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]
Si bien las palabras "bioplástico" y "plástico biodegradable" son similares, no son sinónimas. [3] No todos los bioplásticos (plásticos derivados parcial o totalmente de la biomasa) son biodegradables, y algunos plásticos biodegradables están totalmente basados en petróleo. [4] A medida que más empresas desean que se las considere con credenciales "verdes", se investigan e implementan más soluciones como el uso de bioplásticos. La definición de bioplásticos aún está en debate. La frase se utiliza con frecuencia para referirse a una amplia gama de productos diversos que pueden ser de base biológica, biodegradables o ambos. Esto podría implicar que los polímeros fabricados a partir del petróleo puedan calificarse 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 del 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 debido a 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 Estados Unidos para impulsar los precios mundiales del petróleo en 1973, [10] más empresas de plástico y productos químicos 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 dramáticamente debido a las propiedades indeseables del PHA producido y la amenaza cada vez menor de aumento 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. Biopol es un copolímero compuesto de PHB y PHV, pero su producción aún era demasiado costosa 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 fuerte aumento de los precios del petróleo a principios de la década de 2000 (a casi 140 dólares por barril en 2008), la industria de producción de plástico finalmente buscó implementar estas alternativas a los plásticos a base de petróleo. [12] Desde entonces, han surgido como soluciones innumerables alternativas, producidas químicamente o por otras bacterias, plantas, algas y desechos vegetales. Los factores geopolíticos también influyen en su uso.
Los plásticos biodegradables se utilizan habitualmente para artículos desechables, como envases , cubiertos y recipientes para el servicio de alimentos. [13]
En principio, los plásticos biodegradables podrían sustituir muchas aplicaciones de los plásticos convencionales. Sin embargo, esto implica 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 (ejemplo: Cuprividus necator ). Los tipos específicos de PHA incluyen poli-3-hidroxibutirato (PHB), polihidroxivalerato (PHV) y polihidroxihexanoato (PHH). La biosíntesis de PHA suele estar impulsada 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 se recuperan luego rompiendo los microorganismos. [20]
Los PHA se pueden clasificar además en dos tipos:
El ácido poliláctico es un poliéster alifático termoplástico sintetizado a partir de biomasa renovable , generalmente a partir de almidón vegetal fermentado como pulpa de maíz , mandioca , caña de azúcar o remolacha azucarera . En 2010, el PLA tuvo el segundo mayor volumen de consumo de cualquier bioplástico del mundo. [22]
El PLA es compostable, pero no biodegradable según los estándares estadounidenses y europeos porque no se biodegrada fuera de condiciones artificiales de compostaje (ver § Plásticos compostables ).
Las mezclas de almidón son polímeros termoplásticos producidos mezclando almidón con plastificantes. Debido a que los polímeros de almidón por sí solos son quebradizos 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 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/adipato-co-tereftalato de polibutileno.
Otras mezclas, como la de almidón/ poliolefina , no son biodegradables.
Los bioplásticos de celulosa son principalmente los 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 ello es el acetato de celulosa , que es caro y, por tanto, rara vez se utiliza 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 del material vegetal mediante la producción de papel, etanol y más. [27] Es muy abundante y los informes 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 CO 2 durante el proceso de biodegradación. [27] Se ha descubierto que otros procesos plásticos biodegradables, como el tereftalato de polietileno (PET), liberan CO 2 y agua como productos de desecho producidos por los microorganismos degradantes. [28]
La lignina contiene propiedades químicas comparables a las sustancias químicas plásticas actuales, que incluyen grupos funcionales reactivos, la capacidad de formar películas, un alto porcentaje de carbono y muestra versatilidad en relación con diversas mezclas químicas utilizadas con plásticos. La lignina también es estable y contiene anillos aromáticos. Es a la vez elástico y viscoso, pero fluye suavemente en la fase líquida. Lo más importante es que la lignina puede mejorar los estándares actuales de los plásticos porque es de naturaleza antimicrobiana. [27] Se está produciendo en grandes cantidades y está fácilmente disponible para su uso como un polímero emergente respetuoso con el medio ambiente.
