Reciclaje enzimático de poliésteres biodegradables: ¿Alternativa al compostaje?

El PLA es un poliéster termoplástico que se obtiene a partir de ácido láctico, el cual puede producirse por fermentación de recursos agrícolas como el maíz o la caña de azúcar. Sus características lo hacen comparable al PET en múltiples aplicaciones, desde envases hasta textiles. Esta versatilidad ha impulsado un crecimiento sostenido en su producción a nivel global. En 2024, el PLA representaba el 37,1% de la capacidad mundial de producción de bioplásticos biodegradables, muy por delante de los compuestos basados en almidón, que ocupaban el segundo lugar con solo un 5,7% (2) (Figura 1). Esta clara predominancia del PLA en el mercado subraya la necesidad urgente de desarrollar soluciones eficaces para su gestión al final de la vida útil, capaces de maximizar su valorización y minimizar su impacto ambiental.

Belén Taroncher, investigadora de Biotecnología en AIMPLAS

Aunque el PLA es biodegradable, esta degradación ocurre de manera eficiente únicamente en entornos de compostaje industrial, que ofrecen temperaturas elevadas, humedad constante y una actividad microbiana elevada. En ambientes naturales como el suelo o medios acuáticos, el PLA tiende a persistir durante largos períodos debido a la falta de condiciones óptimas para su degradación (3).

Además, el compostaje de PLA genera CO₂ y agua como productos finales, lo que implica la pérdida del valioso monómero inicial: el ácido láctico. Este compuesto es de gran interés para diversas industrias, incluyendo la farmacéutica, la alimentaria y la cosmética (4). Así pues, aunque el compostaje representa una solución ambientalmente más aceptable que otros fines de vida como la incineración o la acumulación en vertederos, no es la opción más eficiente desde el punto de vista de la valorización de recursos.

De acuerdo con la jerarquía de gestión de residuos, la reutilización y el reciclaje deben priorizarse frente a opciones como la valorización energética o la biodegradación (Figura 2). En un contexto en el que la producción de bioplásticos no presenta un volumen significativo, generar flujos suficientemente grandes como para ser procesados de forma rentable mediante técnicas de reciclaje, resulta complejo. No obstante, considerando las tendencias actuales y las proyecciones de crecimiento en la producción de bioplásticos, cabe esperar que el reciclaje se posicione, tarde o temprano, como una solución viable para estos materiales.

El propio European Bioplastics indica que el reciclaje material de los plásticos biodegradables debe considerarse como una opción adicional al final de su vida útil, lo que permitiría integrar estos plásticos en un marco más amplio de economía circular (5). Así pues, para lograr una verdadera economía circular, es imprescindible establecer sistemas de reciclaje eficientes que garanticen que las materias primas secundarias producidas puedan reemplazar con éxito a los materiales vírgenes. Para ello, una clasificación eficiente constituye un primer paso crucial hacia un reciclaje de calidad.

En lo que confiere al PLA, es sabido que puede ser correctamente identificado y clasificado empleando las tecnologías de sorting actuales, como la separación por densidad o el NIR (infrarrojo cercano), sin afectar al resto de corrientes existentes. Además, este material puede reciclarse mediante técnicas mecánicas, químicas y enzimáticas. El reciclado mecánico permite reprocesar el material para fabricar nuevos productos plásticos, aunque con cierta pérdida de propiedades debido a la degradación térmica del polímero. En contraste, el reciclaje químico y enzimático buscan descomponer el PLA hasta su monómero original, el ácido láctico, el cual puede ser reutilizado en nuevas síntesis de PLA u otros productos de valor añadido.

En particular, el reciclaje enzimático ha ganado atención por su menor impacto ambiental en comparación con los procesos químicos. A diferencia de estos últimos, que requieren altas temperaturas, catalizadores y solventes, el reciclaje enzimático opera en condiciones suaves, usando enzimas específicas como biocatalizadores. No obstante, su aplicación a gran escala enfrenta barreras significativas, principalmente por la baja eficiencia de las enzimas naturales frente a plásticos sintéticos y el coste de su producción (6).

Sin embargo, cuando se trata de poliésteres biodegradables como el PLA, la situación cambia. A diferencia de la mayoría de los plásticos sintéticos, el PLA puede ser eficientemente hidrolizado por enzimas naturales producidas por microorganismos. Estas enzimas, especialmente las proteasas, esterasa y cutinasas, han demostrado capacidad para romper los enlaces éster del PLA, fragmentándolo en moléculas más simples. Esta tecnología permite recuperar el ácido láctico en su forma pura, facilitando su reincorporación a la cadena de valor para producir nuevos polímeros u otros productos de alto valor añadido (7).

