Nuestra Dependencia del Petróleo Podría Disminuir No Solo a Través de los Vehículos Eléctricos, sino También con Plásticos Sostenibles

Uso de Cultivos para Producir Plásticos Sostenibles

Cuando pensamos en el petróleo, pensamos principalmente en el combustible de automóviles, barcos y aviones. Pero los productos petroquímicos, de los cuales una gran parte son plásticos o componentes para fabricarlos, representan el 12% de la demanda mundial de petróleo.

El consumo de petróleo suele considerarse contaminante por sus emisiones de carbono, pero los microplásticos también son una preocupación creciente. La producción de plásticos a partir del petróleo contribuye tanto a las emisiones de carbono como a la liberación de microplásticos.

Por eso es una buena noticia que se vislumbren materiales plásticos más sostenibles.

Investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), en Suiza, la Universidad de Ciencias Aplicadas y Artes de Suiza Occidental y la Universidad de Manchester han desarrollado una fuente de plásticos sostenibles a partir de residuos agrícolas.

Concretamente, crearon poliamidas sostenibles utilizando un núcleo de azúcar obtenido de residuos agrícolas.

¿Por Qué las Poliamidas?

Muchos productos plásticos, como los nailones, una subclase de poliamidas, necesitan ser muy duraderos. Para ello recurren a una estructura química específica denominada grupo aromático.

Estos grupos aromáticos aportan dureza, resistencia mecánica y resistencia a altas temperaturas. Sin embargo, también suelen contribuir a que los plásticos no sean biodegradables y resulten tóxicos para el medioambiente.

Fuente: Master Organic Chemistry

Una poliamida que utilice un azúcar orgánico en lugar de un compuesto aromático sería mucho menos tóxica. El hecho de que la poliamida de la EPFL use azúcar procedente de residuos agrícolas refuerza aún más la sostenibilidad del hallazgo.

Un Nuevo Tipo de Plástico

Desarrollaron un proceso sin catalizadores para convertir la dimetil glioxilato xilosa, un azúcar estabilizado obtenido directamente de biomasa como madera o mazorcas de maíz, en poliamidas de alta calidad. El proceso consta de varias etapas, empezando por calentar el material a 140°C y luego a 250–260 °C.

Fuente: Nature.com

El proceso también fue muy eficiente, con una eficiencia atómica del 97%, lo que significa que casi todo el material inicial se incorporó a las poliamidas.

El material resultante se sometió a pruebas para comprobar sus propiedades químicas y físicas.

Demostró una resistencia al calor igual o superior a la de las poliamidas tradicionales derivadas de combustibles fósiles. También presentó buenos resultados en durabilidad y resistencia mecánica a la tracción.

Fuente: Nature.com

Una limitación detectada fue su posible sensibilidad a grandes cantidades de agua, por lo que no podría permanecer sumergido. También podría ser demasiado permeable al oxígeno y al agua para usarse en envases alimentarios delgados. Aun así, quedan muchas aplicaciones posibles.

Plásticos Sostenibles Listos para el Uso Industrial

Facilidad de procesamiento

Otro factor que debe tenerse en cuenta para las aplicaciones industriales es la procesabilidad, es decir, la facilidad para transformar los componentes básicos del plástico en materiales útiles.

Los investigadores demostraron que el nuevo material puede utilizarse en moldeo por inyección con pistón y extrusión de doble husillo de alta cizalla, dos métodos habituales para dar forma a los plásticos.

Fuente: EPFL

Incluso probaron sus propiedades para la impresión 3D y fabricaron con éxito una funda para iPhone 11 utilizando temperaturas elevadas.

Fuente: EPFL

Reciclaje

Otra prueba evaluó el potencial de reciclaje de la nueva poliamida. Reutilizaron el plástico mediante extrusión de doble husillo de alta cizalla tres veces.

Las propiedades de tracción permanecieron prácticamente idénticas durante los tres ciclos.

La coloración aumentó ligeramente en cada ciclo. Sin embargo, el color naranja puede evitarse por completo ajustando el proceso de producción mediante una mejor purificación de las diaminas, por lo que no sería un problema importante.

En conjunto, el reciclaje mecánico mostró un buen rendimiento, igual o superior al de los plásticos existentes.

Por último, también investigaron el reciclaje químico como opción al final de la vida útil del plástico. Aunque requería ácidos fuertes como el ácido sulfúrico, demostraron que el material podía reciclarse por completo mediante procedimientos químicos.

Una Alternativa Competitiva en Costos

Para que la industria adopte este plástico sostenible sin cambios normativos, tendrá que competir en costos con los productos químicos establecidos derivados de combustibles fósiles.

El precio del nailon 66, la poliamida más común, suele situarse entre $3,000-7,000 por tonelada. El nuevo material tendría un precio similar, incluso suponiendo costos relativamente altos de la materia prima.

El uso de materias primas más baratas, como las mazorcas de maíz, podría abaratarlo aún más.

Fuente: Nature.com

Además de competir en precio, el nuevo material genera muchas menos emisiones de carbono y gases de efecto invernadero que los productos actuales, especialmente si se utiliza xilosa de mazorcas de maíz en lugar de xilosa comercial.

Plásticos Sostenibles – Un Avance Necesario

Se necesitan nuevos tipos de bioplásticos, como los de este estudio, para reducir el consumo de combustibles fósiles.

Esto representa un nuevo paso: crear moléculas plásticas nuevas con prestaciones similares o superiores, en lugar de intentar reproducir los compuestos tradicionales del plástico a partir de materias primas biológicas.

Probablemente, sustituir los grupos aromáticos de origen fósil por azúcares biológicos sea solo el principio.

Este enfoque es más difícil, pero permite obtener nuevos plásticos con muchas ventajas frente a los tradicionales:

• Huella de carbono más baja.
• Menos contaminación.
• Aprovechamiento de los residuos agrícolas.
• Posible reducción de costos o mejora de propiedades químicas.

El éxito del equipo de la EPFL y sus socios de investigación debería servir de modelo para otras innovaciones que utilicen biomateriales para crear nuevos compuestos químicos industriales útiles, en lugar de limitarse a reproducir los plásticos existentes con estructuras químicas abundantes en el petróleo.