La contaminación plástica es un desafío ambiental importante, principalmente debido a la naturaleza no biodegradable de los productos, en particular los artículos de un solo uso, como bolsas y botellas. Estos plásticos persisten en el medio ambiente, descomponiéndose en partículas micro y nanoplásticas, lo que plantea riesgos para los ecosistemas y la salud humana. Además, algunos plásticos contienen sustancias tóxicas como ftalatos y bisfenol A, que se filtran al medio ambiente y ponen en peligro los ecosistemas y el bienestar humano.

Aunque la contaminación plástica plantea desafíos importantes, eliminar completamente el uso de plástico no es factible. El plástico sirve como material liviano y duradero, esencial para industrias como la de envasado de alimentos y bebidas, donde ayuda a reducir el consumo de energía y las emisiones de carbono durante el transporte. Además, los plásticos ofrecen grandes oportunidades, particularmente en tipos avanzados como los plásticos compuestos, que brindan información valiosa para el diseño aeroespacial liviano.

Bioplásticos: innovaciones ecológicas pioneras en la industria del plástico

La industria del plástico ha propuesto soluciones para abordar la contaminación plástica, como eliminar los plásticos no reciclables en favor de los reciclables para promover una economía circular. Esto implica enfatizar el reciclaje y explorar métodos de reciclaje más efectivos para garantizar que los plásticos se puedan reutilizar varias veces a lo largo de su ciclo de vida, reduciendo la demanda de nuevas materias primas.

Además, la industria está desarrollando bioplásticos a partir de recursos renovables como almidón vegetal y polímeros biodegradables, que tienen una mejor degradabilidad y reducen el impacto ambiental.

La promoción de los bioplásticos se considera clave para el desarrollo ecológico en la industria del plástico. Los informes indican que la capacidad de producción de bioplásticos fue de aproximadamente 2,18 millones de toneladas en 2023 y se prevé que alcance los 7,43 millones de toneladas en 2028, lo que refleja optimismo sobre su futuro.

Los bioplásticos son una categoría de materiales cuyas materias primas pueden ser reemplazadas total o parcialmente por biomasa renovable o poseen propiedades biodegradables. "De base biológica" se refiere a materiales total o parcialmente derivados de biomasa renovable, mientras que "biodegradable" indica que el material puede ser descompuesto por microorganismos en el suelo o el agua, convirtiéndose eventualmente en dióxido de carbono y agua.

Según sean de origen biológico o biodegradables, los bioplásticos se pueden clasificar en tres categorías principales. La primera categoría incluye bioplásticos de base biológica y biodegradables, como los bioplásticos a base de almidón (TPS), el ácido poliláctico (PLA) y los polihidroxialcanoatos (PHA). La segunda categoría son los bioplásticos de origen biológico pero no biodegradables, como el biopolietileno (Bio-PE) y el tereftalato de polietileno de origen biológico (Bio-PET). La tercera categoría comprende bioplásticos de origen fósil pero biodegradables, como la policaprolactona (PCL), el succinato de polibutileno (PBS) y el adipato/tereftalato de polibutileno (PBAT).

Comercialización de Bioplásticos: PLA y TPS

El ácido poliláctico (PLA) y los plásticos a base de almidón son los bioplásticos comerciales más utilizados, ya que son de base biológica y biodegradables.

PLA es un poliéster alifático elaborado a partir de la polimerización por condensación del ácido láctico, producido principalmente a través de la fermentación bacteriana de azúcares. La Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. (FDA) clasifica el PLA como GRAS (generalmente reconocido como seguro). Los bioplásticos PLA se utilizan cada vez más en productos como vasos de café desechables, y Starbucks está adoptando PLA para sus vasos de un solo uso.

El PLA es reciclable y puede sustituir al PET en los envases de refrescos. Sin embargo, el PLA requiere ambientes de compostaje industrial (por encima de 60 °C) para su biodegradación y no es biodegradable en ambientes marinos. Esto requiere una mayor conciencia pública sobre la clasificación y una regulación gubernamental para construir instalaciones de compostaje industrial para una biodegradación efectiva y un reciclaje ecológico del PLA.

TPS es un bioplástico a base de almidón. Los bioplásticos de almidón puro son demasiado frágiles para el procesamiento de extrusión, por lo que se añaden plastificantes como glicerol, etilenglicol y sorbitol para formar almidón termoplástico (TPS). El TPS, al ser una forma comercializable de bioplásticos a base de almidón, constituye la mitad del mercado mundial de bioplásticos. Nestlé Waters utiliza botellas de TPS en algunos productos para reducir la dependencia de los plásticos PET tradicionales.