Entre las enzimas más estudiadas se encuentra la Proteinasa K, una proteasa originaria de Tritirachium album, que ha demostrado actividad frente al PLA bajo condiciones específicas de temperatura (entre 50–65 °C) y pH ligeramente alcalino. Estudios han reportado tasas de degradación cercanas al 100% en tan solo 50 minutos, dependiendo de la cristalinidad del polímero y el tamaño de partícula (8).

Este hecho sitúa a los bioplásticos, como el material ideal para ser tratado mediante las tecnologías de reciclado enzimático, logrando un equilibrio entre eficiencia y sostenibilidad.

Uno de los principales frentes de investigación en el reciclaje enzimático del PLA se centra en la ingeniería racional y evolutiva de enzimas, con el fin de aumentar su estabilidad térmica, especificidad y eficiencia catalítica frente a diferentes morfologías del PLA. Para ello, se están aplicando herramientas avanzadas de bioinformática, modelado estructural y diseño asistido por inteligencia artificial, que permiten predecir mutaciones beneficiosas y acelerar el desarrollo de variantes enzimáticas más robustas.

Paralelamente, se investiga la optimización de sistemas de expresión recombinante (como Escherichia coli, Pichia pastoris o sistemas celulares libres), que permitan una producción a escala industrial de estas enzimas a bajo coste. Esta combinación de mejora funcional y eficiencia en la producción es clave para hacer viables estos procesos a nivel industrial. Estudios recientes han demostrado que mutaciones puntuales en regiones activas de enzimas como las cutinasas pueden aumentar su rendimiento hidrolítico sobre PLA en más de un 200% en comparación con sus variantes naturales (9)

Finalmente, los avances en el área de reciclado enzimático pueden también aportar conocimientos aplicables a la mejora de los procesos de biodegradación de los bioplásticos, pues no deja de ser un fin de vida posible para estos materiales. Algunos abordajes interesantes que encontramos en este campo son:

1.- Aceleración de la biodegradación. Un enfoque prometedor consiste en la incorporación de las nuevas enzimas modificadas dentro de la matriz bioplástica, de modo que estas se activen bajo ciertos estímulos (temperatura, humedad, pH) para iniciar un proceso de autohidrolisis. Esto permitiría una aceleración de la biodegradación en plantas de compostaje y podría resolver uno de los principales cuellos de botella actuales: el tiempo insuficiente de residencia del PLA en instalaciones de compostaje industrial (10), (11).

2.- Reciclado de productos multicapa. Este enfoque podría aplicarse también en materiales multicapa en los que el PLA está combinado con polímeros no biodegradables, permitiendo su separación eficiente en un sencillo paso y, posteriormente, la recuperación y reciclabilidad del plástico sintético restante.

En AIMPLAS se han desarrollado diversas líneas de investigación orientadas a ampliar el conocimiento y las posibilidades del reciclado enzimático de bioplásticos, especialmente del PLA. Estos trabajos incluyen tanto el estudio de pretratamientos fisicoquímicos para mejorar la accesibilidad del polímero a la acción enzimática, como la prospectiva microbiológica en entornos naturales con el objetivo de aislar nuevos microorganismos capaces de producir enzimas hidrolíticas frente a biopolímeros.

La exploración de estos ambientes ha permitido identificar cepas con potencial productor de cutinasas, esterasa y otras hidrolasas que podrían ser aplicables a la degradación eficiente de poliésteres, como el PLA. Este enfoque se alinea con la tendencia actual de bioprospección enzimática, que busca aprovechar la diversidad microbiana de ecosistemas poco explorados como suelos compostados, aguas contaminadas o residuos orgánicos.

Paralelamente, AIMPLAS ha abordado la incorporación directa de enzimas en matrices poliméricas de PLA, con el objetivo de inducir procesos de autohidrólisis en condiciones controladas. Estas investigaciones se han llevado a cabo mediante diferentes técnicas, donde un aspecto esencial reside en encapsular las enzimas para protegerlas de las condiciones adversas del proceso de transformación de plásticos, como las altas temperaturas y la fuerza de cizalla. La encapsulación en matrices poliméricas biocompatibles o mediante tecnologías de micro/nano encapsulación se perfila también como una línea de investigación creciente para los próximos años que permitirá modular ciertas propiedades de los polímeros tales como la biodegradabilidad.

Un ejemplo de ello es el proyecto financiado por IVACE+i RECIPLUS. En este proyecto regional, cofinanciado por la Unión Europea, AIMPLAS estudia diferentes técnicas de reciclado para flujos plásticos complejos, siendo el reciclado enzimático una de ellas. De este modo, en el proyecto RECIPLUS se desarrollan soluciones enzimáticas mejoradas mediante técnicas de biología molecular, para ser incorporadas en matrices plásticas y promover así procesos de autohidrólisis.

