Ciencias de los materiales

PP-CM-63-PM Elaboración de macetas y utensilios de cocina biodegradables a partir de la cascara de cacahuate

Asesor: Myrna Veronica Fernandez Mendez

Pandilla Petit, (preescolar y 1ro. y 2do. año de primaria)

Resumen

Uno de los principales problemas de contaminación en el mundo es la cantidad de basura que generan los seres humanos. En casi todos los países existe el reciclaje, pero en pocos funciona exitosamente. ¿La razón? Falta de tecnología, tiraderos a cielo abierto, excesiva comercialización y empaque, ignorancia o falta de conciencia de las personas.

En México, hasta el año 2014, se generaban 86 mil 343 toneladas de basura diariamente, sólo se separaba el 11% y se reciclaba el 9%. La mayoría de los desechos provenían de zonas urbanas, encabezadas por la capital de la República con 19 mil 43 mil toneladas (19.7%).

De acuerdo a Green Peace, en 2015 la cifra aumentó a 100 mil toneladas diarias, pero no así la separación de residuos ni el reciclaje; señalando que las autoridades han dado más importancia a deshacerse de la basura por medio de vertederos, tiraderos a cielo abierto y rellenos sanitarios que a buscar alternativas.

Un dato curioso es que el 40.7% de los desperdicios son de comida y vegetación, por lo que podrían utilizarse en fertilizantes Ante esta realidad y dado que el fenómeno comercio-consumo no disminuirá y que el proceso de concientización de gobierno-sociedad para reciclar se llevará un largo tiempo, se hace necesario tomar medidas que ayuden a mejorar el medio ambiente y que a la vez generen un cambio. Así, crear y utilizar productos biodegradables es una alternativa razonable y positiva para la humanidad

Pregunta de Investigación

¿Qué materiales o productos puedo utilizar para elaborar macetas biodegradables?

Planteamiento del Problema

Existen diversidad de materiales que se pueden utilizar para la elaboración de macetas pero necesitamos el más resistente y con factibilidad económica.

Antecedentes

En el mundo existe un uso excesivo e inconsciente de los plásticos, generando aproximadamente 200 Kg por segundo de residuos plásticos, y en lugar de disminuir con el paso del tiempo, se van acumulando, para que desaparezca un plástico tienen que pasar cientos de años, y en realidad no se degrada en su totalidad, solo se generan partículas más pequeñas de plástico. Esto origina daños al medio ambiente y problemas de salud humana.

Los bioplásticos son plásticos biodegradables obtenidos a partir materias primas renovables diferenciándose del plástico corriente justamente en este aspecto,

La síntesis de bioplásticos es un campo emergente, pero se está extendiendo su uso en varios sectores: en medicina (prótesis, hilos de sutura…), en alimentación (productos de catering, envases de usar y tirar…), juguetes, e incluso en el mundo de la moda (Versace cuenta con una línea de ropa, Ingeo, hecha de maíz) y, por supuesto, bolsas biodegradables.

Estos materiales presentan como ventajas que:

1) Reducen la huella de carbono

2) Suponen un ahorro energético en la producción.

3) No consumen materias primas no renovables.

4)  Reducen los residuos no biodegradables, que contaminan el medio ambiente.

5) No contienen aditivos perjudiciales para la salud como ftalatos o bisfenol A.

Actualmente plásticos biodegradables. Estos se elaboran a partir de recursos renovables provenientes de plantas y/o animales, ofrecen una solución conveniente y amigable con el ambiente, considerándose como estrategias para reducir las emisiones de dióxido de carbono y la dependencia de recursos fósiles.

A pesar de los beneficios que ofrecen los materiales plásticos a partir de recursos naturales, se ha demostrado que ninguno de los que actualmente se encuentran en uso comercial o en desarrollo es totalmente sostenible. Además, estos plásticos requieren tierras para su producción, ellos podrían competir con los terrenos necesarios para producir alimentos para el consumo humano.

