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Bioplástico

Utensilios de plástico biodegradables Envoltura de flores hecha de bioflex de mezcla de PLA Los bioplásticos ( o plásticos de base biológica) son materiales plásticos producidos...

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Utensilios de plástico biodegradables
Envoltura de flores hecha de bioflex de mezcla de PLA

Los bioplásticos ( o plásticos de base biológica) son materiales plásticos producidos a partir de fuentes de biomasa renovables en lugar de fuentes petroquímicas. Esta definición los distingue de los plásticos biodegradables , que son plásticos que se degradan por la acción natural de microorganismos como algas o bacterias. [ 1 ] En el contexto de la bioeconomía y la economía circular , los bioplásticos siguen siendo un tema de actualidad.

Las cuatro clases principales de bioplásticos se pueden describir de la siguiente manera [ 2 ] :

Las tres primeras clases son biodegradables, mientras que la última es no degradable (duradera). Que un tipo de plástico sea degradable o duradero depende de su estructura molecular, no de si la biomasa que lo constituye está fosilizada o no. Existen tanto bioplásticos duraderos, como el Bio-PET o el biopolietileno (análogos de base biológica del tereftalato de polietileno y el polietileno de origen fósil ), como bioplásticos degradables, como el ácido poliláctico , el succinato de polibutileno o los polihidroxialcanoatos . [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]

Una ventaja de los bioplásticos es su independencia de los combustibles fósiles como materia prima, un recurso finito y distribuido de forma desigual a nivel mundial, vinculado a la política petrolera y a los impactos ambientales . Los bioplásticos pueden utilizar materiales de desecho previamente no utilizados (por ejemplo, paja , astillas de madera , serrín y residuos alimentarios ). Los estudios de análisis del ciclo de vida muestran que algunos bioplásticos pueden fabricarse con una menor huella de carbono que sus homólogos fósiles, por ejemplo, cuando se utiliza biomasa como materia prima y también para la producción de energía. Sin embargo, otros procesos de bioplásticos son menos eficientes y dan como resultado una mayor huella de carbono que los plásticos fósiles. [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

Algunos productos de consumo promocionan el uso de bioplásticos como medio para obtener credenciales "ecológicas". Muchos escépticos creen que los bioplásticos no resolverán los problemas como otros esperan. [ 13 ]

Los bioplásticos deben reciclarse de forma similar a los plásticos derivados de combustibles fósiles para evitar la contaminación plástica ; los bioplásticos compatibles (como el biopolietileno) se integran en los flujos de reciclaje existentes. Por otro lado, el reciclaje de bioplásticos biodegradables en los flujos de reciclaje actuales plantea desafíos adicionales, ya que puede aumentar el costo de la clasificación y disminuir el rendimiento y la calidad del material reciclado. Sin embargo, la biodegradación no es la única vía aceptable de eliminación al final de la vida útil de los bioplásticos biodegradables, y el reciclaje mecánico y químico suele ser la opción preferida desde el punto de vista ambiental. [ 14 ]

La biodegradabilidad puede ofrecer una vía de fin de vida útil en ciertas aplicaciones, como el mantillo agrícola, pero el concepto de biodegradación no es tan sencillo como muchos creen. La susceptibilidad a la biodegradación depende en gran medida de la estructura química del polímero, y los diferentes bioplásticos tienen estructuras distintas, por lo que no se puede asumir que el bioplástico en el medio ambiente se desintegre fácilmente. Por el contrario, los plásticos biodegradables también pueden sintetizarse a partir de combustibles fósiles. [ 9 ] [ 15 ]

En 2018, los bioplásticos representaban aproximadamente el 2 % de la producción mundial de plásticos (>380 millones de toneladas). [ 16 ] En 2022, los tipos de bioplásticos comercialmente más importantes eran el PLA y los productos a base de almidón . [ 17 ]

Definición de la IUPAC

La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada define el polímero de base biológica como:

Polímero de base biológica derivado de la biomasa o obtenido a partir de monómeros derivados de la biomasa y que, en alguna etapa de su procesamiento para convertirlo en productos terminados, puede moldearse mediante flujo.

Nota 1 : El bioplástico se utiliza generalmente como lo opuesto a un polímero derivado de recursos fósiles.
Nota 2 : El término bioplástico es engañoso porque sugiere que cualquier polímero derivado de la biomasa es respetuoso con el medio ambiente .
Nota 3 : Se desaconseja el uso del término "bioplástico". Utilice la expresión "polímero de base biológica".
Nota 4 : Un polímero de base biológica similar a uno de base petroquímica no implica ninguna superioridad con respecto al medio ambiente a menos que la comparación de las respectivas evaluaciones del ciclo de vida sea favorable. [ 18 ]

Tipos

Bioplásticos a base de polisacáridos

Plásticos a base de almidón

Relleno de embalaje fabricado con bioplásticos (almidón termoplástico)

