Introducción
Los plásticos, tal como se fabrican en su mayoría, enfrentan dos problemas para su crecimiento a largo plazo: dependencia de un recurso natural agotable (petróleo/gas) y subsistencia en el ambiente.
En los últimos años, varias grandes empresas del sector petroquímico han comenzado a atender los problemas de sustentabilidad y contaminación, intentando mantener o incrementar las valiosas características que ofrecen los polímeros. Utilizando las últimas herramientas brindadas por la biotecnología, se está dando nueva vida a un modelo productivo antiguo, en el que la industria química obtiene sus materias primas del sector agrícola.
Existen múltiples opciones para reducir el impacto medioambiental relacionado con la producción y el uso de polímeros, muchos de las cuales son también relevantes para otros importantes materiales. Las estrategias principales son:
- Incrementar la eficiencia energética y material en todos los procesos de la cadena de producción de los polímeros.
- Incrementar la eficiencia del uso del material en el producto final (por ejemplo asegurando las mismas condiciones de servicio con menor cantidad de material polimérico).
- Incrementar el manejo de desperdicios reciclando materiales, reutilizando componentes, recuperando la energía de deshechos (incineración) y, en caso de polímeros biodegradables, digestión (con recuperación de energía) y deposición.
- Reemplazar materias primas petroquímicas con materias biooriginadas.
- En este trabajo se hará foco en esta última alternativa, de interés específico para el presente y futuro de la industria petroquímica.
Se distinguen a partir de lo anterior tres conceptos fundamentales asociados a los nuevos desarrollos:
Un material es biogenerado (también biooriginado o biobasado) cuando se produce, en todo o en gran parte, a partir de un compuesto biológico vivo o renovable, ya sea animal o vegetal.
Un bioplástico es un plástico de origen natural producido por un organismo vivo y sintetizado a partir de fuentes de energía renovables. Se fabrican a partir de almidón, celulosa y aceites vegetales, entre otros compuestos.
Un material biodegradable, en cambio, es aquel en el que sus estructuras químicas se pueden degradar con hongos, bacterias y otros microorganismos que existen en la naturaleza en un período de tiempo determinado.
En principio, los polímeros biodegradables pueden ser fabricados enteramente a partir de materias primas petroquímicas. Sin embargo, los biogenerados han tenido un rol más importante en el campo de los biodegradables y esto ha impulsado asimismo la investigación y el desarrollo de polímeros biobasados no biodegradables.
Obtención de polímeros biooriginados
Existen tres formas principales de producción de polímeros biooriginados:
- utilizar polímeros naturales que pueden ser modificados pero permanecen intactos en su mayor parte (como el caso de los polímeros de almidón);
- producir monómeros biooriginados por fermentación, que luego son polimerizados (por ejemplo ácido poliláctico);
- fabricar polímeros biogenerados en microorganismos o en cultivos genéticamente modificados.
Actualmente, el tercer camino sólo resulta relevante para los PHA (véase más adelante) y a pesar de existir iniciativas comerciales, los volúmenes necesarios para producción en masa aparecen todavía lejanos en el futuro. En los últimos tiempos las dos primeras opciones parecen estar ganando importancia.
Directamente extraídos de biomasa |
Sintetizados a partir de monómeros biooriginados |
Producidos directamente por organismos |
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Polisacáridos |
Proteínas |
Lípidos |
Poliactatos |
Polihidroxialca-noatos |
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Almidón |
Animales |
Vegetales |
Triglicéridos de uniones cruzadas |
Poliésteres |
Celulosa bacteriana |
Celulosa |
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Quitina |
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Historia de los biogenerados
Los primeros polímeros artificiales se obtuvieron a partir de biomasa (huesos y cuernos animales, celuloides, derivados de la caseína, etc.). Sin embargo, fueron desplazados por los polímeros petroquímicos en paralelo con el crecimiento de esta industria desde los años 30 del siglo pasado.
Los orígenes de los bioplásticos datan de 1926, cuando científicos del Instituto Pasteur de Francia lograron producir poliéster a partir de la bacteria Bacillus megaterium.
A pesar de que la crisis del petróleo en la década del 70 atrajo renovado interés hacia las materias primas no derivadas del petróleo, esto solo disminuyó temporalmente el crecimiento de los polímeros petroquímicos.
A partir de los años 80 se introdujeron una serie de polímeros del almidón. Sin embargo, debido a la incompleta biodegradabilidad de las poliolefinas del almidón, estos productos tuvieron un impacto en la opinión pública y dañaron la imagen de las compañías involucradas.
Desde los años 80 y, principalmente, los 90, se produjo un retorno de los polímeros biobasados en algunas áreas de aplicación. Uno de los elementos determinantes a la hora de este desarrollo fue la necesidad de proveer al mercado con polímeros biodegradables.
Cargill y Dow comenzaron en 2001 la operación de una planta para fabricar ácido poliláctico (PLA) en Nebraska (EE.UU.), con una capacidad total de 140 mil toneladas por año.
En 2004 la empresa japonesa NEC creó un plástico vegetal muy resistente al fuego que no requiere componentes químicos tóxicos como halógenos o derivados del fósforo.
En 2005, la empresa nipona Fujitsu introdujo bioplásticos en la fabricación de algunas computadoras portátiles.
En 2006 se presentaron varios modelos de discos DVD en formato Blu-ray elaborados a partir de bioplásticos.