Los plásticos biodegradables son plásticos que pueden descomponerse por la acción de organismos vivos, generalmente microbios, en agua, dióxido de carbono y biomasa. [1] Los plásticos biodegradables se producen comúnmente con materias primas renovables, microorganismos, petroquímicos o combinaciones de los tres. [2]
Aunque las palabras "bioplástico" y "plástico biodegradable" son similares, no son sinónimos. [3] No todos los bioplásticos (plásticos derivados parcial o totalmente de la biomasa) son biodegradables, y algunos plásticos biodegradables están completamente basados en el petróleo. [4] A medida que más empresas se interesan por ser vistas como "verdes", se investigan e implementan más soluciones como el uso de bioplásticos. La definición de bioplásticos aún está en debate. La frase se usa con frecuencia para referirse a una amplia gama de diversos productos que pueden ser de base biológica, biodegradables o ambos. Esto podría implicar que los polímeros hechos a partir del petróleo pueden etiquetarse como "bioplásticos" incluso si no tienen ningún componente biológico. [5] Sin embargo, hay muchos escépticos que creen que los bioplásticos no resolverán los problemas como otros esperan. [6]
El polihidroxialcanoato (PHA) fue observado por primera vez en bacterias en 1888 por Martinus Beijerinck. [7] En 1926, el microbiólogo francés Maurice Lemoigne identificó químicamente el polímero después de extraerlo de Bacillus megaterium . [7] [8] No fue hasta principios de la década de 1960 que se sentaron las bases para la producción a escala. [9] Varias patentes para la producción y aislamiento de PHB, el PHA más simple, fueron administradas a WR Grace & Co. (EE. UU.), pero como resultado de los bajos rendimientos, el producto contaminado y los altos costos de extracción, la operación se disolvió. [9] Cuando la OPEP detuvo las exportaciones de petróleo a los EE. UU. para impulsar los precios mundiales del petróleo en 1973, [10] más empresas de plástico y químicas comenzaron a realizar inversiones significativas en la biosíntesis de plásticos sostenibles. Como resultado, Imperial Chemical Industries (ICI UK) produjo con éxito PHB con un rendimiento del 70% utilizando la cepa Alcaligenes latus . [9] El PHA específico producido en este caso fue un scl-PHA. [9] Los esfuerzos de producción se desaceleraron drásticamente debido a las propiedades indeseables del PHA producido y la amenaza decreciente de los precios del petróleo poco después. [9]
En 1983, ICI recibió financiación de capital de riesgo y fundó Marlborough Biopolymers para fabricar el primer plástico biodegradable de amplia aplicación, PHBV, llamado Biopol. El Biopol es un copolímero compuesto de PHB y PHV, pero todavía era demasiado costoso de producir como para alterar el mercado. En 1996, Monsanto descubrió un método para producir uno de los dos polímeros en plantas y adquirió Biopol de Zeneca, una filial de ICI, como resultado del potencial de una producción más barata. [11]
Como resultado del pronunciado aumento de los precios del petróleo a principios de la década de 2000 (hasta casi 140 dólares estadounidenses por barril en 2008), la industria de producción de plásticos finalmente buscó implementar estas alternativas a los plásticos derivados del petróleo. [12] Desde entonces, han surgido innumerables alternativas, producidas químicamente o por otras bacterias, plantas, algas y desechos vegetales como soluciones. Los factores geopolíticos también influyen en su uso.
Los plásticos biodegradables se utilizan comúnmente para artículos desechables, como envases , cubiertos y recipientes para servicio de alimentos. [13]
En principio, los plásticos biodegradables podrían sustituir a los plásticos convencionales en muchas aplicaciones, pero esto conlleva una serie de desafíos.