Objetivo

Proponer una alternativa de material para la elaboración de macetas.

El objetivo general de este trabajo es obtener muestras de bioplásticos a partir de polímeros naturales que puedan ser elaborados y utilizados en la vida cotidiana a un costo accesible, reduciendo así la producción de este tipo de residuos al medio ambiente.

Obtener muestras de biolplastico utilizando diferentes polímeros naturales como: cascara de cacahuate, harina de trigo y almidón de maíz.

Reducir la contaminación ambiental, por medio de la utilización de plástico biodegradable.

Justificación

Este trabajo de investigación surge por la necesidad de reducir el impacto ambiental que genera el uso excesivo e inadecuado de plástico en el diario vivir del ser humano, y la necesidad de buscar nuevas alternativas a este producto que mantenga la sostenibilidad del Planeta.

Cacahuate El cacahuate (Arachis hypogaea) también llamada cacahuete o maní, es una planta anual de la familia de las fabáceas, perteneciente a la clasificación de las leguminosas, cuyos frutos contienen semillas que son apreciados en la preparación de alimentos

 

El cacahuate presenta físicamente cuatro estructuras: corazón, grano, cutícula y cáscara.

 

El principal uso de la cáscara, es como combustible de calderas, también se utiliza como alimento de ganado particularmente porcino y sin valor proteico; como ingrediente para alimento balanceado de aves de corral; como medio para cultivo de hongos, vehículo para pesticidas y fertilizantes; y algunos usos similares a la viruta de madera, tales como protección de plantas. También se puede producir carbón activo que tiene múltiples usos: desde pastillas para contener diarreas hasta sofisticados y complejos procesos industriales.

La composición química de la cáscara de maní está formada principalmente por celulosa, lignina y hemicelulosa (Arsene, 2007). Contiene además otros polisacáridos, lípidos, proteínas, minerales, azúcares libres, resinas.

Hipótesis

  1. Cuando se utilizan polímeros naturales, se podrá producir, a un bajo coste, un bioplástico que presente las características del plástico convencional, pero 100% degradable.
  2. Podemos crear productos biodegradables que al tirarse se desintegren en un corto plazo y que aporten nutrientes a la tierra, contribuyendo así a la disminución de la contaminación.

Método (materiales y procedimiento)

Materiales para experimento

– Cáscara de cacahuate.

– Almidón o fécula de maíz.

– Vinagre blanco

– Agua

– Colorante natural

– Glicerina

– Cuchara

– Licuadora

– Recipiente

– Azúcar

METODOLOGÍA DE LA FASE EXPERIMENTAL

Comenzamos seleccionando la materia prima necesaria. Para esto, utilizamos diferentes polímeros naturales, cascara de cacahuate, harina de trigo y almidón de maíz, como componente fijo, glicerina, un poco de ácido, vinagre y agua.

El proceso de fabricación del plástico consiste en lo siguiente:

  1. En primer lugar, medimos la masa necesaria del componente sólido la cascara de cacahuate (polímero natural) necesario en un vaso de precipitados.
  2. A continuación, medimos con la probeta el volumen de los distintos componentes líquidos, de la mezcla (agua y ácido), la cual vertemos al vaso de precipitados utilizado anteriormente para medir la masa del componente sólido.
  3. Seguidamente, colocamos el recipiente en la estufa y movemos la mezcla con una varilla de vidrio o madera.
  4. Cuando la mezcla empieza a ser más espesa, retiramos el vaso de la fuente de calor y vaciamos en los moldes previamente seleccionados.
  5. Aproximadamente 48 horas más tarde ya podremos retirar el plástico totalmente seco.

Galería Método

Resultados

Las muestras de bioplástico obtenidas con la cascara de cacahuate y almidón de maíz, son resistentes. Esto nos lleva a pensar que, esta materia prima, sería más adecuada para la producción de macetas, platos u otros utensilios que necesiten resistencia y flexibilidad.