En el ámbito internacional, AIMPLAS participa en el proyecto europeo ReBioCycle. Este proyecto, financiado por el Circular Bio-based Europe Joint Undertaking, se centra en estudiar nuevas soluciones de valor añadido para los bioplásticos en su fin de vida. Entre sus objetivos principales encontramos: i) el desarrollo de un sistema de separación efectivo para los bioplásticos; ii) la propuesta y validación de varias tecnologías de reciclado (incluyendo el reciclado enzimático) y; iii) la demostración de la viabilidad de las tecnologías mediante su escalado en 3 puntos diferentes de Europa.

El crecimiento sostenido en la producción de PLA, impulsado por la necesidad de alternativas sostenibles a los plásticos convencionales, plantea desafíos cruciales en términos de su gestión al final de la vida útil. Si bien el compostaje ha sido considerado hasta ahora la principal vía de tratamiento, esta opción implica la pérdida del valor intrínseco del material. Además, su limitada degradabilidad en entornos naturales y la dependencia de condiciones muy específicas en plantas de compostaje industrial evidencian la necesidad de alternativas más eficientes y circulares.

En este contexto, el reciclaje enzimático emerge como una estrategia prometedora y alineada con los principios de economía circular, permitiendo la recuperación selectiva y de alta pureza de monómeros que pueden reincorporarse directamente a nuevos ciclos productivos.

Para que esta vía se convierta en una realidad industrial, será necesario seguir invirtiendo en investigación multidisciplinar, que incluya la ingeniería de enzimas más eficientes, el desarrollo de sistemas de producción biotecnológica a escala y el diseño de procesos integrados de reciclaje adaptados a los nuevos bioplásticos. Asimismo, es fundamental avanzar en infraestructuras de recogida y clasificación selectiva que garanticen la calidad del flujo de entrada y faciliten la viabilidad económica del reciclaje enzimático.

Finalmente, adoptar este enfoque no solo optimiza el valor del PLA al final de su vida útil, sino que también representa un cambio de paradigma necesario en la forma en que concebimos los materiales biodegradables: no solo como elementos compostables, sino como recursos valiosos que deben mantenerse dentro del ciclo productivo durante el mayor tiempo posible. En ese sentido, el reciclaje enzimático no debe verse como una alternativa al compostaje, sino como una estrategia complementaria y preferente en un modelo verdaderamente circular y tecnológicamente avanzado.

Referencias

1.- Pang, X., Zhuang, X., Tang, Z., & Chen, X. (2010). Polylactic acid (PLA): Research, development and industrialization. Biotechnology journal, 5(11), 1125-1136.

2.- European bioplastics (2024) Bioplastics market development update 2024.

3.- Hajilou, N., Mostafayi, S. S., Yarin, A. L., & Shokuhfar, T. (2024). A Comparative Review on Biodegradation of Poly (Lactic Acid) in Soil, Compost, Water, and Wastewater Environments: Incorporating Mathematical Modeling Perspectives. AppliedChem, 5(1), 1.

4.- McKeown, P., & Jones, M. D. (2020). The chemical recycling of PLA: A review. Sustainable Chemistry, 1(1), 1-22.

5.- European Bioplastics (2025). Biodegradables and material recycling. A paradox?

6.- Mohanan, N., Montazer, Z., Sharma, P. K., & Levin, D. B. (2020). Microbial and enzymatic degradation of synthetic plastics. Frontiers in Microbiology, 11, 580709.

7.- Shalem, A., Yehezkeli, O., & Fishman, A. (2024). Enzymatic degradation of polylactic acid (PLA). Applied Microbiology and Biotechnology, 108(1), 413.

8.- Pang, W., Li, B., Wu, Y., Tian, S., Zhang, Y., & Yang, J. (2023). Optimization of degradation behavior and conditions for the protease K of polylactic acid films by simulation. International Journal of Biological Macromolecules, 253, 127496.

9.- Wei, R., Oeser, T., Then, J., Kühn, N., Barth, M., Schmidt, J., & Zimmermann, W. (2014). Functional characterization and structural modeling of synthetic polyester-degrading hydrolases from Thermomonospora curvata. AMB express, 4, 1-10.

10.- Xie B, Bai R, Sun H, Zhou X, Dong W, Zhou J, Jiang M. [Synthesis, biodegradation and waste disposal of polylactic acid plastics: a review]. Sheng Wu Gong Cheng Xue Bao. 2023 May 25;39(5):1912-1929. Chinese. doi: 10.13345/j.cjb.220978. PMID: 37212221.

11.- Huang, Q., Hiyama, M., Kabe, T., Kimura, S., & Iwata, T. (2020). Enzymatic self-biodegradation of poly (l-lactic acid) films by embedded heat-treated and immobilized proteinase K. Biomacromolecules, 21(8), 3301-3307.