Sin embargo, el TPS es sensible a la humedad y tiene propiedades mecánicas y térmicas deficientes. Los altos costos y la disponibilidad limitada de recursos de biomasa, junto con la complejidad de la síntesis de biomasa agrícola, plantean desafíos importantes para la implementación a gran escala de TPS en envases de alimentos.

Desarrollo del Bio-PET: Desafíos y Potencial

El Bio-PET pertenece a la categoría de bioplásticos elaborados a partir de recursos renovables pero no biodegradables.

El PET (tereftalato de polietileno), como poliéster termoplástico reciclable, encuentra amplias aplicaciones en la industria del embalaje. Las botellas de PET representan el 42% del sector de envasado de agua embotellada y el 29% del sector de envasado de bebidas. Si bien el PET se puede reciclar, sería posible avanzar en la industria hacia la circularidad ecológica si sus materias primas pudieran originarse a partir de recursos biológicos o alcanzar la biodegradabilidad.

Actualmente, el desarrollo del bio-PET se ha convertido en un punto focal en la industria del plástico. Los monómeros del PET de base biológica pueden derivarse de fuentes de biomasa, pero el PET de base biológica no posee biodegradabilidad; hereda la reciclabilidad del PET.

La producción de PET implica dos monómeros: ácido tereftálico (PTA) y monoetilenglicol (MEG). Normalmente, la producción de PET consta de una proporción de 70% de PTA y 30% de MEG. Para lograr un 100% de bio-PET, ambos monómeros deben provenir de recursos renovables. Sin embargo, actualmente, sólo una parte del MEG (30% del contenido total de biomasa) se puede obtener a partir de biomasa, mientras que el 70% restante todavía proviene de recursos fósiles.

Si bien obtener PTA de la biomasa plantea desafíos, la extracción del monómero diácido rígido FDCA de la biomasa agrícola demuestra ser muy prometedora como una alternativa viable al ácido tereftálico derivado del petróleo (TPA o PTA). Este avance allana el camino para el desarrollo de un polímero 100 % de base biológica conocido como furanoato de polietileno (PEF), que se presenta como un prometedor sustituto renovable del PET.

Avanzando en el PEF: exploración del potencial y las aplicaciones de las alternativas al bio-PET

El PET consta de ácido tereftálico (PTA) como monómero, mientras que el PEF emplea ácido 2,5-furandicarboxílico (FDCA) como monómero. El FDCA, un monómero de origen biológico, puede derivarse de fuentes de biomasa como el maíz, cultivos no alimentarios, paja y astillas de madera. La similitud estructural entre FDCA y PTA posiciona al PEF como un sustituto viable del PET.

La preparación y aplicación de PEF de origen biológico están surgiendo como áreas de investigación críticas. Este material tiene el potencial de reducir el consumo de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero. El PEF cuenta con un módulo más alto que el PET, lo que permite la producción de envases con resistencia mecánica equivalente utilizando menos material. En comparación con las botellas de PET de 250 ml, las botellas de PEF pueden reducir significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero durante su ciclo de vida entre un 50 y un 74 %. Además, el PEF exhibe excelentes propiedades de barrera, con barreras de oxígeno y dióxido de carbono varias veces superiores a las del PET. Además, el PEF ofrece resistencia mecánica y rendimiento térmico superiores, lo que lo hace adecuado para diversas aplicaciones, como materiales de embalaje de alta barrera, fibras de alto rendimiento y plásticos de ingeniería.

Si bien el PEF se considera no biodegradable, su naturaleza renovable, su reciclabilidad y su potencial de descarbonización lo convierten en un contribuyente al avance de la nueva economía del plástico.

Academia China de Ciencias, en colaboración con Wankai nuevos materiales Co., Ltd., ha completado con éxito la primera producción a escala de toneladas de poliéster PEF del mundo, lo que marca la industrialización exitosa de los materiales poliméricos PEF.

Conclusión

La creciente amenaza de la contaminación plástica subraya la necesidad crítica de un cambio de paradigma hacia soluciones ecológicas dentro de la industria del plástico. Los bioplásticos, ejemplificados por el Bio-PET y la alternativa emergente PEF, están a la vanguardia de esta transición y ofrecen vías prometedoras y sostenibles para combatir este apremiante desafío ambiental. Al adoptar estos materiales innovadores, podemos forjar un futuro más resiliente y consciente del medio ambiente para las generaciones venideras.