Los plásticos sintetizados biológicamente (también llamados bioplásticos o plásticos de base biológica) son plásticos producidos a partir de orígenes naturales, como plantas, animales o microorganismos. [18]
Los polihidroxialcanoatos son una clase de plástico biodegradable producido naturalmente por varios microorganismos (por ejemplo, Cuprividus necator ). Los tipos específicos de PHA incluyen poli-3-hidroxibutirato (PHB), polihidroxivalerato (PHV) y polihidroxihexanoato (PHH). La biosíntesis de PHA generalmente se impulsa privando a los organismos de ciertos nutrientes (por ejemplo, falta de macroelementos como fósforo, nitrógeno u oxígeno) y suministrando un exceso de fuentes de carbono. [19] Los gránulos de PHA luego se recuperan rompiendo los microorganismos. [20]
La PHA se puede clasificar en dos tipos:
El ácido poliláctico es un poliéster alifático termoplástico sintetizado a partir de biomasa renovable , generalmente almidón vegetal fermentado, como el maíz , la mandioca , la caña de azúcar o la pulpa de remolacha azucarera . En 2010, el PLA tuvo el segundo mayor volumen de consumo de todos los bioplásticos del mundo. [22]
El PLA es compostable, pero no biodegradable según los estándares americanos y europeos porque no se biodegrada fuera de las condiciones de compostaje artificial (ver § Plásticos compostables ).
Las mezclas de almidón son polímeros termoplásticos producidos mediante la mezcla de almidón con plastificantes. Debido a que los polímeros de almidón por sí solos son frágiles a temperatura ambiente, se agregan plastificantes en un proceso llamado gelatinización del almidón para aumentar su cristalización . [23] Si bien todos los almidones son biodegradables, no todos los plastificantes lo son. Por lo tanto, la biodegradabilidad del plastificante determina la biodegradabilidad de la mezcla de almidón.
Las mezclas de almidón biodegradables incluyen almidón/ ácido poliláctico , [24] almidón/ policaprolactona , [25] y almidón/polibutileno-adipato-co-tereftalato.
Otras mezclas como almidón/ poliolefina no son biodegradables.
Los bioplásticos de celulosa son principalmente ésteres de celulosa (incluidos el acetato de celulosa y la nitrocelulosa ) y sus derivados, incluido el celuloide . La celulosa puede volverse termoplástica cuando se modifica ampliamente. Un ejemplo de esto es el acetato de celulosa , que es caro y, por lo tanto, rara vez se usa para envases. [26]
Los compuestos poliméricos a base de lignina son polímeros aromáticos naturales biorrenovables con propiedades biodegradables. La lignina se encuentra como un subproducto de la extracción de polisacáridos de material vegetal mediante la producción de papel, etanol y más. [27] Es muy abundante y hay informes que muestran que las industrias de pulpa química crean 50 millones de toneladas cada año. [28] La lignina es útil debido a su bajo peso y al hecho de que es más respetuosa con el medio ambiente que otras alternativas. La lignina es neutra a la liberación de CO2 durante el proceso de biodegradación. [27] Se ha descubierto que otros procesos de plástico biodegradable, como el tereftalato de polietileno (PET), liberan CO2 y agua como productos de desecho producidos por los microorganismos degradadores. [28]
La lignina contiene propiedades químicas comparables a las de los plásticos actuales, como grupos funcionales reactivos, capacidad para formar películas, un alto porcentaje de carbono y versatilidad en relación con las distintas mezclas químicas que se utilizan con los plásticos. La lignina también es estable y contiene anillos aromáticos. Es elástica y viscosa, pero fluye con suavidad en la fase líquida. Lo más importante es que la lignina puede mejorar los estándares actuales de los plásticos porque es antimicrobiana por naturaleza. [27] Se produce en grandes cantidades y está disponible para su uso como un polímero emergente respetuoso con el medio ambiente.
Los plásticos derivados del petróleo se derivan de productos petroquímicos, que se obtienen a partir de petróleo crudo fósil, carbón o gas natural. Los plásticos derivados del petróleo más utilizados, como el tereftalato de polietileno (PET), el polietileno (PE), el polipropileno (PP) y el poliestireno (PS), no son biodegradables. Sin embargo, los siguientes plásticos derivados del petróleo que se enumeran a continuación sí lo son.