Los plásticos a base de petróleo se derivan de productos petroquímicos, que se obtienen a partir de petróleo crudo fósil, carbón o gas natural. Los plásticos a base de 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 a base de petróleo 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 columna vertebral 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 ingresar al ciclo del ácido tricarboxílico, después del 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 embalaje para alimentos y cosméticos. En el campo agrícola, el PBS se utiliza como película de cobertura biodegradable [30] . El PBS puede ser degradado 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 porque la hidrólisis de sus enlaces éster ofrece sus propiedades biodegradables. Se ha demostrado que Bacillota y Pseudomonadota pueden degradar el PCL. Penicillium sp. la cepa 26-1 puede degradar el PCL de alta densidad; aunque no tan rápidamente como el termotolerante Aspergillus sp. cepa ST-01. Las especies de clostridium pueden degradar el PCL en condiciones anaeróbicas . [31]
El poli(alcohol vinílico) es uno de los pocos polímeros vinílicos biodegradables que es soluble en agua. Debido a su solubilidad en agua (un disolvente económico e inofensivo), el PVA tiene una amplia gama de aplicaciones que incluyen envases de alimentos, revestimiento de textiles, revestimiento de papel y 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 doméstico") y en Francia (NF T 51-800 "Especificaciones para plásticos aptos para el compostaje doméstico"). La norma francesa se basa en el "esquema de certificación doméstica OK compost", desarrollado por el certificador belga TÜV Austria Bélgica. [33] Los siguientes son ejemplos de plásticos que se han ajustado a una norma nacional establecida para la compostabilidad doméstica: [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 artículo de plástico en particular se biodegrade depende no sólo de las propiedades intrínsecas del artículo, sino también de las condiciones del medio ambiente 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, incluida la temperatura y la presencia de microorganismos específicos. [14]
Composición química:
Propiedades físicas:
Factores abióticos:
Factores bioticos:
Aunque los términos "compostable", "bioplásticos" y " plásticos oxodegradativos " se utilizan a menudo en lugar de "plásticos biodegradables", estos términos no son sinónimos. Actualmente, la infraestructura de gestión de residuos recicla los residuos plásticos normales, los incinera o los coloca. La mezcla de plásticos biodegradables en la infraestructura habitual de residuos plantea algunos peligros para el medio ambiente. [36] Por lo tanto, es crucial identificar cómo descomponer correctamente los materiales plásticos alternativos.
Tanto los plásticos compostables como los plásticos biodegradables son materiales que se descomponen en sus constituyentes orgánicos; sin embargo, el compostaje de algunos plásticos compostables requiere un control estricto de los factores ambientales, incluidas temperaturas, presión y concentración de nutrientes más altas, así como proporciones químicas específicas. Estas condiciones sólo se pueden recrear en las plantas de compostaje industrial, que son pocas y espaciadas. [37] Por lo tanto, algunos plásticos que son compostables pueden degradarse solo en ambientes altamente controlados. [38] Además, el compostaje normalmente se lleva a cabo en ambientes aeróbicos, mientras que la biodegradación puede tener lugar en ambientes anaeróbicos. [39] Los polímeros de base biológica, procedentes de materiales no fósiles, pueden descomponerse naturalmente en el medio ambiente, mientras que algunos productos plásticos fabricados a partir de polímeros biodegradables requieren la ayuda 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 existen. Estos plásticos se biodegradarán en condiciones de compostaje, pero no comenzarán a degradarse hasta que se cumplan. En otras palabras, estos plásticos no pueden considerarse “biodegradables” (según lo definen las normas estadounidenses y europeas) debido a que no pueden biodegradarse naturalmente en la biosfera. Un ejemplo de plástico compostable no biodegradable es el ácido poliláctico (PLA). [41] [42]
La definición estándar de ASTM establece que un plástico compostable debe volverse "no distinguible visualmente" al mismo ritmo que algo que ya se ha establecido como compostable según la definición tradicional. [43]
