PJ-MA-32 Elaboración de bioplásticos a partir de materiales orgánicos

Proponer alternativas sostenibles y ecológicas para los plásticos.

El bioplástico se denomina un tipo de plástico hecho de materiales orgánicos de origen vegetal. Este tiene propiedades similares al plástico tradicional pues comprende una resistencia y versatilidad idéntica, sin embargo es de material biodegradable, permite grandes  ventajas con respecto al cuidado del medioambiente, pues permite que este pueda descomponerse en muy poco tiempo sin tener ningún efecto negativo al mundo que nos rodea . Es un polímero de base biológica derivado de  biomasa , y puede ser biodegradable o no. Los bioplásticos generalmente se  componen de un biopolímero, un plastificante y un disolvente. Entre los plásticos no biodegradables se incluyen el PET y el PE de base biológica. Para hacer láminas planas de bioplástico vierta la mezcla en un marco de madera , déjala secar y luego cortela. Los bioplásticos no resisten el agua , se deforman. La contaminación plástica se ha convertido en un serio problema medioambiental a causa del incremento en la generación y acumulación de plásticos provenientes del petróleo , se han presentado como una opción sustentable, dado que se fabrican a partir de recursos renovables con el almidón, la celulosa.Ante la problemática de la contaminación ambiental por plásticos surgen nuevas alternativas para obtener  nuevos productos biodegradables a partir de los biopolímeros naturales tales como el almidón, celulosa, lignina,entre otros.Los residuos agroindustriales poseen un alto potencial para ser aprovechados, los residuos de café tienen un alto contenido de celulosa y desempeñan un papel importante para la obtención de bioplásticos. El plátano verde y la cascarilla de café se presentan como una alternativa para la producción de bioplásticos debido a que contiene polímeros de origen vegetal, pues los residuos de la fruta representan una fuente para la obtencion de almidon y de la cascarilla de café se obtiene la celulosa.En relación a la biodegradabilidad de los polímeros, es muy importante que todos los aditivos también sean biodegradables y no tóxicos.Los bioplásticos se utilizan cada vez más en diferentes sectores de mercados, desde envases, electrónica, juguetes, revestimientos, textiles, entre otros.Es importante resaltar que la industria de los bioplásticos es muy pequeña y relativamente nueva, en comparación a la industria    de los plásticos convencionales, por lo que existen diversos desafíos como los siguientes:

1.Falta de estudios comparables sobre la evaluación del ciclo de vida.

2.Normas y reglamentos asociados con la producción  de estándares para evaluar o definir la compostabilidad y la biodegradabilidad.

3. La posible competencia entre la producción de materias primas para la bioindustria y la producción agrícola

Los plásticos biodegradables están diseñados para descomponerse por completo, debido a la acción microbiana, pero también son susceptibles a fenómenos de degradación térmica e hidrólisis.Con el aumento de bioplásticos se tendrá que tomar en cuenta el marco de reciclaje para estos productos como informar a los consumidores sobre la forma correcta de desechar estos productos, ya que no se puede resolver con el reciclaje de otros materiales.Los plásticos ofrecen una alternativa más sostenible a los plásticos tradicionales en muchas de estas aplicaciones.Los bioplásticos sirven para una gran variedad de aplicaciones como: envases, bolsas, utensilios, textiles, embalajes, juguetes, automóviles.Los bioplásticos son plásticos hechos a partir de materiales biológicos,como, plantas,bacterias o algas,en lugar de petróleo.Pueden ser biodegradables o no, dependiendo de su composición.Los bioplásticos buscan disminuir la dependencia del petróleo y reducir el impacto ambiental de los plásticos tradicionales.Los bioplásticos cada día toman mayor importancia,ya que son capaces de sustituir a los plásticos reduce considerablemente el impacto ambiental generado por la producción y consumo excesivo de los plásticos; por otro lado los bioplásticos con derivados de fuentes naturales reducen la contaminación ambiental al degradarse fácilmente en el ambiente y pueden ser tratados como desechos orgánicos,por lo que pueden ser eliminados en depósitos sanitarios.Los bioplásticos son materiales provenientes de recursos renovables,pueden desintegrarse en el medio ambiente en un periodo de entre 6 y 12 meses aproximadamente.Los bioplásticos llegan a ser degradados en su totalidad por las bacterias que lo producen,por otras bacterias,hongos y algas.Para su producción no es necesario gran cantidad de agua ni de energía y lo más importante no generan residuos.La principal desventaja es el costo de producción,ya que este al igual que su precio suele ser mayor que los plásticos derivados del petróleo.Cabe señalar que México es uno de los principales productores de granos y cultivos a nivel mundial y puede llegar a ser un prometedor fabricante de bioplásticos con bajos costos.En general los bioplásticos,tienen una presencia muy baja en el mercado,y los que se comercializan son importados.La mayor parte de la materia prima para la producción de bioplásticos proviene de los residuos agrícolas.Entre los polímeros(macromoléculas formadas por la unión de muchos monómeros que se unen mediante enlaces covalentes ) de origen natural que están siendo utilizadas para la elaboración de películas bioclásticas se encuentran:

