Los biopolímeros, el plástico del futuro

Comencemos por el problema: se trata de convertir el polímero en CO₂, agua y algo de biomasa. Se entiende como biodegradable la característica de algunas substancias químicas de poder ser utilizadas como sustrato por los microorganismos (bacterias, hongos y algas), que las emplean para producir energía y crear otras moléculas, como aminoácidos, nuevos tejidos y nuevos organismos.

ISO (International Standard Organization) define los plásticos biodegradables como polímeros que se degradan por la acción de microbios.

Puede emplearse la biodegradación en la eliminación de ciertos contaminantes: desechos orgánicos urbanos, plásticos flexibles y semirígidos, papel, hidrocarburos, etc. Pero en vertederos, que contienen metales pesados, o un pH extremo, el plástico no se degradará. En estos casos se requiere un tratamiento previo, que deje el vertido en unas condiciones aceptables para las bacterias, las cuales realizarán su función a una velocidad aceptable.

El envejecimiento y la degradación puede hacerse por vía aerobia o anaerobia.

La acción combinada de la radiación ultravioleta (fotodegradables), el calor y el oxígeno atmosférico, destruye los lazos químicos de los biopolímeros. Son procesos lentos. El polímero acaba por fragmentarse en cadenas de menor tamaño.

La destrucción de materias comunes requiere plazos de tiempo muy diferentes: mientras una cáscara de plátano necesita 2-10 días (según la estación del año), un envase de leche (Tetra Pack) requiere 5 años y una botella de vidrio dura 4.000 años. Aunque la bolsa de plástico desaparece a los 10-20 años, el suelo y el subsuelo conservan los trazos de esta degradación durante varios decenios.

¿Cómo reaccionan ante el calor? Mal. Los enlaces intra e intermoleculares, que aseguran la cohesión del bioplástico, se rompen fácilmente cuando la temperatura aumenta. En el plástico amorfo, a baja temperatura, las cadenas se desplazan poco, están entrelazadas, y las fuerzas intermoleculares participan en dar cohesión al sistema. Por encima de una temperatura llamada de transición vítrea, las cadenas se desplazan más libremente porque las fuerzas intermoleculares han desaparecido. A causa de esto, se obtiene un plástico blando que aumenta su fluidez a medida que sube la temperatura. De hecho, el material se comporta como un plato de espaguetis: en caliente se deslizan unos sobre los otros, pero en frío están entrelazados, como una bola de lana.

La temperatura de transición vítrea varía mucho de un plástico a otro. Depende sobre todo de la longitud de las cadenas: si son largas, las cadenas se entrelazan y la temperatura de transición vítrea es alta.

El plástico termoestable es muy diferente del bioplástico. Son polímeros infusibles e insolubles porque sus cadenas forman una red tridimensional espacial, entrelazándose con fuertes enlaces covalentes. La movilidad de sus cadenas y los grados de libertad para rotación en los enlaces es prácticamente cero. Soportan perfectamente la temperatura, algunos ejemplos son el caucho vulcanizado, la baquelita, las siliconas, etc.

El bioplástico es un polímero de origen natural, derivado del almidón, la celulosa, aceite de soja, maiz, etc. y está producido por un organismo vivo y con carácter biodegradable.

Sus orígenes se remontan a 1926, cuando científicos del Institut Pasteur, de París, lograron producir poliéster a partir de la bacteria Bacillus megaterium.

En 2004 la NEC (Japón) desarrolló un plástico vegetal basado en el ácido poliláctico (PLA), a su vez derivado del maíz, o de la fermentación de subproductos agrícolas ricos en almidón que presentaba una alta resistencia al fuego. No requiere componentes químicos tóxicos como halógenos o derivados del fósforo. El PLA es degradado por los enzimas de los microorganismos presentes en el suelo.

En 2005 Fujitsu introdujo los bioplásticos en la fabricación de ordenadores portátiles y en 2006 aparecen discos DVD en formato Blu-ray hechos con bioplástico.

Para crear un bioplástico los científicos buscan estructuras químicas que permitan la degradación del material por microorganismos. Un ejemplo muy conocido es el PHA (polihidroxialcanoato), un polímero doblemente ecológico, originado a base de un recurso renovable y que es biodegradable.

El PHA se emplea para fabricar tenedores de plástico y filmes para embalaje porque es resistente al calor, a la grasa y al aceite.

También se pueden obtener bioplásticos a partir de la celulosa, de aceites vegetales e incluso de la caseína de la leche.

Los bioplásticos de nueva generación retienen sus propiedades físico-químicas a lo largo del ciclo de vida del producto manufacturado, pero, una vez depositados en condiciones de compostaje o mecanización, se biodegradan del mismo modo que los residuos orgánicos. La inestabilidad química intrínseca de estos biopolímeros contribuye a un desarrollo sostenible, ya que se producen a partir de recursos renovables.

La producción del bioplástico es todavía muy limitada porque no puede competir con los precios del plástico derivado del petróleo.

Como los bioplásticos son de precio elevado, han aparecido biodestructibles que son derivados del petróleo, mezclados con almidón. Los microbios del suelo degradan el almidón pero queda el polímero sintético.

Los bioplásticos son muy ecológicos, pero no pueden reemplazar a los polímeros clásicos en aplicaciones tan generales como embalaje de alimentos y bebidas y en el material desechable de hospitales, para las cuales es obligada la característica de inerte del plástico que asegura la higiene y evita la contaminación y los contagios de enfermedades.

En el material desechable de hospital no se puede admitir la contaminación del envase con microorganismos, que luego pasarían al contenido.

Continúa, pues, el uso del polímero sintético, pero degradable a base de aditivos.

A nivel mundial hay al menos dos empresas que suministran esos aditivos que aseguran la degradación: son ECM Biofilms, con sus ECM MasterBatch pellets (Ohio Corporation) y la británica Symphony Environmental Corporate (productos d2W).

Al extruir el polietileno o polipropileno se le añade un aditivo, un coloide patentado, que representa solo el 1% del plástico. El aditivo rompe los enlaces carbono-carbono, para disminuir el peso molecular. A su vez, también disminuye la resistencia del plástico y otras cualidades.

El aditivo sirve también para degradar resinas recicladas. Forma parte del aditivo un estabilizador para asegurar un ciclo de vida razonablemente largo para cada aplicación específica. Por ejemplo: una bolsa de plástico debe tener una vida útil de unos 18 meses antes de perder su resistencia, en cambio, una bolsa de pan necesita una vida útil de solo unas pocas semanas.

Se puede escoger la vida útil entre varios meses y 5 años. Todas las propiedades del polímero permanecen inalteradas durante su vida útil: solidez, transparencia, impresión y barrera.

El aditivo no necesita un ambiente biológicamente activo para comenzar a degradar al plástico flexible (el vertedero). Le basta estar al aire libre, haya luz o no, y convierte al plástico en solo en agua, anhídrido carbónico y una pequeña cantidad de biomasa inerte. No produce metano. La botella de agua mineral o el toldo anti rocío de un invernadero se degradan y regresan a la naturaleza.

Los costes son tolerables. Los aditivos de ECM Biofilms requieren microbios, los de Symphony (d2W) no.

El ministro de Medio Ambiente puede quedar tranquilo a medias: los plásticos se degradan, pero en su gran mayoría no proceden de recursos renovables, sino de los subproductos del cracking del petróleo.