Alternativas ecológicas a los plásticos: clave para los esfuerzos de sostenibilidad – ¿Son los plásticos biodegradables una solución?

La presencia y acumulación de microplásticos en nuestro ecosistema están bien documentadas, y evidencia reciente sugiere que tienen efectos perjudiciales en varios procesos biológicos. A medida que seguimos descubriendo microplásticos en nuestros pulmones, arterias e incluso placentas, todavía estamos aprendiendo sobre su impacto en el medio ambiente y la salud humana. 

Es la ubicuidad del uso de plástico por parte de los humanos lo que ha llevado a los microplásticos, que tienden a persistir en el medio ambiente. Los microplásticos son diminutos fragmentos, generalmente de entre 5 milímetros (mm) y 500 micrómetros (µm) de tamaño, desprendidos de productos plásticos cotidianos. 

Estas partículas provienen de botellas, bolsas, envases y otras fuentes de plástico, así como del desgaste de neumáticos, textiles sintéticos y microperlas de productos de cuidado personal. Los microplásticos suelen formarse mediante una variedad de procesos físicos y químicos, incluyendo abrasión, degradación UV, procesos de fabricación y fragmentación inducida física o químicamente.

La acumulación de microplásticos en el entorno natural, incluidos océanos, precipitación y suelo, se debe a la naturaleza química de los polímeros plásticos derivados del petróleo. Estos polímeros son moléculas grandes compuestas por muchas más pequeñas llamadas monómeros. Estos plásticos de uso general suelen ser inaccesibles al procesamiento biológico. 

Al ser casi indestructibles, tardando desde décadas hasta siglos en descomponerse, existe una necesidad creciente de una alternativa a los plásticos tradicionales derivados del petróleo y a los microplásticos. Una respuesta a este problema es desarrollar plásticos que no generen microplásticos persistentes como parte de su ciclo de vida normal. 

Incluso si el plástico se recoge y recicla adecuadamente, sigue generando microplásticos como parte del desgaste normal por el uso cotidiano o como consecuencia de los procesos de reciclaje o lavado. Por lo tanto, para prevenir esto, necesitamos desarrollar nuevos materiales plásticos que sean completamente biodegradables, lo que significa que se descomponen rápidamente por la acción de organismos vivos en el medio ambiente.

Así que, para ayudar con esto, un nuevo estudio de Algenesis Corporation y científicos y profesores de la Universidad de California San Diego creó un polímero a base de plantas que se biodegrada a nivel de microplástico en siete meses.

La biodegradación es el proceso mediante el cual los polímeros se descomponen en moléculas más simples por microbios. Estas moléculas pueden luego usarse como fuente de carbono para producir biomasa. Sin embargo, para que eso ocurra, el polímero necesita tener enlaces químicos, principalmente en su estructura principal de cadena.

Esto se debe a que entonces son físicamente accesibles a enzimas que naturalmente reconocen estos enlaces como sustratos. Las moléculas de monómeros subyacentes liberadas mediante esta escisión enzimática pueden entonces ser consumidas por microorganismos.

En nuestro entorno natural, todo este proceso suele ser llevado a cabo por un conjunto de microbios como bacterias y hongos. Estos microbios secretan enzimas hidrolíticas, que rompen el polímero para liberar diferentes oligómeros y monómeros que son utilizados por los microbios como fuente de nutrientes de carbono. 

A continuación ocurre el catabolismo de los monómeros y oligómeros derivados del polímero, lo que implica la descomposición de moléculas complejas. Este proceso resulta en la producción de biomasa del organismo y CO2 mediante la respiración.  

El asunto es que, aunque los materiales de base biológica pueden derivarse de fuentes naturales renovables, su limitada capacidad de biodegradación hace que permanezcan en el medio ambiente. Además, esta persistencia puede deberse a procesos químicos que los hacen inaccesibles a la escisión biológica.

Los materiales biodegradables pueden producirse incluso a partir de petróleo y otros recursos fósiles, ya que la biodegradabilidad depende de las propiedades del material más que de su origen.

Logrando lo imposible

El estudio, que recibió apoyo financiero del Departamento de Energía (DOE), tiene como objetivo encontrar reemplazos biodegradables para materiales que ya existen. Sin embargo, encontrar materiales que no se acumulen en el medio ambiente no es “fácil”, dijo el coautor Michael Burkart, quien también es cofundador de Algenesis. 

La tecnología patentada Soleic™ de la empresa de ciencia de materiales es el primer material plástico del mundo renovable, totalmente biodegradable y de alto rendimiento fabricado a partir de plantas. Algenesis utiliza su tecnología de materiales para producir zapatos, tablas de surf y calzado. Según Burkart, profesor de Química y Bioquímica en UC San Diego:

«Estamos apenas comenzando a comprender las implicaciones de los microplásticos. Solo hemos arañado la superficie de los impactos ambientales y de salud.» 