El ácido poliglicólico es un polímero termoplástico y un poliéster alifático. El PGA se utiliza a menudo en aplicaciones médicas, como las suturas de PGA, por su biodegradabilidad. El enlace éster en la cadena principal del ácido poliglicólico le confiere inestabilidad hidrolítica. Por tanto, el ácido poliglicólico puede degradarse en su monómero no tóxico, el ácido glicólico, mediante hidrólisis. Este proceso se puede acelerar con esterasas. En el cuerpo, el ácido glicólico puede entrar en el ciclo del ácido tricarboxílico, tras lo cual puede excretarse en forma de agua y dióxido de carbono. [29]
El succinato de polibutileno es una resina polimérica termoplástica que tiene propiedades comparables al propileno . Se utiliza en películas de envasado para alimentos y cosméticos. En el campo agrícola, el PBS se utiliza como una película de acolchado biodegradable [30] . El PBS puede degradarse por Amycolatopsis sp. HT-6 y Penicillium sp. cepa 14-3. Además, se ha demostrado que Microbispora rosea , Excellospora japonica y E. viridilutea consumen muestras de PBS emulsionado. [31]
La policaprolactona ha ganado prominencia como biomaterial implantable debido a que la hidrólisis de sus enlaces éster le otorga propiedades biodegradables. Se ha demostrado que Bacillota y Pseudomonadota pueden degradar PCL. La cepa 26-1 de Penicillium sp. puede degradar PCL de alta densidad; aunque no tan rápidamente como la cepa ST-01 de Aspergillus sp. termotolerante. Las especies de clostridium pueden degradar PCL en condiciones anaeróbicas . [31]
El alcohol polivinílico es uno de los pocos polímeros vinílicos biodegradables que es soluble en agua. Debido a su solubilidad en agua (un disolvente económico e inocuo), el PVA tiene una amplia gama de aplicaciones, entre ellas, el envasado de alimentos, el revestimiento de textiles, el revestimiento de papel y los productos sanitarios. [32]
El tereftalato de adipato de polibutileno (PBAT) es un copolímero aleatorio biodegradable.
No se ha establecido ninguna norma internacional para definir los plásticos compostables en el hogar (es decir, aquellos que no dependen de instalaciones de compostaje industrial), pero se han creado normas nacionales en Australia (AS 5810 "Plásticos biodegradables adecuados para el compostaje en el hogar") y en Francia (NF T 51-800 "Especificaciones para plásticos adecuados para el compostaje en el hogar"). La norma francesa se basa en el "esquema de certificación OK compost home", desarrollado por el certificador belga TÜV Austria Belgium. [33] A continuación se presentan ejemplos de plásticos que se han ajustado a una norma nacional establecida para la compostabilidad en el hogar: [34]
Uno de los desafíos para el diseño y uso de plásticos biodegradables es que la biodegradabilidad es una "propiedad del sistema". Es decir, que un determinado artículo de plástico se biodegrade o no depende no solo de las propiedades intrínsecas del artículo, sino también de las condiciones del entorno en el que termina. La velocidad a la que el plástico se biodegrada en un ecosistema específico depende de una amplia gama de condiciones ambientales, incluidas la temperatura y la presencia de microorganismos específicos. [14]
Composición química:
Propiedades físicas:
Factores abióticos:
Factores bióticos:
Aunque los términos "compostable", "bioplásticos" y " plásticos oxodegradables " se utilizan a menudo en lugar de "plásticos biodegradables", estos términos no son sinónimos. La infraestructura de gestión de residuos actualmente recicla los residuos plásticos habituales, los incinera o los deposita en vertederos. Mezclar plásticos biodegradables con la infraestructura de residuos habituales plantea algunos peligros para el medio ambiente. [36] Por lo tanto, es fundamental identificar cómo descomponer correctamente los materiales plásticos alternativos.