Almidón.-Es un polímero que se encuentra en abundancia en las plantas.Los principales cultivos de los cuales se extrae son las papas ,el maíz y el arroz.

Alginatos.-Se obtienen de diferentes especies de algas y forman geles cuando se les adiciona calcio.

Pectina.-Es un carbohidrato purificado obtenido del extracto diluido en ácido de la porción interna de la corteza de los frutos cítricos.

Colágeno.-Es una proteína animal,con una estructura fibrosa ,forma parte de la piel,muslo y algunos tendores.Es un material básico para la producción de gelatina,con un alto potencial para ser  utilizado en la formación de películas.

Gluten.-Es una proteína obtenida a partir del trigo o el maíz, la cual presenta la propiedad de ser viscoelástica,los plásticos obtenidos a partir de gluten presentan propiedades de alto brillo como el polietileno,presenta buena resistencia al agua bajo ciertas condiciones.

Ácido poliláctico.-Es un polímero biodegradable derivado del ácido láctico;es un material altamente versátil que se caracteriza por ser termoplástico,biodegradable y compostable. Se obtiene de cualquier material con alto contenido de almidón o azúcares(por ejemplo:maíz,caña de azúcar ,papa,entre otros),el cual sirve de sustrato a bacterias productoras de ácido láctico.

Los residuos agroindustriales no solo se consideran desechos orgánicos sino también una fuente de materia prima para diferentes usos como la producción de biocombustibles como etanol y bioetanol hasta alternativas al plástico que son más amigables con el ambiente. La producción de plástico ha mantenido un crecimiento constante desde 1950. La gran mayoría de estos plásticos son de un solo uso,por lo que terminan en vertederos,ríos e incluso en mares y océanos.La producción de bioplásticos a partir de los residuos agrícolas ha sido ampliamente analizada en investigaciones recientes,que destacan sus beneficios en términos de sustentabilidad y reducción de la contaminación,así como sus desafíos relacionados con costos y eficiencia en la producción. La ciencia y tecnología fueron desarrollando bioplásticos a  partir de polímeros compostables  biodegradables,de fuentes naturales como el almidón de maíz,almidón de papa,restos de comida,celulosa o subproductos agrícolas.El almidón es un excelente materia prima por su biodegradabilidad.Los bioplásticos inicia con la preparación de una solución filmógena, constituida por tres  elementos)proteína,polisacárido o lípido) un plastificante y un disolvente.En diferentes combinaciones se utilizan cada uno de estos componentes,buscando ofrecer diferentes características .El plástico puede utilizarse  como envase para alimentos sin causar daño a la salud .En la actualidad se ha promovido la producción mundial de bioplásticos como una alternativa para reducir  la contaminación ambiental,sin embargo,la producción de esta medida no se da de manera masiva debido al desconocimiento y la falta de conciencia ambiental de  la sociedad por ende el uso de los bioplásticos es de manera reducida .Los plásticos biodegradables son derivados de la biomasa renovable y en la actualidad se producen hasta 4 millones de toneladas al año.no todos los polimeros que son derivados de las fuentes biológicas son biodegradables.Los componentes principales de los bioplásticos son el almidón, la celulosa, el azúcar , entre otros.Los polímeros de base biológica son materiales completamente biodegradables, que se sintetizan a partir de los microorganismos o plantas mediante el proceso de bioquímica.Los polímeros de base biológica,se clasifican en tres tipos:

-Polisacáridos (pectina,almidón,quitosano,celulosa,carragenina)

-Proteinas(colageno,queratina,gelatina)y el tercero los líquidos.

