Saludos estimados amigos de Hive.

Todos somos conscientes de los grandes problemas que han generado el uso de los plásticos sintéticos, aquellos que se derivan de materias primas de origen petroquímico, como el polietileno, polipropileno o el policloruro de polivinilo. Básicamente tienen una tasa de degradación muy alta, por lo que persisten en el ambiente por mucho tiempo y pueden desprender sustancias nocivas para la salud.

Pero también sabemos que los plásticos, gracias a la resistencia y gran capacidad para ser moldeados de diferentes formas, se han convertidos en materiales muy apetecibles para el sector comercial por la gran cantidad de aplicaciones que tienen. Estos materiales, además de utilizarse por excelencia en la industria de los empaques y envasado de productos, son utilizados en la industria de la construcción, transporte, muebles, artículos del hogar y electrónicos. Siendo muy difíciles de reemplazar dadas sus características mecánicas favorables, como una alta resistencia y bajo peso, buenas capacidades de barrera y cierre hermético, que protegen a los productos del aire y el agua, además de un bajo costo.

Pero a pesar de sus grandes bondades, los plásticos han ocasionado severos daños al ambiente, principalmente debido a su baja tasa de degradación, que en algunos casos es insignificantes, por lo que generan grandes problemas de acumulación, siendo catalogados como uno de los principales contaminantes a nivel mundial. Por otro lado, su disposición final y tratamiento de los desechos tampoco es ofrece las mejores soluciones, el gran volumen de sólidos representa un alto costo de transporte para los mismos, en muchos lugares se queman junto a la basura lo que genera grandes cantidades de gases de efecto invernadero, y la gran variedad de plásticos hace muy difícil su reciclaje.

Los plásticos convencionales tienen muy baja tasa de biodegradación. Fuente: Pixbay.com, CC0

Sabemos que en la actualidad sería muy difícil prescindir de los plásticos; entonces, para mitigar esta problemática ambiental que ha ocasionado, han surgido los bioplásticos como una alternativa para disminuir la contaminación por acumulación de desechos plástico de origen sintético, ya que estos son polímeros que se derivan de fuentes naturales y renovables, siendo los que utilizan materias primas de origen agrícola los más estudiados. Especialmente el almidón y la celulosa, polímeros naturales elaborados por las plantas, son de las principales fuentes para obtener bioplásticos, elaborados en su mayoría a partir de desechos vegetales como papa, maíz, yuca y trigo entre otros.

Bioplástico y biodegradable ¿Qué significa?

El termino bioplástico se utiliza para referirnos a diferentes tipos de materiales elaborados a partir de biopolímeros de origen vegetal. La denominación de biopolímero abarca dos tipos de moléculas, por un lado las sintetizadas por los organismos vivos, como la celulosa, y por otro, las que resultan de la polimerización de moléculas básicas provenientes de fuentes renovables, como el ácido láctico. La alteración de la estructura de un biopolímero mediante un agente dispersante lo transforma en un bioplástico[1].

Los biopolímeros son macromoléculas presentes en los organismos vivos, como las proteínas, los polisacáridos, los polifenoles como la lignina o los politerpenos, en estos últimos está incluido el caucho natural.

Estructura de la celulosa. Un biopolimero compuesto de moléculas de glucosa. Fuente: Wikimedia Commons, CC0.

La idea es utilizar estructuras químicas que permitan que el material sea degradado de forma natural por microorganismos, algo que no puede ocurrir con derivados del petróleo como el polietileno o el poliestireno. Entonces, al ser elaborados los bioplásticos con materiales orgánicos renovables como cascaras de frutas o celulosa, al ser depositado con los residuos domesticos entrara en contacto con microorganismos que lo degradan y acaba desapareciendo por completo, es por ello que en bolsas y otros elementos vienen apareciendo etiquetados como biodegradables.

Bolsa plástica a base de celulosa, etiquetada como biodegradable. Fuente: Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

Sin embargo hay que tener en cuenta que existen plásticos biodegradables que se derivan del petróleo, por lo que no deben confundirse con los bioplásticos. El término plástico biodegradable puede abarcar plásticos derivados del petróleo que contienen aditivos para mejorar su capacidad de degradación en el ambiente, pero que no cumplen algunos estándares internacionales de biodegradación, como la norma ISO-14855. Mientras que los bioplásticos solo se derivan de fuentes naturales renovables, por lo que si cumplen estos estándares.

Por lo general, los bioplásticos tienden a degradarse en periodos menores a un año, generando como residuos dióxido de carbono, biomasa y agua. En contraposición a los plásticos convencionales que pueden persistir en el ambiente por mucho tiempo, una bolsa de plástico común puede tardar hasta 150 años en degradarse, mientras que una botella de PET puede tardar hasta 1000 años[2].

Un poco del estado del arte

El celofán fue el primer bioplástico desarrollado, elaborado a partir de celulosa vegetal en 1912, pero debido a producción de plásticos sintéticos más económicos y mejor adaptados a la producción masiva este fue desplazado[3].

Tendrían que pasar algunas decenas de años para que, en 1947, entrara al terreno la poliamida 11, un bioplástico derivado del aceite de ricino y que se convertiría en el primer bioplástico introducido en el mercado dadas sus excelentes propiedades químicas y mecánicas, ya que podía calentarse y moldearse de diferentes formas[4]. Sin embargo los bioplásticos seguían siendo un producto de nicho debido a su elevado costo.