Tanto los plásticos compostables como los biodegradables son materiales que se descomponen en sus componentes orgánicos; sin embargo, el compostaje de algunos plásticos compostables requiere un control estricto de los factores ambientales, incluidas temperaturas más altas, presión y concentración de nutrientes, así como proporciones químicas específicas. Estas condiciones solo se pueden recrear en plantas de compostaje industrial, que son pocas y distantes entre sí. [37] Por lo tanto, algunos plásticos que son compostables pueden degradarse solo en entornos altamente controlados. [38] Además, el compostaje generalmente se lleva a cabo en entornos aeróbicos, mientras que la biodegradación puede tener lugar en entornos anaeróbicos. [39] Los polímeros de base biológica, provenientes de materiales no fósiles, pueden descomponerse naturalmente en el medio ambiente, mientras que algunos productos plásticos hechos de polímeros biodegradables requieren la asistencia de digestores anaeróbicos o unidades de compostaje para descomponer el material sintético durante los procesos de reciclaje orgánico. [40] [14]
Contrariamente a la creencia popular, los plásticos compostables no biodegradables sí existen. Estos plásticos se biodegradan en condiciones de compostaje, pero no comienzan a degradarse hasta que se cumplen los requisitos. En otras palabras, estos plásticos no pueden considerarse “biodegradables” (según la definición de las normas estadounidenses y europeas) debido a que no pueden biodegradarse de forma natural en la biosfera. Un ejemplo de plástico compostable no biodegradable es el ácido poliláctico (PLA). [41] [42]
La definición estándar de ASTM señala que un plástico compostable tiene que volverse "no visualmente distinguible" al mismo ritmo que algo que ya se ha establecido como compostable según la definición tradicional. [43]
Un plástico se considera bioplástico si se ha producido total o parcialmente con polímeros de origen biológico. Un plástico se considera biodegradable si puede degradarse en agua, dióxido de carbono y biomasa en un período de tiempo determinado (dependiendo de diferentes estándares). Por lo tanto, los términos no son sinónimos. No todos los bioplásticos son biodegradables. [44] Un ejemplo de un bioplástico no biodegradable es el PET de origen biológico. El PET es un plástico petroquímico, derivado de combustibles fósiles. El PET de origen biológico es el mismo plástico pero sintetizado con bacterias. El PET de origen biológico tiene propiedades técnicas idénticas a su homólogo de origen fósil. [45]
Además, los plásticos oxodegradables suelen considerarse biodegradables, pero en realidad son simplemente plásticos convencionales con aditivos llamados prodegradantes que aceleran el proceso de oxidación. Si bien los plásticos oxodegradables se descomponen rápidamente con la exposición a la luz solar y al oxígeno, persisten como enormes cantidades de microplásticos en lugar de material biológico. [46]
Los plásticos oxodegradables no pueden clasificarse como biodegradables según las normas estadounidenses y europeas porque tardan demasiado en descomponerse y dejan fragmentos de plástico que no pueden ser consumidos por los microorganismos. Aunque están pensados para facilitar la biodegradación, los plásticos oxodegradables a menudo no se fragmentan de forma óptima para la digestión microbiana. [47]
Todos los materiales son inherentemente biodegradables, ya sea que tarden unas semanas o un millón de años en descomponerse en materia orgánica y mineralizarse. [48] Por lo tanto, los productos que se clasifican como “biodegradables” pero cuyas limitaciones temporales y ambientales no se indican explícitamente están desinformando a los consumidores y carecen de transparencia. [44] Normalmente, las empresas creíbles transmiten las condiciones biodegradables específicas de sus productos, destacando que sus productos son de hecho biodegradables según las normas nacionales o internacionales. Además, las empresas que etiquetan los plásticos con aditivos oxobiodegradables como totalmente biodegradables contribuyen a la desinformación. De manera similar, algunas marcas pueden afirmar que sus plásticos son biodegradables cuando, de hecho, son bioplásticos no biodegradables.
En 2021, el Mecanismo de Asesoramiento Científico de la Comisión Europea realizó una revisión de la evidencia sobre los plásticos biodegradables y concluyó que: [14]
Etiquetar los artículos de plástico como "biodegradables", sin explicar qué condiciones son necesarias para que se biodegraden, genera confusión entre los consumidores y otros usuarios. Podría provocar la contaminación de los flujos de residuos y un aumento de la contaminación o de la basura. Es necesario un etiquetado claro y preciso para que los consumidores sepan con seguridad qué esperar de los artículos de plástico y cómo utilizarlos y desecharlos correctamente.