El almidón termoplástico representa el bioplástico más utilizado, constituyendo aproximadamente el 50 por ciento del mercado de bioplásticos. [ 19 ] Se puede fabricar en casa una película de bioplástico de almidón simple mediante la gelatinización del almidón y el moldeo por solución . [ 20 ] El almidón puro es capaz de absorber humedad y, por lo tanto, es un material adecuado para la producción de cápsulas de medicamentos por el sector farmacéutico. Sin embargo, el bioplástico a base de almidón puro es quebradizo. También se pueden agregar plastificantes como glicerol , glicol y sorbitol para que el almidón también pueda procesarse termoplásticamente. [ 21 ] Las características del bioplástico resultante (también llamado "almidón termoplástico") se pueden adaptar a necesidades específicas ajustando las cantidades de estos aditivos. Se pueden utilizar técnicas convencionales de procesamiento de polímeros para procesar el almidón en bioplástico, como extrusión, moldeo por inyección, moldeo por compresión y moldeo por solución. [ 21 ] Las propiedades del bioplástico de almidón están influenciadas en gran medida por la relación amilosa / amilopectina . Generalmente, el almidón con alto contenido de amilosa da como resultado propiedades mecánicas superiores. [ 22 ] Sin embargo, el almidón con alto contenido de amilosa tiene menor procesabilidad debido a su mayor temperatura de gelatinización [ 23 ] y mayor viscosidad de fusión. [ 24 ]

Los bioplásticos a base de almidón se suelen mezclar con poliésteres biodegradables para producir mezclas de almidón/ácido poliláctico, [ 25 ] almidón/ policaprolactona [ 26 ] o almidón/Ecoflex [ 27 ] (adipato de polibutileno-co-tereftalato producido por BASF [ 28 ] ). Estas mezclas se utilizan en aplicaciones industriales y también son compostables. Otros productores, como Roquette , han desarrollado otras mezclas de almidón/ poliolefina . Estas mezclas no son biodegradables, pero tienen una menor huella de carbono que los plásticos derivados del petróleo utilizados para las mismas aplicaciones. [ 29 ]

El almidón es barato, abundante y renovable. [ 30 ]

Las películas a base de almidón (utilizadas principalmente para embalaje) se fabrican principalmente a partir de almidón mezclado con poliésteres termoplásticos para formar productos biodegradables y compostables. Estas películas se encuentran específicamente en el embalaje de productos de consumo, como envoltorios de revistas y películas de burbujas. En el envasado de alimentos , se utilizan como bolsas para panadería, frutas y verduras. Las bolsas de compostaje con estas películas se utilizan para la recolección selectiva de residuos orgánicos. [ 30 ] Además, las películas a base de almidón pueden utilizarse como papel. [ 31 ] [ 32 ]

Los nanocompuestos a base de almidón han sido ampliamente estudiados, mostrando propiedades mecánicas mejoradas, estabilidad térmica, resistencia a la humedad y propiedades de barrera de gases. [ 33 ]

Plásticos a base de celulosa

Un blíster de embalaje fabricado con acetato de celulosa , un bioplástico.

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 al ser modificada extensamente. Un ejemplo de ello es el acetato de celulosa, que es caro y, por lo tanto, rara vez se utiliza para envases. Sin embargo, las fibras celulósicas añadidas a los almidones pueden mejorar las propiedades mecánicas, la permeabilidad a los gases y la resistencia al agua debido a que son menos hidrófilas que el almidón. [ 30 ]

Plásticos a base de proteínas

Desarrollo de una envoltura de película de caseína comestible en el USDA [ 34 ]

Los bioplásticos pueden fabricarse a partir de proteínas de diferentes fuentes. Por ejemplo, el gluten de trigo y la caseína muestran propiedades prometedoras como materia prima para diferentes polímeros biodegradables. [ 35 ]

Además, la proteína de soja se está considerando como otra fuente de bioplástico. Las proteínas de soja se han utilizado en la producción de plástico durante más de cien años. Por ejemplo, los paneles de la carrocería de un automóvil Ford original estaban hechos de plástico a base de soja. [ 36 ]

Existen dificultades en el uso de plásticos a base de proteína de soja debido a su sensibilidad al agua y su coste relativamente elevado. Por lo tanto, la producción de mezclas de proteína de soja con algunos poliésteres biodegradables ya disponibles mejora la sensibilidad al agua y reduce el coste. [ 37 ]

Algunos poliésteres alifáticos

Los biopoliésteres alifáticos son principalmente polihidroxialcanoatos (PHA) , como el poli-3-hidroxibutirato (PHB), el polihidroxivalerato (PHV) y el polihidroxihexanoato (PHH).

Ácido poliláctico (PLA)

Película de acolchado hecha de bioflex de mezcla de ácido poliláctico (PLA)

El ácido poliláctico (PLA) es un plástico transparente producido a partir de maíz [ 38 ] o dextrosa . Superficialmente, es similar a los plásticos convencionales de base petroquímica como el PS . Se deriva de plantas y se biodegrada en condiciones de compostaje industrial. Desafortunadamente, presenta una resistencia al impacto, una robustez térmica y unas propiedades de barrera (bloqueo del transporte de aire a través de la membrana) inferiores en comparación con los plásticos no biodegradables. [ 39 ] El PLA y las mezclas de PLA generalmente vienen en forma de gránulos. El PLA se utiliza a escala limitada para la producción de películas, fibras, envases de plástico, vasos y botellas. El PLA es también el tipo más común de filamento plástico utilizado para el modelado por deposición fundida doméstico en impresoras 3D.

