción de alimentos porque los cultivos que producen bioplásticos también se pueden usar para alimentar a las personas. La Plastic Pollution Coalition proyecta que para satisfacer la creciente demanda mundial de bioplásticos, más de 3.,Se necesitarán 4 millones de acres de tierra, un área más grande que Bélgica, los Países Bajos y Dinamarca juntos, para cultivar los cultivos para 2019. Además, el petróleo utilizado para hacer funcionar la maquinaria agrícola produce emisiones de gases de efecto invernadero.

los bioplásticos también son relativamente caros; El PLA puede ser de 20 a 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 bloques de construcción 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 las aguas residuales a los bioplásticos

Los estudiantes de Kartik Chandran y Columbia están desarrollando sistemas para producir bioplásticos biodegradables a partir de aguas residuales y residuos sólidos. Chandran utiliza una comunidad mixta de microbios que se alimenta de carbono en forma de ácidos grasos volátiles, como el ácido acético que se encuentra en el vinagre.

su sistema funciona alimentando las aguas residuales en un biorreactor. En el interior, los microorganismos (distintos de las bacterias productoras de plástico) convierten el carbono orgánico de los residuos en ácidos grasos volátiles., El flujo de salida se envía a un segundo biorreactor donde los microbios productores de plástico se alimentan de los ácidos grasos volátiles. Estos microbios se someten continuamente a fases de fiesta seguidas de fases de hambruna, durante las cuales almacenan las moléculas de carbono como PHA.

Chandran está experimentando con flujos de residuos más concentrados, como residuos de alimentos y residuos 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 residuos en el proceso. «Queremos exprimir todo lo que podamos», dijo Chandran.,

cree que su sistema integrado sería más rentable que los métodos actualmente utilizados para producir bioplásticos que implican la compra de azúcares para hacer PHA. «Si se integra el tratamiento de aguas residuales o se abordan los desafíos del desperdicio de alimentos con la producción de bioplásticos, esto es bastante favorable», dijo Chandran. «Porque si fuimos a escalar hacia arriba y entra en modo comercial, le pagan a tomar los desechos de comida de distancia y luego nos pagan para hacer bioplásticos así.,»Chandran espera cerrar el círculo para que, un día, los productos de desecho sirvan rutinariamente como un recurso que se pueda convertir en productos útiles como el bioplástico.

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 de jardín y papel o cartón sin reciclar., Utilizado para hacer bolsas, contenedores, cubiertos, 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. El ciclo completo puede procesar el PHA al final de su vida útil y usarlo para hacer plástico virgen nuevamente.

Renmatix, con sede en Pensilvania, utiliza 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 un proceso comparativamente limpio, rápido y económico. Tanto los azúcares como la lignina de la biomasa se utilizan 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 naturalmente. Las bacterias productoras de plástico luego consumen el azúcar producido por los cianos, que son reutilizables.

investigadores de la Universidad de Stanford y la startup de California Mango Materials están transformando el gas metano de las plantas de tratamiento de aguas residuales o vertederos en bioplástico. El metano se alimenta a bacterias productoras de plástico que lo transforman en PHA, que la compañía vende a productores de plástico., Se utiliza para tapas de plástico, botellas de champú o fibras de biopoliéster que se pueden combinar con materiales naturales para la ropa. El bioplástico se biodegradará de nuevo 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 Recubrimientos para teléfonos y DVD. El plástico de policarbonato tradicional se fabrica utilizando BPA (prohibido en biberones) y el químico tóxico fosgeno., Los investigadores del baño han encontrado una forma más barata y segura de hacerlo mediante la adición de 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 los que desarrollan formas innovadoras de reemplazar el plástico por completo. La empresa japonesa de diseño AMAM está produciendo materiales de embalaje hechos de agar en algas marinas rojas. El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos está desarrollando una película biodegradable y comestible a partir de la caseína de proteína de leche para envolver los alimentos; es 500 veces mejor para mantener los alimentos frescos que la película plástica 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, azulejos, jardineras y más.

en este momento, es difícil afirmar que los bioplásticos son más ecológicos 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.