Los aditivos que se utilizan en la producción de bioplásticos son plastificantes, espesantes y disolventes.El disolvente más utilizado es el cloroformo,cloruro de metileno y la acetona,sin embargo estos disolventes no son amigables con el medio ambiente por lo que se propone el uso de anisol,cidohexanora que cumplen con el propósito de proteger el ambiente.Los bioplásticos son plásticos fabricados a partir de fuentes biológicas renovables,como el maíz o la caña de azúcar,y pueden ser biodegradables.Los bioplásticos de arroz se descomponen naturalmente y tienen un impacto ambiental mínimo.Principalmente se utilizan en envases de alimentos y artículos de un solo uso,ofreciendo una alternativa sostenible y ecológica.Con la creciente conciencia de la contaminación plásticas y sus efectos perjudiciales en nuestro planeta, la necesidad de alternativas  sostenibles es urgente.El plástico comestible,derivado del almidón de la tapioca,almidón de papa y harina de arroz ofrece una solución a esta problemática.La humanidad produce aproximadamente 368 millones de toneladas métricas de plástico al año, según datos del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente(UNEP,2022).Ocho millones de toneladas métricas de plásticos llegan a los océanos cada año.Los residuos plásticos pueden tardar de 20 a 500 años en descomponerse y,aun así, nunca desaparecen por completo.çla producción de plástico convencional es altamente intensiva en energía ,consumiendo aproximadamente el 8% de la producción mundial del petróleo y representando cerca del 4% del consumo global de energía.Esta manda de energía se traduce en emisiones significativas de carbono,agravando el cambio climático.Además , la energía necesaria para producir y transportar productos plásticos  varía entre 62 y 108  Mj por kilogramo, lo que representa una gran carga  ambiental,especialmente porque el plastico no es biodegradable.La celulosa es el polimero natural mas ambundantemndel planeta,que no es solo sintetizada por las plantas,sino que es producida por algunos microorganismos como ciertas bacterias,en particular la “Acetobacter Xylinum” (abundante en frutas ,vegetales,vinagre y bebidas alcohólicas).Esta bacteria tiene la capacidad de producir celulosa en grandes cantidades.La biocelula encuentra mejor aceptación en aplicaciones médicas(lentes de contacto para la regeneración de córnea,piel artificial usada para el tratamiento de quemaduras y heridas de difícil cicatrización).El bioplástico,fabricado a partir de almidón de plátano es totalmente biodegradable y no tóxico, una vez degradado puede usarse incluso como material de compostaje(abono),lo que reduce nuestra dependencia  del  petróleo que desde hace décadas domina nuestra sociedad.La fabricación y utilización de plásticos biodegradables a base de cáscara de plátano,tendría un gran impacto ecológico.Los residuos de plátano son ricos en almidón,el cual puede extraerse para los tratamientos de agua y  su polimerización, a medida que el plátano va madurando se produce el rompimiento de almidón en azúcares, por el cual el plátano verde es más rico en almidón.El contenido de almidón en el fruto del plátano es de aproximadamente 70-80% en base seca,mientras que la piel puede contener hasta 50%.La glicerina se utiliza en la fabricación de bioplásticos como un plastificante que adapta flexibilidad : la glicerina reduce las fuerzas entre las moléculas de plástico,lo que hace más flexible y menos frágil.Mejora las propiedades mecánicas ya que ayuda a mejorar la calidad general de bioplástico, haciéndolo más fácil de manipular y dar forma, además es biodegradable y renovable.La glicerina se obtiene principalmente de aceites o grasas de origen vegetal,como los de palma,coca,soja y de origen animal como el sebo.Otro componente importante es el vinagre ya que este nos ayuda a que el bioplástico sea más flexible y resistente.Funcina al descomponer las moléculas de almidón,que facilitan la información de una estructura de plástico más estable.Reduce el PH de los alimentos y así evita el crecimiento de bacterias y hongos,nos ayuda a conservar.El  vinagre está compuesto principalmente de ácido acético y agua por lo que es biodegradable,se descompone fácilmente en el medio ambiente sin causar daños por lo que se convierte en una opción sostenible y ecológica.Es importante señalar que un bioplástico con bajo porcentaje de glicerina tiende a encogerse más.

Las  condiciones ambientales desempeñan un papel importante en la  velocidad de biodegradación.El aumento de la temperatura y la humedad favorecen la degradación , esto se debe al mayor crecimiento microbiano en condiciones más cálidas y húmedas.

 ORIGEN.-Pueden ser biobasados (hechos de plantas o materia orgánica) o biodegradables(se descomponen por microorganismos).

TIPOS:

  PLA(Ácido Poliláctico):Proviene del almidón de maíz o caña de azúcar , común en empaques de alimentos y botellas .

   PHA(Polihidroxialcanoatos):Producidos por los microorganismos, usados en medicina y envases.

Bioplásticos compostables :Se desintegran en condiciones específicas de compostaje industrial(norma EN 13432).

BENEFICIOS: reduce la huella de carbono, ahorra energía es su producción y disminuye la  acumulación de residuos a largo plazo.

USO.- bolsas,vasos,cubiertos desechables , envases de alimentos y películas agrícolas.

Los bioplásticos ya se producían industrialmente en el siglo XIX y fueron, por lo tanto, los primeros plasticos en masa producidos industrialmente.Uno de los primeros plasticos biobasados  fue el celuloide, es un  termoplástico a base de  celulosa que se utilizaba principalmente para películas ,juguetes o monturas de gafas .Más tarde , se desarrolló  el celofán a base de celulosa, un plástico que aún hoy resulta familiar para muchos. El celofán se utilizaba principalmente en la industria  del embalaje.Hasta las décadas de 1930,los plásticos se producían principalmente a partir de las materias primas renovables. No fue hasta el descubrimiento y la producción industrial de plásticos basados en fuentes de materias primas fósiles , como el petróleo crudo y el gas natural, que estos bioplasticos fueron reemplazados.No fue hasta la década de 1980 cuando volvieron a producirse avances significativos en el campo  de los plásticos biobasados .Esta evolución se debe principalmente a un cambio en la conciencia ecológica.

Se obtuvieron cuatro muestras de bioplástico a partir de distintos materiales orgánicos. En términos generales, se observó que una mayor proporción de glicerina en la formulación incrementó la flexibilidad del material, lo que confirma su función como agente plastificante .

El bioplástico elaborado con nopal presentó una coloración verde característica y mostró una resistencia adecuada; sin embargo, evidenció baja flexibilidad. Por su parte, el obtenido a partir de cáscara de plátano adquirió una tonalidad oscura, cercana al negro, y presentó agrietamientos superficiales. No obstante, fue la muestra que mostró mayor resistencia, aunque con limitada capacidad de deformación.En el caso del bioplástico de fécula de papa, se observó una coloración gris clara con pequeñas manchas cafés, atribuibles a la incorporación de clavo de olor como agente natural para inhibir el crecimiento bacteriano. Esta muestra también presentó grietas y una flexibilidad reducida.

Finalmente, el bioplástico elaborado con grenetina mostró una apariencia transparente con ligeras manchas café, igualmente asociadas al uso de clavo de olor. Esta muestra destaca por ser la más flexible de todas, además de presentar una resistencia adecuada, lo que sugiere un mejor equilibrio entre elasticidad y firmeza en comparación con las demás formulaciones.En relación con el proceso de degradación, se observó que las muestras que no contenían clavo de olor comenzaron a presentar microorganismos en un periodo inferior a una semana. En contraste, aquellas formulaciones que incorporan clavo de olor mostraron crecimiento bacteriano aproximadamente después de tres semanas.

Con un costo aproximado de $300