En resume: al agregar un polímero natural, pudimos crear un bioplástico que coincide con las características de un plástico que utilizamos nuestra vida diaria, ya que tiene elasticidad y resistencia, pero aún seguimos haciendo muestras para obtener resultados satisfactorios. También hemos empezado a crear artículos que se utilicen en la vida diaria (platos, macetas, etc…).

Galería Resultados

Discusión

Las cantidades de las muestras fueron variando, dependiendo de cómo se observaba la muestra inicial, aumentando o disminuyendo los reactivos.

A todos los diferentes bioplásticos obtenidos se les hizo un estudio de características como flexibilidad y resistencia, tiempo de degradación, impermeabilidad, aislante y su temperatura de fusión.

  • La flexibilidad y resistencia se observó con nuestras propias manos. Con una superficie aproximada de 0,1 metros cuadrados de plástico, se colocaron objetos pesados hasta que se rompía.
  • Para comprobar el tiempo de degradación, se tomó, aproximadamente, 0,1g del bioplástico y se dejó a la intemperie, sometido a las inclemencias meteorológicas. Se observó durante, aproximadamente, un mes.
  • Su impermeabilidad se observó poniendo en contacto con agua.
  • Para observar su carácter aislante, el bioplástico se utilizó para coger objetos muy calientes. Comprobamos que podíamos hacerlo sin quemarnos. También para comprobar su carácter de aislante de la electricidad se le aplicó una corriente eléctrica continua, de poca diferencia de potencial, y se comprobó que no había continuidad alguna.
  • La temperatura de fusión se intentó medir, dándole calor hasta que pasase a estado líquido. No se obtuvieron resultados, por lo que comprobamos que el plástico es termorresistente, lo que implica que, para darle forma al material, se debe hacer en el momento de la hacerlo, se debe moldear en ese momento.

Conclusiones

Después del análisis de las muestras hemos llegado a las siguientes conclusiones:

Se evitan el uso de fuentes de energía no renovables (petróleo).

Se reduce el problema cada vez mayor de manejo de desechos.

Es por esto por lo que nos atrevemos a realizar una serie de recomendaciones a la ciudadanía, administraciones competentes y empresas, deberían tener en cuenta, de manera que:

i) Se incentive el desarrollo de productos biodegradables para el cuidado y prolongación de la vida en el planeta.

ii) Se informe a la ciudadanía sobre alternativas que ayuden al medio ambiente, como es la fabricación de plástico biodegradable.

iii) Se dé a conocer y concienciar sobre el daño y contaminación que genera el excesivo y mal uso de los plásticos derivados del petróleo.

En los dos primeros ensayos (mango y mandarina), ya se obtuvo bioplástico, aunque el sabor no fue muy agradable y la consistencia resultó muy grumosa. Sin duda, el aspecto y el sabor no ayudarían a utilizarlo y menos a comercializarlo, pues la vista influye en el uso y consumo; la mayoría de las personas se fija en el aspecto del producto o alimento. Lo mismo ocurrió con el cuarto experimento. Por supuesto que se repitieron los procesos, haciéndose algunos ajustes en la fórmula, pero el sabor no ha sido el óptimo. Sin lugar a dudas, la fruta que se utilizará será el plátano, ya que con la fórmula balanceada da excelentes resultados. En la primera fase de preparación, el aspecto que tiene la mezcla es grumoso y de color oscuro (gris-negro), pero al dejarse reposar

Además, de tener éxito en la generación de bioplástico, la gran mayoría de los productos desechables que hoy se utilizan podrían sustituir su materia prima y dejarían de ser un problema para el medio ambiente, sin afectar la producción y costo de la fruta

 

Bibliografía

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Peelman, N., y otros seis autores, Application of bioplastics for food packaging, Trends in Food Science & Technology 32(2), 128-141 (2013).

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Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography