Proyecto BIOSAFE

Evaluación de la toxicidad de plásticos en el medio ambiente: un enfoque comparativo entre biodegradables y convencionales

Víctor Ruiz Paula. Chromatography Laboratory, Aimplas

23/05/2025

Los plásticos biodegradables se han presentado como una alternativa más segura a los plásticos convencionales. El objetivo de este tipo de materiales es que tengan la capacidad de degradarse sin dejar residuos o liberar sustancias que puedan ser potencialmente tóxicas para el medio ambiente o la salud humana. Sin embargo, aunque estos nuevos plásticos son una apuesta para reducir la contaminación ambiental por residuos plásticos, en los últimos años ha crecido el interés acerca de si este tipo de productos pueden liberar sustancias potencialmente peligrosas para los seres vivos. Esto se debe a que, aunque para considerar un material como biodegradable, este ha de someterse a una serie de comprobaciones y análisis, estos se realizan bajo unas condiciones específicas y no existe suficiente información acerca de si en entornos abiertos el proceso de degradación ocurriría de la misma manera, ya que aparecen varios factores externos a tener en cuenta, como pueden ser la humedad o la radiación ultravioleta que pueden modificar sustancialmente los índices de degradación de estos materiales.

Figura 1. Pirólisis del poliestireno dando lugar al monómero, dímero y trímero de estireno.

Un único producto plástico puede contener varias sustancias químicas o aditivos que, en su mayoría, no se encuentran enlazadas covalentemente a la estructura del polímero y, por tanto, pueden ser liberadas al medio con relativa facilidad. Los plásticos biodegradables siguen necesitando del uso de estos aditivos para mejorar sus propiedades y, adicionalmente, este tipo de materiales necesita del uso de otros aditivos adicionales para mejorar su procesamiento.

Por todos estos motivos, para garantizar que los plásticos biodegradables pueden ser una de las soluciones al problema de la contaminación ambiental por residuos plásticos, es necesario evaluar el impacto de estos materiales evaluando la potencial toxicidad de las sustancias que pueden migrar al medio ambiente y que se pueden generar durante el proceso de degradación.

Figura 2. Equipo de simulación solar

En este sentido, Aimplas, a través del proyecto BIOSAFE, tiene como objetivo realizar un estudio comparativo de las sustancias que pueden migrar o generarse durante los procesos de degradación de los materiales biodegradables frente a los plásticos convencionales bajo unas condiciones realistas que podrían sufrir estos materiales en su fin de vida en el medio ambiente, incluyendo además la evaluación toxicológica mediante bioensayos in vitro.

Para ello, se ha desarrollado un diseño de experimentos que permita llevar a cabo el estudio bajo condiciones semejantes a las que ocurre en el medio ambiente. En primer lugar, se han reunido muestras de plásticos biodegradables y convencionales, tanto vírgenes como reciclados, con la intención de realizar una caracterización química del material. De este modo, se pretende reunir la mayor cantidad de información posible sobre los materiales de partida tanto por lo que respecta a su estructura polimérica, como también por lo que respecta a los posibles aditivos presentes en él.

La técnica de pirólisis analítica trabaja mediante la degradación térmica controlada de los materiales plásticos y su posterior análisis por cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas, identificando así los compuestos generados. Tal y como se observa en la Figura 1, al trabajar a temperaturas elevadas, la cadena polimérica puede fragmentarse dando lugar a una “huella digital” característica de cada polímero.

Seguidamente, los materiales caracterizados se someterán a un proceso de envejecimiento acelerado bajo condiciones ambientales mediante el uso de una cámara de simulación solar, controlando parámetros como la temperatura o la radiación ultravioleta incidente sobre los materiales de estudio.

Finalmente, tras la exposición a condiciones ambientales para su envejecimiento acelerado, los materiales de estudio y los extractos obtenidos se someterán a bioensayos in vitro y nuevos ensayos de caracterización con la intención de confirmar o descartar la presencia de toxicidad en el medio de exposición para cada tipo de material, así como evaluar, en caso de que aparezca dicha toxicidad, qué sustancia o sustancias son las causantes de la misma y, de este modo, identificar el origen.

Para evaluar la ecotoxicidad de los plásticos estudiados, se emplearán bioensayos in vitro con líneas celulares de peces (RTgill-W1) y el ensayo de Aliivibrio fischeri, tal y como se muestra en la Figura 3. La línea celular RTgill-W1, derivada de branquias de trucha arcoíris, permite determinar la citotoxicidad de las sustancias liberadas por los plásticos, evaluando su impacto en células de organismos acuáticos. Por otro lado, el ensayo de Aliivibrio fischeri mide la inhibición de la bioluminiscencia de esta bacteria marina, proporcionando información sobre la toxicidad aguda de los compuestos en el medio ambiente. Estos ensayos son herramientas clave para comparar la toxicidad de plásticos biodegradables y convencionales, identificando posibles riesgos ecotoxicológicos de las sustancias migradas durante la degradación.

Figura 3. A) RTgil-W1, línea celular epitelial de branquia de trucha arcoíris. B) Aliivibrio fischeri, bacteria luminiscente de mar.

De este modo, el procedimiento de análisis desarrollado a lo largo del proyecto BIOSAFE podrá ser utilizado para llevar a cabo estudios sobre la toxicidad que pueden llegar a producir ciertos materiales al ser liberados inadecuadamente en el medio ambiente, así como identificar qué sustancias químicas podrían originar esa potencial toxicidad. Esta información permitirá encontrar el origen del problema y buscar soluciones alternativas más seguras para el medio ambiente y la salud humana.

Aimplas trabaja en este proyecto junto a las empresas Prime Biopolymers y Plásticos Francés. El proyecto BIOSAFE cuenta con la financiación del Insituto Valenciano de Competitividad e Innovación (IVACE+i), a través de los fondos FEDER. Estas ayudas están dirigidas a centros tecnológicos de la Comunitat Valenciana para el desarrollo de proyectos de I+D de carácter no económico realizados en cooperación con empresas para el ejercicio 2024.