En los años 90 surgieron los plásticos más conocidos en la actualidad, los PLA (ácidos polilacticos), los PHAs (polihidroxialcanoatos), los primeros fueron obtenidos a partir del ácido láctico polimerizado mediante la fermentación de bacterias lácticas con almidón de maíz, mientras que los PHAs son un tipo de poliésteres producidos por la fermentación de bacterias con sustratos orgánicos como la glucosa, sacarosa, alcoholes, ácidos orgánicos e hidrocarburos. Este auge de los bioplásticos se dio gracias a los rápidos avances de la química verde y el renacido interés por los bioplásticos, ya que los costos ambientales asociados a la producción de millones de toneladas de plásticos no biodegradables se hizo evidente para finales del siglo XX.

Para 2011 se logró aumentar la producción de bioplásticos, duplicándose para 2015, gracias a que se fueron incorporando en un mayor número de aplicaciones, desde envases hasta la elaboración de juguetes.
Además de otros nuevos polímeros que emergen, los principales cambios se basan en la diversificación de la materia prima, enfocados principalmente al aprovechamiento de residuos de diferente biomasa, como maíz, papa y trigo entre otros.

Breve cronología de la evolución de los bioplásticos. Fuente: @emiliomoron, imagen elaborada en Powerpoint con información de las fuentes consultadas.

El almidón como materia prima de bioplásticos

En la fabricación de bioplástico es muy empleado el almidón, un polímero natural que puede ser obtenido del maíz, la yuca o la papa. Los almidones están compuestos por macromoléculas organizadas por capas, las cuales están formadas por dos estructuras poliméricas diferentes, la amilosa y la amilopectina. Las moléculas de amilosa se sitúan en las capas inferiores y se pueden estar compuestas de 200 a 20000 moléculas de glucosa unidas mediante enlaces glucosídicos en cadenas no ramificadas[5].

El almidón esta constituido de dos compuestos: a) amilosa y b) amilopectina. Fuente: Wikipedia.com.

La amilopectina se sitúa en las capas exteriores, las moléculas se encuentran unidas mediante enlaces glucosídicos α-1,4 y α-1,6 y presentan ramificaciones en la cadena principal, las cuales se deben a este tipo de enlace. Estas moléculas son significativamente más grandes que las moléculas de amilosa, pudiendo tener hasta 20 millones de unidades de glucosa.

Para convertir el almidón en materia prima para bioplásticos es necesario romper y fundir la estructura del mismo, además, es imprescindible agregar aditivos plastificantes, sin los cuales no tendría las propiedades adecuadas para trabajarlo como termoplástico, estos aditivos mejoran la flexibilidad del almidón y aumentan el espacio molecular[5].

Para producir el plástico biodegradable, se utilizan microorganismos que transforman el almidón en moléculas más pequeñas de ácido láctico, el cual se emplea como base para la elaboración de cadenas poliméricas de ácido poliláctico. El entrecruzamiento de cadenas de PLA da lugar a la láminas de plástico biodegradable que sirven de base para la elaboración de numerosos productos plásticos biodegradables que luego pueden inyectarse, extruirse y termoformarse tal como se hace con los plásticos derivados del petróleo[6].

Biodegradación de bioplásticos

Se define como biodegradabilidad al tipo de descomposición mediante la cual, algunos productos y sustancias se desintegran gracias a la acción de ciertos organismos biológicos, como bacterias, insectos, hongos, algas, etc[6], transformando contaminantes orgánicos en compuestos menos peligrosos que se pueden integrar en la naturaleza.

Los bioplásticos se pueden degradar mediante la acción de microorganismos, por descomposición química, fotodegradación o una combinación de ellas. La degradación de los bioplásticos inicia mediante la ruptura de las cadenas poliméricas mediante una reacción de hidrolisis, seguidamente procede la destrucción de los enlaces por efecto de la luz y la acción de bacterias aerobias, la biomasa obtenida de la degradación se integra a los ciclos bioquímicos naturales. O cuando son enterrados, por ejemplo en los rellenos sanitarios, la degradación procede por la acción enzimática de bacterias anaerobias[4].

Ciclo de vida de un producto bioplástico. Fuente: imagen elaborada por @emiliomoron.

Conclusión y aportes

En conclusión, los bioplásticos cada vez encuentran un mayor número de aplicaciones gracias al desarrollo de nuevos materiales y el mejoramiento de las propiedades mecánicas de los mismos, con lo que se está consiguiendo además abaratar los costos de producción y resolver muchos inconvenientes relacionados con su elaboración, por lo que continuaran abriéndose camino como una alternativa más amigable con el ambiente que los plásticos convencionales de origen fósil, gracias a que se pueden elaborar con biomasa procedente de residuos vegetales, materia prima que se considera renovable.

La presente descripción pretende clarificar el concepto de bioplástico y biodegradable, ya que muchas veces se utilizan indistintamente, así como también dar a conocer algunas de las materias primas más utilizadas para su elaboración de este tipo de material.

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Bueno amigos, espero que la información haya sido de su agrado y les sea de utilidad, aún hay mucho camino por recorrer en la sustitución de los plásticos, por lo que cada aporte cuenta. ¡Hasta la próxima!

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Referencias

1. Malajovich, M. Guía de actividades. Biotecnología: enseñanza y divulgación.
2. Fundación Aquae. ¿Sabes cuánto tardan en degradarse nuestros desechos?
3. ZEAplast (2012). Cronología de los bioplásticos
4. Etigo. (2019). Poliamida 11.
5. García, A. (2015). Obtención de un polímero a partir del almidón de maíz. El Salvador.
6. Wikipedia.com. Plástico biodegradable.

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