Un plástico se considera bioplástico si fue producido parcial o totalmente 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 tanto, los términos no son sinónimos. No todos los bioplásticos son biodegradables. [44] Un ejemplo de bioplástico no biodegradable es el PET de base biológica. El PET es un plástico petroquímico, derivado de combustibles fósiles. El PET de base biológica es el mismo plástico pero sintetizado con bacterias. El PET de origen biológico tiene propiedades técnicas idénticas a las de su homólogo de origen fósil. [45]
Además, los plásticos oxodegradables suelen considerarse biodegradables. Sin embargo, son simplemente plásticos convencionales con aditivos llamados prodegregantes que aceleran el proceso de oxidación. Si bien los plásticos oxodegradables se descomponen rápidamente mediante la exposición a la luz solar y al oxígeno, persisten como enormes cantidades de microplásticos en lugar de cualquier material biológico. [46]
Los plásticos oxodegradables no pueden clasificarse como biodegradables según los estándares americanos y europeos porque tardan demasiado en descomponerse y dejan fragmentos de plástico que no pueden ser consumidos por los microorganismos. Aunque están destinados a facilitar la biodegradación, los plásticos oxodegradables a menudo no se fragmentan de manera 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 están clasificados como “biodegradables” pero cuyas limitaciones de tiempo 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 los estándares nacionales o internacionales. Además, las empresas que etiquetan los plásticos con aditivos oxo-biodegradables como completamente biodegradables contribuyen a la desinformación. Del mismo modo, algunas marcas pueden afirmar que sus plásticos son biodegradables cuando, en realidad, son bioplásticos no biodegradables.
En 2021, el Mecanismo de Asesoramiento Científico de la Comisión Europea llevó a cabo una revisión de la evidencia sobre plásticos biodegradables y concluyó que: [14]
Etiquetar artículos de plástico como 'biodegradables', sin explicar qué condiciones se necesitan 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 la basura. Se necesita un etiquetado claro y preciso para que los consumidores puedan estar seguros de qué esperar de los artículos de plástico y de cómo utilizarlos y eliminarlos adecuadamente.
En respuesta, el Grupo de Asesores Científicos Principales de la Comisión Europea recomendó en 2021 desarrollar "estándares de prueba y certificación coherentes para la biodegradación del plástico en el ambiente abierto", incluidos "esquemas de prueba y certificación que evalúen la biodegradación real de los 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 los plásticos tradicionales que persisten en los vertederos y dañan el medio ambiente. Por tanto, la capacidad de los microorganismos para descomponer estos plásticos supone una increíble ventaja medioambiental. La degradación microbiana se logra mediante 3 pasos: colonización de la superficie plástica, hidrólisis y mineralización. Primero, los microorganismos pueblan los plásticos expuestos. Luego, las bacterias secretan enzimas que se unen a la fuente de carbono o a los sustratos poliméricos 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 menor que los plásticos a base de 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), Estados Unidos tenía 31 millones de toneladas de residuos plásticos, lo que representa el 12,4% de todos los residuos sólidos municipales. De ellas, se recuperaron 2,55 millones de toneladas. Esta recuperación del 8,2% fue mucho menor que el porcentaje de recuperación general del 34,1% para los residuos sólidos municipales. [49]
Las bajas tasas de recuperación de plásticos se pueden atribuir a que los plásticos convencionales a menudo se mezclan con desechos orgánicos (restos de comida, papel mojado y líquidos), lo que lleva a la acumulación de desechos en vertederos y hábitats naturales. [50] Por otro lado, el compostaje de estos compuestos 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. En 2015, los restos de comida y el papel húmedo no reciclable representaban, 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 de los vertederos grandes cantidades de desechos que de otro modo no serían recuperables. [18] Los plásticos compostables combinan la utilidad de los plásticos (ligero, resistente, costo relativamente bajo) con la capacidad de compostarse total y completamente en una instalación de compostaje industrial. En lugar de preocuparse por reciclar una cantidad relativamente pequeña de plásticos mezclados, los defensores argumentan que los plásticos biodegradables certificados pueden mezclarse fácilmente con otros desechos orgánicos, permitiendo así el compostaje de una porción mucho mayor de desechos sólidos no recuperables.