En respuesta, el Grupo de Asesores Científicos Principales de la Comisión Europea recomendó en 2021 desarrollar "normas coherentes de prueba y certificación para la biodegradación de plástico en el entorno abierto", incluidos "esquemas de prueba y certificación que evalúen la biodegradación real de plásticos biodegradables en el contexto de su aplicación en un entorno abierto receptor específico". [14]
Degradación microbiana: El objetivo principal de los plásticos biodegradables es reemplazar a los plásticos tradicionales que persisten en los vertederos y dañan el medio ambiente. Por lo tanto, la capacidad de los microorganismos para descomponer estos plásticos es una ventaja ambiental increíble. La degradación microbiana se logra mediante tres pasos: colonización de la superficie del plástico, hidrólisis y mineralización. Primero, los microorganismos pueblan los plásticos expuestos. A continuación, las bacterias secretan enzimas que se unen a la fuente de carbono o sustratos de polímero y luego rompen los enlaces de hidrocarburos. El proceso da como resultado la producción de H 2 O y CO 2 . A pesar de la liberación de CO 2 al medio ambiente, los plásticos biodegradables dejan una huella más pequeña que los plásticos derivados del petróleo que se acumulan en los vertederos y causan una gran contaminación, por lo que se exploran como alternativas a los plásticos tradicionales. [31]
Residuos sólidos municipales: según un informe de 2010 de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA), en ese país había 31 millones de toneladas de residuos plásticos, lo que representa el 12,4% de todos los residuos sólidos municipales. De esa cantidad, se recuperaron 2,55 millones de toneladas. Esta recuperación del 8,2% fue mucho menor que el porcentaje de recuperación general del 34,1% de los residuos sólidos municipales. [49]
Las tasas de recuperación de plásticos deprimidas se pueden atribuir a que los plásticos convencionales a menudo se mezclan con desechos orgánicos (restos de comida, papel húmedo y líquidos), lo que lleva a la acumulación de desechos en vertederos y hábitats naturales. [50] Por otro lado, el compostaje de estos orgánicos mixtos (restos de comida, recortes de jardín y papel húmedo no reciclable) es una estrategia potencial para recuperar grandes cantidades de desechos y aumentar drásticamente los objetivos de reciclaje de la comunidad. A partir de 2015, los restos de comida y el papel húmedo no reciclable comprenden respectivamente 39,6 millones y 67,9 millones de toneladas de residuos sólidos urbanos . [51]
Los plásticos biodegradables pueden reemplazar a los plásticos no degradables en estos flujos de desechos, lo que hace que el compostaje municipal sea una herramienta importante para desviar grandes cantidades de desechos que de otro modo no serían recuperables de los vertederos. [18] Los plásticos compostables combinan la utilidad de los plásticos (peso ligero, resistencia, costo relativamente bajo) con la capacidad de compostarse completa y completamente en una planta de compostaje industrial. En lugar de preocuparse por reciclar una cantidad relativamente pequeña de plásticos mezclados, los defensores argumentan que los plásticos biodegradables certificados se pueden mezclar fácilmente con otros desechos orgánicos, lo que permite el compostaje de una porción mucho mayor de desechos sólidos no recuperables.
El compostaje comercial de todos los materiales orgánicos mezclados se vuelve entonces comercialmente viable y económicamente sostenible. Más municipios pueden desviar cantidades significativas de desechos de los vertederos sobrecargados, ya que ahora todo el flujo de desechos es biodegradable y, por lo tanto, más fácil de procesar. Este alejamiento del uso de vertederos puede ayudar a aliviar el problema de la contaminación por plástico .
Por lo tanto, se considera que el uso de plásticos biodegradables permite la recuperación completa de grandes cantidades de residuos sólidos urbanos (a través del compostaje aeróbico y materias primas) que hasta ahora no se han podido recuperar por otros medios excepto el enterramiento en vertederos o la incineración. [52]
Existen denuncias de que las bolsas de plástico biodegradables pueden liberar metales y pueden requerir mucho tiempo para degradarse en determinadas circunstancias [53] y que los plásticos OBD (oxobiodegradables) pueden producir pequeños fragmentos de plástico que no continúan degradándose a un ritmo apreciable independientemente del medio ambiente. [54] [55] La respuesta de la Asociación de Plásticos Oxobiodegradables (www.biodeg.org) es que los plásticos OBD no contienen metales. [ cita requerida ] Contienen sales de metales, que no están prohibidas por la legislación y de hecho son necesarias como oligoelementos en la dieta humana. La oxobiodegradación del polietileno de baja densidad que contiene un aditivo patentado basado en sal de manganeso mostró una biodegradación del 91% en un entorno de suelo después de 24 meses. [56]
También existe un gran debate sobre el uso total de carbono, combustibles fósiles y agua en la fabricación de bioplásticos biodegradables a partir de materiales naturales y si tienen un impacto negativo en el suministro de alimentos humanos. Para producir 1 kg (2,2 lb) de ácido poliláctico, el plástico compostable más común disponible comercialmente, se requieren 2,65 kg (5,8 lb) de maíz. [57] Dado que a partir de 2010, se fabrican aproximadamente 270 millones de toneladas de plástico cada año, [58] reemplazar el plástico convencional con ácido poliláctico derivado del maíz eliminaría 715,5 millones de toneladas del suministro mundial de alimentos, en un momento en que el calentamiento global está reduciendo la productividad agrícola tropical. [59]
Existe la preocupación de que otro gas de efecto invernadero, el metano , pueda liberarse cuando cualquier material biodegradable, incluidos los plásticos verdaderamente biodegradables, se degrada en un entorno de vertedero anaeróbico . La producción de metano de 594 entornos de vertederos gestionados se captura y se utiliza para generar energía; [60] algunos vertederos lo queman mediante un proceso llamado quema para reducir la liberación de metano al medio ambiente . En los EE. UU., la mayoría de los materiales vertidos actualmente van a vertederos donde capturan el biogás de metano para su uso en energía limpia y económica. [61] La incineración de plásticos no biodegradables también liberará dióxido de carbono. La eliminación de plásticos no biodegradables hechos de materiales naturales en entornos anaeróbicos (vertederos) dará como resultado que el plástico dure cientos de años. [60]
Los plásticos biodegradables que no se han degradado por completo se eliminan en los océanos mediante instalaciones de gestión de residuos con la suposición de que se descompondrán en poco tiempo. Sin embargo, el océano no es óptimo para la biodegradación, ya que el proceso favorece los entornos cálidos con abundancia de microorganismos y oxígeno. Las microfibras restantes que no se han biodegradado pueden causar daños a la vida marina. [62]
Varios investigadores han llevado a cabo evaluaciones exhaustivas del ciclo de vida de polímeros biodegradables para determinar si estos materiales son más eficientes energéticamente que los polímeros fabricados por medios convencionales basados en combustibles fósiles. La investigación realizada por Gerngross , et al. estima que la energía de combustible fósil necesaria para producir un kilogramo de polihidroxialcanoato (PHA) es de 50,4 MJ/kg, [63] [64] lo que coincide con otra estimación de Akiyama, et al. , [65] que estiman un valor entre 50-59 MJ/kg. Esta información no tiene en cuenta la energía de la materia prima, que se puede obtener a partir de métodos no basados en combustibles fósiles. Se estimó que el polilactido (PLA) tenía un coste de energía de combustible fósil de 54-56,7 a partir de dos fuentes, [66] pero los recientes desarrollos en la producción comercial de PLA por NatureWorks han eliminado cierta dependencia de la energía basada en combustibles fósiles al sustituirla por energía eólica y estrategias impulsadas por biomasa. Informan que producen un kilogramo de PLA con solo 27,2 MJ de energía basada en combustibles fósiles y anticipan que esta cifra se reducirá a 16,6 MJ/kg en sus plantas de próxima generación. En cambio, el polipropileno y el polietileno de alta densidad requieren 85,9 y 73,7 MJ/kg, respectivamente, [67] pero estos valores incluyen la energía incorporada de la materia prima porque se basa en combustibles fósiles.
Gerngross informa que se requiere un equivalente total de energía de combustible fósil de 2,65 kg para producir un solo kilogramo de PHA, mientras que el polietileno solo requiere 2,2 kg de FFE. [64] Gerngross evalúa que la decisión de seguir adelante con cualquier alternativa de polímero biodegradable deberá tener en cuenta las prioridades de la sociedad con respecto a la energía, el medio ambiente y el costo económico.
Además, es importante reconocer la juventud de las tecnologías alternativas. Por ejemplo, la tecnología para producir PHA todavía está en desarrollo y el consumo de energía se puede reducir aún más eliminando el paso de fermentación o utilizando los desechos de alimentos como materia prima. [68] Se espera que el uso de cultivos alternativos distintos del maíz , como la caña de azúcar de Brasil, reduzca los requisitos de energía. Por ejemplo, "la fabricación de PHA por fermentación en Brasil disfruta de un esquema de consumo de energía favorable en el que se utiliza el bagazo como fuente de energía renovable". [69]
Muchos polímeros biodegradables que provienen de recursos renovables (por ejemplo, los basados en almidón , PHA, PLA) también compiten con la producción de alimentos , ya que la materia prima principal es actualmente el maíz. Para que Estados Unidos pudiera satisfacer su producción actual de plásticos con BP, se necesitarían 1,62 metros cuadrados por kilogramo producido. [70]
Para garantizar la integridad de los productos etiquetados como "biodegradables", se han establecido las siguientes normas:
El Instituto de Productos Biodegradables (BPI) es la principal organización de certificación en los EE. UU. ASTM International define métodos para probar plástico biodegradable, tanto anaeróbicamente como aeróbicamente , así como en entornos marinos. La responsabilidad específica del subcomité para supervisar estas normas recae en el Comité D20.96 sobre Plásticos Ambientalmente Degradables y Productos Biológicos. [71] Las normas ASTM actuales se definen como especificaciones estándar y métodos de prueba estándar. Las especificaciones estándar crean un escenario de aprobación o rechazo, mientras que los métodos de prueba estándar identifican los parámetros de prueba específicos para facilitar los marcos de tiempo específicos y la toxicidad de las pruebas biodegradables en plásticos.
Las dos normas anteriores indican que, para que se considere biodegradable en condiciones anaeróbicas, un mínimo del 70 % del material debe haberse biodegradado en 30 días (ASTM D5511-18) o durante el procedimiento de prueba (ASTM D5526-18). Las metodologías de prueba proporcionan pautas sobre las pruebas, pero no ofrecen una guía de aprobación o rechazo de los resultados. [72]
Las dos normas anteriores describen los procedimientos para probar y etiquetar la biodegradabilidad en condiciones de compostaje aeróbico. Los plásticos pueden clasificarse como biodegradables en entornos aeróbicos cuando el 90% del material se mineraliza completamente en CO2 en un plazo de 180 días (unos 6 meses). Las especificaciones incluyen criterios de aprobación/desaprobación y presentación de informes. [72]
De manera similar a las normas estadounidenses, la norma europea requiere que el 90% de los fragmentos de polímero se mineralicen completamente en CO2 en un plazo de seis meses. [73]
En 2021, el Mecanismo de Asesoramiento Científico de la Comisión Europea recomendó a la Comisión que desarrollara nuevas normas de certificación y ensayo para la biodegradación del plástico en el entorno abierto, [14] incluyendo:
En noviembre de 2022, la Comisión Europea propuso un reglamento de la UE para sustituir la Directiva de envases y residuos de envases de 1994 , junto con una comunicación para aclarar las etiquetas de base biológica , biodegradable y compostable . [75]
En octubre de 2020, British Standards publicó nuevas normas para el plástico biodegradable. Para cumplir con las normas, el plástico biodegradable debe degradarse en una cera que no contenga microplásticos ni nanoplásticos en un plazo de dos años. La descomposición de los plásticos puede desencadenarse por la exposición a la luz solar, el aire y el agua. El director ejecutivo de Polymateria , Niall Dunne , dijo que su empresa había creado una película de polietileno que se degradaba en 226 días y vasos de plástico que se descomponían en 336 días. [76]
Ante la creciente preocupación por las consecuencias ambientales de los desechos plásticos , los investigadores han estado explorando la aplicación de la ingeniería genética y la biología sintética para optimizar la producción de plástico biodegradable. Esto implica alterar la composición genética endógena u otros sistemas biológicos de los organismos. [77]
En 1995, un artículo titulado “Producción de polihidroxialcanoatos, una familia de plásticos y elastómeros biodegradables, en bacterias y plantas” describe el uso de la biología sintética para aumentar el rendimiento de polihidroxialcanoatos (PHA), específicamente en plantas Arabidopsis . [78] De manera similar, un estudio realizado en 1999 investigó cómo la planta de colza puede modificarse genéticamente para producir PHBV. Aunque no se produjo un alto rendimiento, esto muestra el uso temprano de la ingeniería genética para la producción de plásticos biodegradables. [79]
Aún se están realizando esfuerzos en la dirección de la producción de plástico biodegradable a través de la fabricación genética y el rediseño. Un artículo publicado en 2014 titulado “La ingeniería genética aumenta el rendimiento del plástico biodegradable a partir de cianobacterias” describe los procedimientos realizados para producir un mayor rendimiento de PHB que sea comparable a nivel industrial. Investigaciones anteriores indicaron que tanto las proteínas Rre37 como SigE son responsables por separado de la activación de la producción de PHB en la cepa de cianobacterias Synechocystis . Por lo tanto, en este estudio, la cepa Synechocystis se modificó para sobreexpresar las proteínas Rre37 y SigE juntas en condiciones limitadas por nitrógeno. [80]
Actualmente, un grupo de investigación dirigido por estudiantes de la Universidad de Virginia (Virginia iGEM 2019) está en el proceso de ingeniería genética de Escherichia coli para convertir estireno (monómero de poliestireno) en P3HBs (un tipo de PHA). El proyecto tiene como objetivo demostrar que el poliestireno de desecho se puede utilizar de manera efectiva como fuente de carbono para la producción de plástico biodegradable, abordando tanto los problemas de la acumulación de desechos de poliestireno en los vertederos como el alto costo de producción de los PHA. [81]
Los polímeros conductores biodegradables (CP) son un material polimérico diseñado para aplicaciones dentro del cuerpo humano. Las propiedades importantes de este material son su conductividad eléctrica comparable a los conductores tradicionales y su biodegradabilidad. Las aplicaciones médicas de los CP biodegradables son atractivas para especialidades médicas como la ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa. [82] En la ingeniería de tejidos, el enfoque principal es proporcionar a los órganos dañados señales fisicoquímicas para su reparación. Esto se logra mediante el uso de andamiajes nanocompuestos. [83] Las aplicaciones de la medicina regenerativa están diseñadas para regenerar células y mejorar el proceso de reparación del cuerpo. [84] El uso de CP biodegradables también se puede implementar en imágenes biomédicas junto con implantes y más. [82]
El diseño de los CP biodegradables comenzó con la mezcla de polímeros biodegradables, incluidos polilactidas, policaprolactona y poliuretanos. Este diseño desencadenó la innovación en lo que se está diseñando a partir del año 2019. Los CP biodegradables actuales son aplicables para su uso en el campo biomédico. La arquitectura compositiva de los CP biodegradables actuales incluye las propiedades de conductividad de los polímeros biodegradables basados en oligómeros implementados en composiciones de formaciones lineales, en forma de estrella o hiperramificadas. Otra implementación para mejorar la arquitectura biodegradable de los CP es mediante el uso de monómeros y enlaces conjugados que son degradables. [82] Los polímeros biodegradables utilizados en aplicaciones biomédicas generalmente consisten en ésteres hidrolizables e hidrazonas. Estas moléculas, tras estimulación externa, se escinden y descomponen. El proceso de activación de la escisión se puede lograr mediante el uso de un entorno ácido, aumentando la temperatura o mediante el uso de enzimas. [82] Se han establecido tres categorías de compuestos de CP biodegradables en relación con su composición química. La primera categoría incluye mezclas de CP parcialmente biodegradables de materiales poliméricos conductores y biodegradables. La segunda categoría incluye oligómeros conductores de CP biodegradables. La tercera categoría es la de unidades monoméricas modificadas y degradables junto con el uso de enlaces conjugados degradables para su uso en polímeros de CP biodegradables. [82] [83]
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