Hablando de su trabajo, el coautor y cofundador de Algenesis Robert Pomeroy, quien, al igual que Burkart, posee una participación accionaria en la empresa y es profesor de química y bioquímica, señaló que crearon por primera vez polímeros a base de algas hace más de medio siglo. Entendieron que este polímero sería completamente biodegradable, capaz de «desaparecer en el compost».

Sin embargo, por primera vez, el equipo tuvo la oportunidad de medirlo a nivel de micropartículas. Para ello, trituraron el material en finas micropartículas y, para confirmar que estaba siendo digerido por microbios, el equipo utilizó tres herramientas de medición diferentes.

Un respirómetro fue la primera herramienta, utilizada para medir el dióxido de carbono (CO2) liberado cuando el material se descompone por microbios. Al comparar la descomposición de la celulosa con el estándar industrial de cien por ciento de biodegradabilidad, los resultados mostraron que el polímero a base de plantas coincide con la celulosa en casi el 100%.

La segunda herramienta utilizada fue la flotación en agua, un método que aprovecha el hecho de que los plásticos son insolubles y flotan en el agua, facilitando su extracción de la superficie. Las pruebas realizadas a intervalos de 90 y 200 días mostraron que casi todos los microplásticos derivados del petróleo fueron recuperados. En contraste, para los microplásticos a base de algas, solo se recuperó el 32% después de nueve días y apenas el 3% después de 200 días, lo que demuestra que son altamente biodegradables.

En el análisis químico mediante cromatografía de gases/espectrometría de masas (GCMS), se detectó la presencia de monómeros, lo que indica que el polímero se estaba descomponiendo en sus materiales vegetales iniciales. 

«Este material es el primer plástico demostrado que no crea microplásticos al usarlo.» 

– Coautor Stephen Mayfield, cofundador de Algenesis

Añadió además:

«Esto es más que una solución sostenible para el ciclo de vida al final del producto y nuestros vertederos saturados. En realidad, es un plástico que no nos va a enfermar.» 

Aunque se ha logrado un progreso significativo, esto es solo el comienzo. El siguiente paso implica adaptar el nuevo material para su uso con el equipo de fabricación existente diseñado para plásticos tradicionales. Con este fin, Algenesis ha asegurado asociaciones con varias empresas para fabricar productos usando polímeros a base de plantas. Estas colaboraciones incluyen el uso por parte de Trelleborg de polímeros a base de algas en telas recubiertas y la producción de fundas para teléfonos móviles con RhinoShield.

Según Burkart:

«Cuando comenzamos este trabajo, nos dijeron que era imposible. Ahora, vemos una realidad diferente. Hay mucho trabajo por hacer, pero queremos dar esperanza a la gente. Es posible.» 

¿Son los plásticos biodegradables el futuro?

Como podemos ver, el sector del plástico está experimentando una transformación. Esto es importante porque el plástico representa alrededor del 14 % de nuestros desechos, y la gran mayoría termina en el mar. Estadísticamente, actualmente producimos más de 350 millones de toneladas métricas de residuos plásticos al año, lo que se proyecta que alcance mil millones de toneladas métricas para 2060 si no se realizan cambios en las políticas actuales.

Al observar el ciclo de vida de la mayoría de los materiales plásticos se revela que el 79 % de todo el plástico producido se deposita en vertederos o llega al medio ambiente, mientras que solo el 12 % se incinera y el 9 % se recicla. A pesar de un aumento considerable en el reciclaje durante las últimas cuatro décadas, el reciclaje de plásticos no fibrosos se mantiene en el 18 %, con casi ninguna fibra textil reciclada. Este estancamiento se debe en gran parte a las limitaciones de la forma dominante de reciclaje, que consiste en convertir los plásticos de desecho en nuevas formas mediante calor y fuerza mecánica, donde la calidad de la materia prima es importante.

En este contexto, cada vez más empresas alrededor del mundo están tomando medidas para reducir el uso de plástico convencional y reemplazarlo con alternativas más sostenibles y responsables con el medio ambiente.

Los plásticos biodegradables incluyen bioplásticos cuyos componentes se derivan de materias primas renovables y plásticos con aditivos biodegradables para mejorar su biodegradación.

Los bioplásticos se fabrican típicamente a partir de polímeros de base biológica y pueden contribuir a ciclos de vida de plásticos comerciales más sostenibles. Aquí, los polímeros se hacen a partir de materias primas renovables o recicladas. Los plásticos de base biológica tienden a tener una huella de carbono menor en comparación con los plásticos de base fósil. También demuestran propiedades materiales ventajosas y pueden ser compatibles con los flujos de reciclaje existentes.

Todo esto, junto con la creciente conciencia, investigación e inversión en la industria del plástico, ha llevado a una mayor presencia de plásticos biodegradables en nuestra vida cotidiana.

Aunque estamos lejos de eliminar de manera significativa el plástico convencional de nuestras vidas, se están tomando muchas medidas alentadoras. Esto incluye encontrar materiales biodegradables para fabricar productos. Por supuesto, es difícil reemplazar el plástico en muchas aplicaciones, pero en un futuro cercano, muchos productos se fabricarán de manera más ecológica.

Los productos ecológicos han ganado mayor popularidad en el sector de envases alimentarios, que representa aproximadamente el 39 % del total de plásticos producidos. Esto destaca claramente el gran potencial de los plásticos biodegradables en la industria. Por ejemplo, según el producto, las botellas de plástico podrían sustituirse por materiales biodegradables, encontrando aplicaciones no solo en envases alimentarios sino también en nutracéuticos.

Las bandejas de alimentos son otro buen ejemplo (además de cucharas, cucharitas, tenedores y vasos) donde el uso de materiales biodegradables podría permitir desechar tanto el envase como su contenido en una sola papelera. Otros productos que adoptan materiales biodegradables incluyen cápsulas de café, bolsas para frutas y verduras y bolsas de basura.

Los plásticos biodegradables ofrecen una amplia gama de posibilidades para fabricar una diversa variedad de envases, satisfaciendo mejor las necesidades de muchas aplicaciones de empaquetado, como flexibilidad, imprimibilidad y mejoras de barrera.

Datos recientes indica que el mercado mundial de envases biodegradables tiene un enorme potencial de crecimiento; en 2022, se valoró en aproximadamente 87 mil millones de dólares, y para 2029 se proyecta que se expanda a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 6,96 %. Y entre todos los subsegmentos, el plástico es el más lucrativo y se prevé que se expanda a un ritmo más rápido que cualquier otro tipo de material.

En particular, el bioplástico, una alternativa prometedora a los polímeros derivados del petróleo, tiene el potencial de reducir tanto nuestra dependencia de los combustibles fósiles como las emisiones que contribuyen al cambio climático.

Los plásticos biodegradables más comunes disponibles actualmente se derivan del almidón o la celulosa, incluidos el ácido poliláctico (PLA), el poli-3-hidroxibutirato (PHB) y los poli-hidroxialcanoatos (PHA). Estos materiales se utilizan a menudo en las industrias de bebidas, farmacéutica, cuidado personal y del hogar, ya que son reciclables y biodegradables.

Más allá del empaquetado, los plásticos biodegradables pueden encontrar aplicación en la industria agrícola, donde pueden usarse como mantillo, que es bastante costoso de reciclar. Un mantillo compostable aquí eliminaría la necesidad de recolectar los desechos, ya que desaparecería en pocos meses sin dejar microplásticos que persistan durante tantas décadas.

Aunque existen muchos beneficios y aplicaciones, los plásticos biodegradables presentan compensaciones en términos de costos más altos e impactos agrícolas negativos. Sin embargo, los métodos biológicos y químicos emergentes, los avances tecnológicos, los incentivos financieros y las regulaciones claras pueden ayudar a la aplicación a gran escala de los bioplásticos y generar un impacto sostenible.

Como tal, los investigadores están investigando activamente mejores materiales y métodos de producción más limpios para mejorar las propiedades y aplicaciones de nueva generación. Con un 43,5 %, Europa lidera actualmente la fabricación comercial de bioplásticos, lo que se prevé alcanzará los 7,6 millones de toneladas para 2026. 

Conclusión

Después de años de estudios, ahora se sabe que los microplásticos se acumulan en todos los entornos físicos, como cuerpos de agua, suelo y precipitación, e incluso se dispersan en el aire. Debido a su ubicuidad, los microplásticos forman ahora parte de la cadena alimentaria, y la evidencia sugiere que pueden causar daños significativos a humanos, animales y ecosistemas.

Esto ha impulsado la investigación de materiales biodegradables, que representan una alternativa más respetuosa con el medio ambiente a los plásticos tradicionales. Además del desarrollo de nuevos materiales, se están llevando a cabo esfuerzos para implementar normas universales. Asimismo, es necesario un cambio de comportamiento hacia el uso de menos plástico y el aumento del uso de productos fabricados con bioplásticos.  

En conjunto, ciertamente tienen el potencial de generar un impacto positivo al mitigar la crisis de residuos plásticos y las emisiones de carbono. Sin embargo, es importante señalar que incluso el plástico biodegradable necesita condiciones de compostaje adecuadas para garantizar que cumpla su promesa. En general, estamos dando pasos graduales hacia un futuro más verde.

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