El compostaje comercial para todos los compuestos orgánicos mezclados se vuelve entonces comercialmente viable y económicamente sostenible. Más municipios pueden desviar cantidades significativas de desechos de los vertederos sobrecargados, ya que todo el flujo de desechos ahora 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 plástica .
Por lo tanto, se considera que el uso de plásticos biodegradables permite la recuperación completa de grandes cantidades de residuos sólidos urbanos (mediante compostaje aeróbico y materias primas) que hasta ahora no han sido recuperables por otros medios excepto el vertedero o la incineración. [52]
Hay acusaciones 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 (oxo-biodegradables) pueden producir pequeños fragmentos de plástico que no continúan degradándose en ningún momento. tasa apreciable independientemente del entorno. [54] [55] La respuesta de la Asociación de Plásticos Oxo-biodegradables (www.biodeg.org) es que los plásticos OBD no contienen metales. [ cita necesaria ] 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 a base de sal de manganeso mostró una biodegradación del 91% en un ambiente de suelo después de 24 meses. [56]
También hay mucho 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 Productividad agrícola tropical. [59]
Existe la preocupación de que se libere otro gas de efecto invernadero, el metano , 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 depositados en los vertederos hoy van a los vertederos donde capturan el biogás 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 fabricados a partir de materiales naturales en entornos anaeróbicos (vertederos) hará que el plástico dure cientos de años. [60]
Los plásticos biodegradables que no se han degradado completamente se eliminan en los océanos mediante instalaciones de gestión de residuos con el supuesto de que eventualmente se descompondrán en un corto período de tiempo. Sin embargo, el océano no es óptimo para la biodegradación, ya que el proceso favorece ambientes cálidos con abundancia de microorganismos y oxígeno. Las microfibras restantes que no han sido biodegradadas pueden causar daños a la vida marina. [62]
Varios investigadores han llevado a cabo extensas evaluaciones del ciclo de vida de los polímeros biodegradables para determinar si estos materiales son más eficientes energéticamente que los polímeros fabricados con medios convencionales basados en combustibles fósiles. Investigación realizada por Gerngross , et al. estima que la energía de los combustibles fósiles necesaria para producir un kilogramo de polihidroxialcanoato (PHA) es 50,4 MJ/kg, [63] [64] , lo que coincide con otra estimación de Akiyama, et al. , [65] quienes estiman un valor entre 50-59 MJ/kg. Esta información no tiene en cuenta la energía de la materia prima, que puede obtenerse a partir de métodos basados en combustibles no fósiles. Se estimó que la polilactida (PLA) tenía un costo energético de combustible fósil de 54-56,7 proveniente de dos fuentes, [66] pero los desarrollos recientes en la producción comercial de PLA por parte de NatureWorks han eliminado cierta dependencia de la energía basada en combustibles fósiles al suplantarla con energía eólica. estrategias impulsadas por la energía y la biomasa. Informan que fabrican un kilogramo de PLA con sólo 27,2 MJ de energía basada en combustibles fósiles y anticipan que esta cifra caerá a 16,6 MJ/kg en sus plantas de próxima generación. Por el contrario, 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 requieren 2,65 kg de energía equivalente a combustibles fósiles (FFE) total 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 aprovechar la juventud de las tecnologías alternativas. La tecnología para producir PHA, por ejemplo, todavía está en desarrollo hoy en día, y el consumo de energía se puede reducir aún más eliminando el paso de fermentación o utilizando 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 las necesidades energéticas. Por ejemplo, "la fabricación de PHA por fermentación en Brasil goza de un esquema de consumo de energía favorable donde se utiliza el bagazo como fuente de energía renovable". [69]
Muchos polímeros biodegradables que provienen de recursos renovables (es decir, a base de almidón , PHA, PLA) también compiten con la producción de alimentos , ya que actualmente la materia prima principal es el maíz. Para que Estados Unidos pueda cubrir su producción actual de plásticos con BP, necesitaría 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 realizar pruebas de plástico biodegradable, tanto anaeróbicamente como aeróbicamente , así como en ambientes marinos. La responsabilidad específica del subcomité de supervisar estos estándares 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 falla, mientras que los métodos de prueba estándar identifican los parámetros de prueba específicos para facilitar plazos específicos y toxicidad de las pruebas biodegradables en plásticos.