Poli-3-hidroxibutirato

El biopolímero poli-3-hidroxibutirato (PHB) es un poliéster producido por ciertas bacterias que procesan glucosa, almidón de maíz [ 40 ] o aguas residuales. [ 41 ] Sus características son similares a las del petroplástico polipropileno (PP). La producción de PHB está en aumento. La industria azucarera sudamericana , por ejemplo, ha decidido expandir la producción de PHB a escala industrial. El PHB se distingue principalmente por sus características físicas. Puede procesarse en una película transparente con un punto de fusión superior a 130 grados Celsius y es biodegradable sin dejar residuos.

Polihidroxialcanoatos

Los polihidroxialcanoatos (PHA) son poliésteres lineales producidos en la naturaleza mediante la fermentación bacteriana de azúcares o lípidos . Las bacterias los producen para almacenar carbono y energía. En la producción industrial, el poliéster se extrae y purifica de las bacterias optimizando las condiciones de fermentación del azúcar. Dentro de esta familia, se pueden combinar más de 150 monómeros diferentes para obtener materiales con propiedades muy diversas. Los PHA son más dúctiles y menos elásticos que otros plásticos, y además son biodegradables. Estos plásticos se utilizan ampliamente en la industria médica.

Poliamida 11

PA 11 es un biopolímero derivado del petróleo. También se conoce con el nombre comercial Rilsan B, comercializado por Arkema . PA 11 pertenece a la familia de polímeros técnicos y no es biodegradable. Sus propiedades son similares a las de PA 12 , aunque durante su producción se reducen las emisiones de gases de efecto invernadero y el consumo de recursos no renovables. Su resistencia térmica también es superior a la de PA 12. Se utiliza en aplicaciones de alto rendimiento como conductos de combustible para automóviles, tuberías de frenos neumáticos, revestimiento antitermitas para cables eléctricos, tuberías flexibles de petróleo y gas, umbilicales de fluidos de control, calzado deportivo, componentes de dispositivos electrónicos y catéteres.

Un plástico similar es la poliamida 410 (PA 410), derivada en un 70 % del aceite de ricino , bajo el nombre comercial EcoPaXX, comercializada por DSM. [ 42 ] La PA 410 es una poliamida de alto rendimiento que combina los beneficios de un alto punto de fusión (aprox. 250  °C), baja absorción de humedad y excelente resistencia a diversas sustancias químicas.

Polietileno de origen biológico

El componente básico ( monómero ) del polietileno es el etileno. El etileno es químicamente similar al etanol y puede derivarse de él, el cual se produce mediante la fermentación de materias primas agrícolas como la caña de azúcar o el maíz. El polietileno de origen biológico es química y físicamente idéntico al polietileno tradicional  ; no se biodegrada, pero puede reciclarse. El grupo químico brasileño Braskem afirma que, utilizando su método de producción de polietileno a partir de etanol de caña de azúcar, se capturan (eliminan del medio ambiente) 2,15 toneladas de CO₂ por cada tonelada de polietileno verde producido.

Materias primas modificadas genéticamente

Dado que el maíz transgénico es una materia prima común, no sorprende que algunos bioplásticos se fabriquen a partir de él.

Dentro de las tecnologías de fabricación de bioplásticos existe el modelo de "fábrica de plantas", que utiliza cultivos modificados genéticamente o bacterias modificadas genéticamente para optimizar la eficiencia.

Polihidroxiuretanos

La condensación de poliaminas y carbonatos cíclicos produce polihidroxiuretanos. [ 43 ] A diferencia de los poliuretanos reticulados tradicionales, los polihidroxiuretanos reticulados son, en principio, aptos para el reciclaje y reprocesamiento mediante reacciones de transcarbamoilación dinámica. [ 44 ]

Polímeros derivados de lípidos

Se han sintetizado varias clases de bioplásticos a partir de grasas y aceites derivados de plantas y animales. [ 45 ] Se han desarrollado poliuretanos , [ 46 ] [ 47 ] poliésteres , [ 48 ] resinas epoxi [ 49 ] y otros tipos de polímeros con propiedades comparables a los materiales derivados del petróleo crudo. El reciente desarrollo de la metátesis de olefinas ha abierto una amplia variedad de materias primas para su conversión económica en biomonómeros y polímeros. [ 50 ] Con la creciente producción de aceites vegetales tradicionales , así como de aceites derivados de microalgas de bajo costo , [ 51 ] existe un potencial significativo de crecimiento en esta área.

En 2024, Lamanna et al. introdujeron oleogeles basados ​​en etilcelulosa y aceites vegetales como un nuevo bioplástico llamado OleoPlast. [ 52 ] Este bioplástico exhibe un comportamiento termoplástico, ofreciendo tanto reciclabilidad como biodegradabilidad. Las ventajas clave de OleoPlast incluyen la capacidad de personalizar sus propiedades mecánicas y físicas, así como su compatibilidad con diferentes técnicas de procesamiento, como moldeo por inyección , prensado en caliente, extrusión y fabricación de filamento fundido .

Impacto ambiental

Botellas fabricadas con acetato de celulosa de grado biológico.

Materiales como el almidón, la celulosa, la madera, el azúcar y la biomasa se utilizan como sustitutos de los combustibles fósiles para producir bioplásticos; esto hace que la producción de bioplásticos sea una actividad más sostenible en comparación con la producción de plástico convencional. [ 53 ] [ 54 ] El impacto ambiental de los bioplásticos se debate con frecuencia, ya que existen muchas métricas diferentes para la "ecología" (por ejemplo, uso de agua, uso de energía, deforestación, biodegradación, etc.). [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ] Por lo tanto, los impactos ambientales de los bioplásticos se clasifican en uso de energía no renovable, cambio climático , eutrofización y acidificación . [ 58 ] La producción de bioplásticos reduce significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero y disminuye el consumo de energía no renovable. [ 53 ] Las empresas de todo el mundo también podrían aumentar la sostenibilidad ambiental de sus productos mediante el uso de bioplásticos. [ 59 ]

Aunque los bioplásticos ahorran más energía no renovable que los plásticos convencionales y emiten menos gases de efecto invernadero en comparación con estos, también tienen impactos ambientales negativos como la eutrofización y la acidificación. [ 58 ] Los bioplásticos inducen potenciales de eutrofización más altos que los plásticos convencionales. [ 58 ] La producción de biomasa durante las prácticas agrícolas industriales hace que el nitrato y el fosfato se filtren en los cuerpos de agua; esto causa eutrofización , el proceso en el que un cuerpo de agua adquiere una riqueza excesiva de nutrientes. [ 58 ] La eutrofización es una amenaza para los recursos hídricos en todo el mundo, ya que causa floraciones de algas nocivas que crean zonas muertas de oxígeno, matando a los animales acuáticos. [ 60 ] Los bioplásticos también aumentan la acidificación. [ 58 ] El alto aumento de la eutrofización y la acidificación causado por los bioplásticos también se debe al uso de fertilizantes químicos en el cultivo de materias primas renovables para producir bioplásticos. [ 53 ]

Otros impactos ambientales de los bioplásticos incluyen ejercer un menor potencial ecotóxico humano y terrestre y carcinogénico en comparación con los plásticos convencionales. [ 58 ] Sin embargo, los bioplásticos ejercen un mayor potencial ecotóxico acuático que los materiales convencionales. [ 58 ] Los bioplásticos y otros materiales de base biológica aumentan el agotamiento del ozono estratosférico en comparación con los plásticos convencionales; esto es resultado de las emisiones de óxido nitroso durante la aplicación de fertilizantes en la agricultura industrial para la producción de biomasa. [ 58 ] Los fertilizantes artificiales aumentan las emisiones de óxido nitroso especialmente cuando el cultivo no necesita todo el nitrógeno. [ 61 ] Los impactos ambientales menores de los bioplásticos incluyen toxicidad por el uso de pesticidas en los cultivos utilizados para fabricar bioplásticos. [ 53 ] Los bioplásticos también causan emisiones de dióxido de carbono de los vehículos de cosecha. [ 53 ] Otros impactos ambientales menores incluyen alto consumo de agua para el cultivo de biomasa, erosión del suelo, pérdidas de carbono del suelo y pérdida de biodiversidad , y son principalmente resultado del uso de la tierra asociado con los bioplásticos. [ 58 ] El uso de la tierra para la producción de bioplásticos conlleva una pérdida de secuestro de carbono y aumenta los costos del carbono al desviar la tierra de sus usos existentes [ 62 ]

Si bien los bioplásticos son extremadamente ventajosos porque reducen el consumo de recursos no renovables y las emisiones de GEI, también afectan negativamente al medio ambiente a través del consumo de tierra y agua, el uso de pesticidas y fertilizantes, la eutrofización y la acidificación; por lo tanto, la preferencia por los bioplásticos o los plásticos convencionales depende de lo que se considere el impacto ambiental más importante. [ 53 ]

Otro problema con algunos bioplásticos es que se fabrican a partir de partes comestibles de cultivos. Esto los hace competir con la producción de alimentos, ya que los cultivos que producen bioplásticos también pueden usarse para alimentar a las personas. [ 63 ] Estos bioplásticos se denominan "bioplásticos de primera generación". Los bioplásticos de segunda generación utilizan cultivos no alimentarios (materia prima celulósica) o materiales de desecho de la primera generación (por ejemplo, aceite vegetal usado). Los bioplásticos de tercera generación utilizan algas como materia prima. [ 64 ]

Biodegradación de bioplásticos

Bolsa de aire para embalaje fabricada con bioflex de mezcla de PLA

La biodegradación de cualquier plástico es un proceso que ocurre en la interfaz sólido/líquido donde las enzimas en la fase líquida despolimerizan la fase sólida. [ 65 ] Ciertos tipos de bioplásticos, así como los plásticos convencionales que contienen aditivos, pueden biodegradarse. [ 66 ] Los bioplásticos son más fácilmente biodegradables en diferentes condiciones, como resultado de ser de base biológica, por lo que son más aceptables que los plásticos convencionales para plásticos biodegradables . [ 67 ] La biodegradabilidad de los bioplásticos ocurre bajo diversas condiciones ambientales, incluyendo el suelo, los ambientes acuáticos y el compost. [ 67 ] Tanto la estructura como la composición del biopolímero o biocompuesto tienen un efecto en el proceso de biodegradación, por lo que cambiar la composición y la estructura podría aumentar la biodegradabilidad. [ 67 ] El suelo y el compost como condiciones ambientales son más eficientes en la biodegradación debido a su alta diversidad microbiana. [ 67 ] El compostaje no solo biodegrada los bioplásticos de manera eficiente, sino que también reduce significativamente la emisión de gases de efecto invernadero. [ 67 ] La biodegradabilidad de los bioplásticos en entornos de compost se puede mejorar añadiendo más azúcar soluble y aumentando la temperatura. [ 67 ] Los entornos de suelo, por otro lado, tienen una alta diversidad de microorganismos que facilitan la biodegradación de los bioplásticos. [ 67 ] Sin embargo, los bioplásticos en entornos de suelo necesitan temperaturas más altas y más tiempo para biodegradarse. [ 67 ] Algunos bioplásticos se biodegradan más eficientemente en cuerpos de agua y sistemas marinos; sin embargo, esto causa peligro para los ecosistemas marinos y de agua dulce. [ 67 ] Por lo tanto, es preciso concluir que la biodegradación de los bioplásticos en cuerpos de agua que lleva a la muerte de organismos acuáticos y agua insalubre puede considerarse uno de los impactos ambientales negativos de los bioplásticos.

Aplicaciones

Productos envasados ​​en cajas fabricados con bioplásticos y otros plásticos biodegradables .

Existen pocas aplicaciones comerciales para los bioplásticos. El costo y el rendimiento siguen siendo problemáticos. Un ejemplo típico es el de Italia, donde las bolsas de plástico biodegradables son obligatorias para los compradores desde 2011 con la introducción de una ley específica. [ 68 ] Más allá de los materiales estructurales, se están desarrollando bioplásticos electroactivos que prometen conducir corriente eléctrica . [ 69 ]

Los bioplásticos se utilizan para artículos desechables, como envases , vajilla, cubiertos, ollas, cuencos y pajitas. [ 70 ]

Los biopolímeros están disponibles como recubrimientos para papel en lugar de los recubrimientos petroquímicos más comunes. [ 71 ]

Los bioplásticos de sustitución directa son químicamente idénticos a sus homólogos derivados de combustibles fósiles, pero se fabrican a partir de recursos renovables. Algunos ejemplos son el bio-PE , el bio-PET , el bio-propileno , el bio-PP [ 72 ] y los nylons de base biológica [ 73 ] [ 74 ] [ 75 ] . Los bioplásticos de sustitución directa son fáciles de implementar técnicamente, ya que se puede utilizar la infraestructura existente [ 76 ] . Una ruta específica de base biológica permite producir productos que no se pueden obtener mediante reacciones químicas tradicionales y crear productos con propiedades únicas y superiores, en comparación con las alternativas de base fósil.

Bioplásticos para materiales de construcción

El concepto de bioplásticos se remonta a principios del siglo XX. Sin embargo, se produjeron avances significativos en las décadas de 1980 y 1990, cuando los investigadores comenzaron a desarrollar plásticos biodegradables a partir de fuentes naturales. La industria de la construcción empezó a percatarse del potencial de los bioplásticos a finales de la década de 2000, debido al impulso global hacia prácticas de construcción más sostenibles y a las atractivas ventajas de los bioplásticos en la construcción, como una mayor eficiencia energética y la biodegradabilidad. [ 77 ] [ 78 ]

En los últimos años, los bioplásticos han experimentado avances considerables en cuanto a durabilidad, rentabilidad y rendimiento. Las innovaciones en mezclas y compuestos de biopolímeros han hecho que los bioplásticos sean más adecuados para aplicaciones en la construcción, desde el aislamiento hasta los componentes estructurales.

Aplicaciones en la construcción

Aislamiento
Los bioplásticos pueden utilizarse para crear materiales aislantes eficaces y ecológicos. El ácido poliláctico (PLA) y los polihidroxialcanoatos (PHA) se utilizan comúnmente para este fin debido a sus propiedades térmicas y biodegradabilidad. [ 79 ]
Piso
Los compuestos bioplásticos, como los fabricados con PLA y fibras naturales, ofrecen alternativas duraderas y sostenibles a los materiales de pavimentación tradicionales. Se valoran especialmente por su baja huella de carbono y su reciclabilidad.
Paneles y revestimientos
Los paneles bioplásticos, fabricados con mezclas de fibras naturales y biopolímeros, ofrecen una opción ecológica para el revestimiento de paredes y la división de espacios. Estos materiales son ligeros, duraderos y pueden diseñarse para imitar materiales tradicionales como la madera o la piedra.
Encofrado
Los bioplásticos se utilizan cada vez más en encofrados para el vertido de hormigón. Ofrecen ventajas en términos de reutilización, reducción de peso y menor impacto ambiental en comparación con los materiales convencionales. [ 80 ]
Reforzamiento
Los compuestos bioplásticos reforzados con fibras naturales u otros materiales pueden utilizarse en aplicaciones estructurales, ofreciendo una alternativa sostenible al acero o la fibra de vidrio.

Desafíos y limitaciones

Costo
Los bioplásticos suelen ser más caros de producir que los plásticos tradicionales, lo que puede suponer un obstáculo para su adopción generalizada en el sector de la construcción, donde el coste es un factor crucial. Sin embargo, se espera que la investigación en curso y los avances tecnológicos reduzcan los costes con el tiempo.
Actuación
Aunque los bioplásticos han logrado avances significativos, algunos tipos aún están por detrás de los materiales tradicionales en términos de resistencia, durabilidad y resistencia a factores ambientales como la exposición a los rayos UV y la humedad. [ 81 ]
Aplicaciones limitadas
Actualmente, los bioplásticos son adecuados para un número limitado de aplicaciones en la construcción. Ampliar su uso a funciones estructurales más exigentes requerirá mayor desarrollo y ensayos.

Perspectivas de futuro

El futuro de los bioplásticos en la construcción se presenta prometedor, y es probable que la investigación e innovación continuas amplíen sus aplicaciones y mejoren su rendimiento. [ 82 ] A medida que la industria de la construcción adopta cada vez más la sostenibilidad, los bioplásticos están llamados a desempeñar un papel fundamental en el desarrollo de materiales de construcción ecológicos. [ 83 ]

Los bioplásticos ofrecen una alternativa sostenible y versátil a los materiales de construcción tradicionales, con importantes beneficios ambientales y económicos. Si bien persisten desafíos, sobre todo en términos de costo y rendimiento, los avances en la tecnología de bioplásticos [ 84 ] tienen el potencial de transformar la industria de la construcción y contribuir a un futuro más sostenible.

Industria y mercados

Bolsitas de té hechas de polilactida (PLA) (té de menta)

Si bien las empresas químicas fabricaron plásticos a base de materiales orgánicos durante todo el siglo XX, la primera empresa dedicada exclusivamente a los bioplásticos, Marlborough Biopolymers, se fundó en 1983. Sin embargo, ni Marlborough ni otras empresas que le siguieron lograron el éxito comercial, siendo la primera en alcanzar el éxito financiero a largo plazo la empresa italiana Novamont, fundada en 1989. [ 85 ]

Los bioplásticos representan menos del uno por ciento de todos los plásticos fabricados en el mundo. [ 86 ] [ 87 ] La mayoría de los bioplásticos aún no ahorran más emisiones de carbono de las necesarias para su fabricación. [ 88 ] Se estima que reemplazar 250 millones de toneladas de plástico fabricado cada año con plásticos de base biológica requeriría 100 millones de hectáreas de tierra, o el 7 por ciento de la tierra cultivable del planeta. Y cuando los bioplásticos llegan al final de su ciclo de vida, aquellos diseñados para ser compostables y comercializados como biodegradables a menudo se envían a vertederos debido a la falta de instalaciones de compostaje adecuadas o de separación de residuos, donde luego liberan metano al descomponerse anaeróbicamente. [ 89 ]

La COPA (Comité de Organizaciones Agrícolas de la Unión Europea) y el COGEGA (Comité General de Cooperación Agrícola de la Unión Europea) han realizado una evaluación del potencial de los bioplásticos en diferentes sectores de la economía europea:

El mercado de bioplásticos está en expansión, impulsado por la creciente demanda de materiales de construcción sostenibles. Este crecimiento presenta nuevas oportunidades económicas para fabricantes y proveedores. El tamaño estimado del mercado de bioplásticos en 2024 es de 7410 millones de dólares y se prevé que crezca hasta alcanzar los 127 550 millones de dólares en 2025, con la mayor parte producida por la economía europea. [ 90 ]

Historia y desarrollo de los bioplásticos

  • 1855: Se produce la primera versión (inferior) de linóleo.
  • 1862: En la Gran Exposición de Londres, Alexander Parkes exhibe la parkesina , el primer termoplástico. La parkesina está hecha de nitrocelulosa y tenía muy buenas propiedades, pero presenta una inflamabilidad extrema. (White 1998) [ 91 ]
  • 1897: Galalith, un bioplástico derivado de la leche que se sigue produciendo hoy en día, fue creado por químicos alemanes en 1897. Galalith se encuentra principalmente en botones. (Thielen 2014) [ 92 ]
  • 1907: Leo Baekeland inventó la baquelita , que recibió el reconocimiento de Monumento Histórico Nacional de la Química por sus propiedades no conductoras y resistentes al calor. Se utiliza en carcasas de radios y teléfonos, utensilios de cocina, armas de fuego y muchos otros productos. (Pathak, Sneha, Mathew 2014)
  • 1912: Brandenberger inventa el celofán a partir de celulosa de madera, algodón o cáñamo. (Thielen 2014) [ 92 ]
  • Década de 1920: Wallace Carothers descubre el plástico de ácido poliláctico (PLA). El PLA es increíblemente caro de producir y no se fabrica en masa hasta 1989. (Whiteclouds 2018)
  • 1925: El polihidroxibutirato fue aislado y caracterizado por el microbiólogo francés Maurice Lemoigne.
  • 1926: Maurice Lemoigne inventa el polihidroxibutirato (PHB), que es el primer bioplástico hecho a partir de bacterias. (Thielen 2014) [ 92 ]
  • Década de 1930: El primer automóvil de bioplástico fue fabricado con soja por Henry Ford. (Thielen 2014) [ 92 ] [ 93 ]
  • 1940-1945: Durante la Segunda Guerra Mundial, se observa un aumento en la producción de plástico, ya que se utilizó en muchos materiales bélicos. Gracias a la financiación y la supervisión gubernamentales, la producción de plásticos en Estados Unidos (en general, no solo bioplásticos) se triplicó entre 1940 y 1945 (Rogers 2005). [ 94 ] El cortometraje del gobierno estadounidense de 1942, The Tree in a Test Tube, ilustra el papel fundamental que desempeñaron los bioplásticos en el esfuerzo por la victoria en la Segunda Guerra Mundial y en la economía estadounidense de la época.
  • Década de 1950: Se logró cultivar con éxito el maíz con alto contenido de amilosa (>50 %) y se comenzaron a explorar aplicaciones comerciales de bioplásticos. (Liu, Moult, Long, 2009) [ 95 ] Se observa una disminución en el desarrollo de bioplásticos debido a los bajos precios del petróleo; sin embargo, el desarrollo de plásticos sintéticos continúa.
  • Década de 1970: El movimiento ambientalista impulsó un mayor desarrollo de los bioplásticos. (Rogers 2005) [ 94 ]
  • 1983: Se funda la primera empresa de bioplásticos, Marlborough Biopolymers, que utiliza un bioplástico a base de bacterias llamado biopal . (Feder 1985) [ 96 ]
  • 1989: El Dr. Patrick R. Gruber impulsa el desarrollo del PLA al descubrir cómo crearlo a partir de maíz. (Whiteclouds 2018). Se funda Novamount, la empresa líder en bioplásticos. Novamount utiliza Matter-Bi, un bioplástico, en diversas aplicaciones. (Novamount 2018) [ 97 ]
  • Finales de la década de 1990: El desarrollo del almidón TP y BIOPLAST, fruto de la investigación y producción de la empresa BIOTEC, dio lugar a la película BIOFLEX. La película BIOFLEX se puede clasificar en extrusión de película soplada, extrusión de película plana y líneas de moldeo por inyección. Estas tres clasificaciones tienen las siguientes aplicaciones: Películas sopladas: sacos, bolsas, bolsas de basura, láminas para mantillo, productos de higiene, películas para pañales, películas de burbujas de aire, ropa de protección, guantes, bolsas de doble nervadura, etiquetas, cintas de barrera; Películas planas: bandejas, macetas, productos y envases para congelación, vasos, envases farmacéuticos; Moldeo por inyección: cubiertos desechables, latas, contenedores, piezas preformadas, bandejas para CD, artículos de cementerio, tees de golf, juguetes, material de escritura. (Lorcks 1998) [ 98 ]
  • 1992: Se informa en Science que la planta Arabidopsis thaliana puede producir PHB. (Poirier, Dennis, Klomparens, Nawrath, Somerville 1992) [ 99 ]
  • 2001: Metabolix inc. compra el negocio de biopol de Monsanto (originalmente Zeneca), que utiliza plantas para producir bioplásticos. (Barber y Fisher 2001) [ 100 ]
  • 2001: Nick Tucker utiliza hierba elefante como base de bioplástico para fabricar piezas de plástico para automóviles. (Tucker 2001) [ 101 ]
  • 2005: Cargill y Dow Chemicals cambian su nombre a NatureWorks y se convierten en el principal productor de PLA. (Pennisi 2016) [ 102 ]
  • 2007: Metabolix inc. prueba en el mercado su primer plástico 100% biodegradable llamado Mirel, hecho a partir de la fermentación de azúcar de maíz y bacterias genéticamente modificadas. (Digregorio 2009) [ 103 ]
  • 2012: Se desarrolla un bioplástico a partir de algas marinas que demuestra ser uno de los bioplásticos más respetuosos con el medio ambiente, según una investigación publicada en la revista de investigación farmacéutica. (Rajendran, Puppala, Sneha, Angeeleena, Rajam 2012) [ 104 ]
  • 2013: Se patenta un bioplástico derivado de la sangre y un agente reticulante como azúcares, proteínas, etc. (derivados iridoides, diimidatos, dionas, carbodiimidas, acrilamidas , dimetilsuberimidatos, aldehídos, Factor XIII, ésteres NHS dihomo bifuncionales, carbonildiimida, glioxilos [ sic ] , proantocianidina, reuterina). Esta invención puede aplicarse utilizando el bioplástico como tejido, cartílago, tendones, ligamentos, huesos y en la administración de células madre. (Campbell, Burgess, Weiss, Smith 2013) [ 105 ] [ 106 ]
  • 2014: Un estudio publicado en 2014 encontró que se pueden fabricar bioplásticos mezclando residuos vegetales (tallos de perejil y espinaca, cáscaras de cacao, cáscaras de arroz, etc.) con soluciones de TFA de celulosa pura para crear un bioplástico. (Bayer, Guzman-Puyol, Heredia-Guerrero, Ceseracciu, Pignatelli, Ruffilli, Cingolani y Athanassiou 2014) [ 107 ]
  • 2016: Un experimento revela que se puede fabricar un parachoques de automóvil que cumpla con la normativa a partir de biomateriales bioplásticos a base de nanocelulosa utilizando cáscaras de plátano. (Hossain, Ibrahim, Aleissa 2016) [ 108 ]
  • 2017: Una nueva propuesta para bioplásticos elaborados a partir de recursos lignocelulósicos (materia vegetal seca). (Brodin, Malin, Vallejos, Opedal, Area, Chinga-Carrasco 2017) [ 109 ]
  • 2018: Se producen muchos avances, entre ellos el inicio de la producción industrial de muebles de bioplásticos por parte de Ikea (Barret 2018), el Proyecto Effective centrado en la sustitución del nailon por bio-nailon (Barret 2018) y el primer envase fabricado con fruta (Barret 2018). [ 110 ]
  • 2019: El Instituto Coreano de Investigación de Tecnología Química extrajo y sintetizó cinco tipos diferentes de nanomateriales de quitina para verificar su fuerte actividad y efectos antibacterianos. Al enterrarlos, se logró una biodegradación del 100 % en seis meses. [ 111 ]

Esta lista no es exhaustiva. Estos inventos demuestran la versatilidad de los bioplásticos y representan importantes avances. Constantemente surgen nuevas aplicaciones e invenciones en el campo de los bioplásticos.

Centro de Desarrollo de Bioplásticos - Universidad de Massachusetts Lowell
Un bolígrafo fabricado con bioplásticos (polilactida, PLA).

Procedimientos de prueba

Un frasco de champú de bioplástico hecho de bioflex de mezcla de PLA

Compostabilidad industrial – EN 13432, ASTM D6400

Para que un producto de plástico sea compostable en el mercado europeo, debe cumplirse la norma industrial EN 13432. En resumen, esta norma exige múltiples pruebas y establece criterios de aprobación/rechazo, incluyendo la desintegración (descomposición física y visual) del producto terminado en 12 semanas, la biodegradación (conversión de carbono orgánico en CO₂ ) de los componentes poliméricos en 180 días, la toxicidad para las plantas y la presencia de metales pesados. La norma ASTM 6400 , que constituye el marco regulatorio en Estados Unidos, tiene requisitos similares.

Muchos plásticos a base de almidón , plásticos a base de PLA y ciertos compuestos de copoliéster alifático - aromático , como succinatos y adipatos , han obtenido estos certificados. Los bioplásticos a base de aditivos que se venden como fotodegradables u oxobiodegradables no cumplen con estas normas en su forma actual.

Composibilidad – ASTM D6002

El método ASTM D 6002 para determinar la compostabilidad de un plástico define la palabra compostable de la siguiente manera:

Aquello que es capaz de sufrir descomposición biológica en un sitio de compostaje de tal manera que el material no sea visualmente distinguible y se descomponga en dióxido de carbono, agua, compuestos inorgánicos y biomasa a una velocidad consistente con los materiales compostables conocidos. [ 112 ]

Esta definición generó muchas críticas porque, contrariamente a la definición tradicional del término, desvincula por completo el proceso de compostaje de la necesidad de que este produzca humus o compost como producto final. El único criterio que describe esta norma es que un plástico compostable debe descomponerse con la misma rapidez que cualquier otro material que ya se haya considerado compostable según la definición tradicional .

Retirada de la norma ASTM D 6002

En enero de 2011, la ASTM retiró la norma ASTM D 6002, que había otorgado a los fabricantes de plásticos la credibilidad legal para etiquetar un plástico como compostable . Su descripción es la siguiente:

Esta guía abarcaba criterios sugeridos, procedimientos y un enfoque general para establecer la compostabilidad de los plásticos degradables ambientalmente. [ 113 ]

La ASTM aún no ha sustituido esta norma.

De base biológica – ASTM D6866

El método ASTM D6866 se ha desarrollado para certificar el contenido de origen biológico de los bioplásticos. Los rayos cósmicos que chocan con la atmósfera hacen que parte del carbono sea el isótopo radiactivo carbono-14 . El CO₂ de la atmósfera es utilizado por las plantas en la fotosíntesis , por lo que el nuevo material vegetal contendrá tanto carbono-14 como carbono-12 . En las condiciones adecuadas y a lo largo de escalas de tiempo geológicas, los restos de organismos vivos pueden transformarse en combustibles fósiles . Después de ~100 000 años, todo el carbono-14 presente en el material orgánico original habrá sufrido desintegración radiactiva, dejando solo carbono-12. Un producto hecho de biomasa tendrá un nivel relativamente alto de carbono-14, mientras que un producto hecho de petroquímicos no tendrá carbono-14. El porcentaje de carbono renovable en un material (sólido o líquido) se puede medir con un espectrómetro de masas con acelerador . [ 114 ] [ 115 ]

Existe una diferencia importante entre biodegradabilidad y contenido de base biológica. Un bioplástico como el polietileno de alta densidad (HDPE) [ 116 ] puede ser 100 % de base biológica (es decir, contener 100 % de carbono renovable), pero no ser biodegradable. Sin embargo, estos bioplásticos, como el HDPE, desempeñan un papel importante en la reducción de gases de efecto invernadero, especialmente cuando se queman para la producción de energía. El componente de base biológica de estos bioplásticos se considera neutro en carbono, ya que su origen es la biomasa.

Biodegradabilidad anaeróbica – ASTM D5511-02 y ASTM D5526

Las normas ASTM D5511-12 y ASTM D5526-12 son métodos de ensayo que cumplen con estándares internacionales como la ISO DIS 15985 para la biodegradabilidad del plástico.

Véase también

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Lecturas adicionales

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  • Plásticos y medio ambiente
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  • Evaluación del mercado chino de plásticos biodegradables. Archivado el 4 de septiembre de 2021 en Wayback Machine , mayo de 2017, GCiS China Strategic Research.