Ambas normas anteriores indican que un mínimo del 70 % del material debe haberse biodegradado a los 30 días (ASTM D5511-18) o la duración del procedimiento de prueba (ASTM D5526-18) para ser considerado biodegradable en condiciones anaeróbicas. Las metodologías de prueba proporcionan pautas sobre las pruebas, pero no brindan orientación de aprobación/rechazo sobre los resultados. [72]
Ambas normas anteriores describen procedimientos para probar y etiquetar la biodegradabilidad en condiciones de compostaje aeróbico. Los plásticos se pueden clasificar como biodegradables en ambientes aeróbicos cuando el 90% del material se mineraliza completamente en CO 2 en 180 días (~6 meses). Las especificaciones incluyen criterios de aprobación/rechazo e informes. [72]
Al igual que los estándares estadounidenses, el estándar europeo exige que el 90% de los fragmentos de polímero se mineralicen completamente en CO 2 en un plazo de 6 meses. [73]
En 2021, el Mecanismo de Asesoramiento Científico de la Comisión Europea recomendó a la Comisión desarrollar nuevos estándares de certificación y prueba para la biodegradación del plástico en el ambiente abierto, [14] que incluyen:
En noviembre de 2022, la Comisión Europea propuso un reglamento de la UE para reemplazar 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 nuevos estándares para plástico biodegradable. Para cumplir con las normas, el plástico biodegradable debe degradarse hasta convertirse en una cera que no contenga microplásticos ni nanoplásticos en un plazo de dos años. La degradación de los plásticos puede provocarse 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 películas de polietileno que se degradaban en 226 días y vasos de plástico que se descomponían en 336 días. [76]
Ante la creciente preocupación por las ramificaciones 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 de 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 obtuvo un alto rendimiento, esto demuestra el uso temprano de la ingeniería genética para la producción de plásticos biodegradables. [79]
Todavía se están realizando esfuerzos en la dirección de la producción de plástico biodegradable mediante la fabricación genética y el rediseño. Un artículo publicado en 2014 titulado “La ingeniería genética aumenta el rendimiento de plástico biodegradable a partir de cianobacterias” describe los procedimientos realizados para producir un mayor rendimiento de PHB que sea industrialmente comparable. 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 cianobacteria Synechocystis . Así, en este estudio, la cepa Synechocystis se modificó para sobreexpresar las proteínas Rre37 y SigE juntas en condiciones de limitación de nitrógeno. [80]
Actualmente, un grupo de investigación dirigido por estudiantes de la Universidad de Virginia (Virginia iGEM 2019) está en el proceso de diseñar genéticamente Escherichia coli para convertir estireno (monómero de poliestireno) en P3HB (un tipo de PHA). El proyecto tiene como objetivo demostrar que los residuos de poliestireno se pueden utilizar eficazmente como fuente de carbono para la producción de plástico biodegradable, abordando tanto los problemas de la acumulación de residuos de poliestireno en los vertederos como el alto coste 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 la de los conductores tradicionales y su biodegradabilidad. Las aplicaciones médicas de las CP biodegradables son atractivas para especialidades médicas como la ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa. [82] En ingeniería de tejidos, el enfoque clave es proporcionar a los órganos dañados señales fisicoquímicas para su reparación. Esto se logra mediante el uso de andamios de nanocompuestos. [83] Las aplicaciones de 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 CP biodegradables comenzó con la mezcla de polímeros biodegradables, incluidas polilactidas, policaprolactona y poliuretanos. Este diseño impulsó 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 composicional de las 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 las CP es mediante el uso de monómeros y enlaces conjugados que sean degradables. [82] Los polímeros biodegradables utilizados en aplicaciones biomédicas normalmente consisten en ésteres e hidrazonas hidrolizables. Estas moléculas, tras una estimulación externa, se escinden y descomponen. El proceso de activación de la escisión se puede lograr mediante el uso de un ambiente 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 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 CP biodegradables. [82] [83]
{{cite book}}: |author1=tiene nombre genérico ( ayuda ) [ página necesaria ]{{cite journal}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace ) Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )