Los plásticos sostenibles son aquellos cuya producción y uso tienen un impacto benigno en el medio ambiente. Pueden producirse a partir de fuentes renovables, ser biodegradables, reciclables o fabricarse reciclando plásticos usados.
Hasta ahora, el enfoque más eficaz para conseguir plásticos sostenibles son los plásticos biodegradables producidos a partir de fuentes renovables. El PHA es actualmente el plástico biodegradable más prometedor, con potencial como alternativa sostenible a sus homólogos de origen fósil, como el polipropileno y el polietileno.
Los PHA son poliésteres por estructura. Los monómeros de los PHAs tienen el característico extremo de ácido carboxílico y el extremo de alcohol. Al ser bioplásticos termoplásticos, los PHA presentan la combinación de propiedades más deseable para los plásticos sostenibles. Esto los convierte en sustitutos muy prometedores de plásticos de origen fósil ampliamente utilizados, como el polipropileno. El P3HB, por ejemplo, tiene propiedades similares al PP.
Los PHA se producen esencialmente en la naturaleza con un poco de ayuda de la biotecnología. Se producen de forma natural como polímeros de almacenamiento en bacterias y otros microorganismos como las algas.
Se han identificado más de 125 monómeros de PHA diferentes. Pueden existir como homopolímeros, copolímeros o heteropolímeros en diversas combinaciones dentro de la cadena polimérica. Pueden ser polímeros de cadena corta, media o larga. Estas propiedades también varían en función del tipo de microorganismo que haya producido el PHA. Las propiedades del PHA, como la cristalinidad, la elasticidad, la solubilidad y la viscosidad, varían en función de la disposición de los monómeros en el polímero de PHA y del peso molecular del PHA.
Las vías biosintéticas para la producción de PHA varían de un organismo a otro y con diferentes condiciones. El Bacillus megaterium, por ejemplo, formará ácido polihidroxibutírico (PHB) en condiciones de inanición y en ausencia de oxígeno. La bacteria Alcaligenes latus acumulará alrededor del 80% de su peso en PHB en las condiciones adecuadas. La bacteria fotosintetizadora Rhospitillum rubrium sintetiza PHB mediante la reducción de acetil-CoA a partir de acetato.
Los PHA se forman generalmente cuando dos acetil-CoA reaccionan por condensación seguida de reducción a hidroxialcanoato que luego se polimeriza en PHA. Se han identificado muchos microorganismos como productores de PHA y se espera que se identifiquen más en el futuro. Por ejemplo, se conocen más de 15 microorganismos que producen PHB.
Por ejemplo, el PHB tiene un peso molecular que oscila entre 1 kDa y más de 300 kDa.
Los bioplásticos a base de PHA pueden mezclarse de diferentes maneras para obtener las propiedades específicas deseadas. Por ejemplo, una mezcla de 44 mol% de PHB y 56 mol% de PHV conseguirá una película plástica con suficiente flexibilidad para una aplicación de película de envasado. El PHA también puede mezclarse con otros bioplásticos y plásticos convencionales.
Figura 1. Estructura general del PHA Fuente
Figura 2. Estructura de algunos PHAs Estructura de algunas APS. Fuente
Uno de los atributos más importantes del PHA como plástico sostenible es la biodegradabilidad. Los PHA son bastante resistentes a la humedad, por lo que la biodegradación se produce más por hidrólisis enzimática de los enlaces éster que por un simple proceso de biodegradación hidrolítica. Los microorganismos que degradan los PHA secretan la enzima PHA depolimerasa que rompe los enlaces éster.
El cambio en la morfología de los PHA durante la extracción y el procesamiento reduce la tasa de biodegradación. Esto supone una ventaja, ya que la biodegradación debe ser lo suficientemente lenta como para permitir que el producto bioplástico conserve su integridad durante un periodo razonable.
La tasa de degradación también depende del entorno en el que se encuentre el bioplástico. Una película de PHB de 75 micras de espesor colocada en condiciones anaeróbicas se biodegradará en una semana. En cambio, cuando la misma película se coloca en el suelo, tarda hasta 3 meses en biodegradarse. En el medio natural, el PHA suele tardar un mínimo de 6 meses en biodegradarse.
Hasta los PHA, la principal limitación de la mayoría de los polímeros biodegradables de origen biológico es que no tenían las propiedades termomecánicas de los termoplásticos. Los PHA son los únicos biopolímeros termoplásticos conocidos.
Otra característica deseable de los PHA es que pueden producirse a partir de residuos orgánicos. De tal forma que su producción puede integrarse en los sistemas de remediación y gestión de residuos.
El PHB, por ejemplo, se produce de forma natural en los lodos activados junto con otros polímeros como los polisacáridos. La principal fuente de materia prima de VEnvirotech para la producción de PHA son los residuos del procesado de alimentos, de la carne, de las fábricas de cerveza y de la agricultura.
Dado que uno de los mayores retos de la aplicación generalizada es el coste de producción, se han dedicado muchos esfuerzos de investigación a explorar formas de reducir el coste de producción. Esto ha incluido el uso de cepas bacterianas optimizadas para mejorar el rendimiento por masa celular.
El procesamiento posterior de los bioplásticos también puede acarrear importantes costes de producción. La energía, los materiales, las instalaciones y la mano de obra altamente cualificada que se necesitan para obtener PHA de alta calidad representan una gran parte del coste de producción.
Es de esperar que esto ocurra con cualquier producto que se encuentre en una fase relativamente temprana de comercialización. Como la demanda de plásticos sostenibles aumentará inevitablemente en los próximos años, esta inversión redundará en beneficio de los primeros en adoptar tecnologías de plásticos sostenibles.
Dado que las propiedades del PHA están vinculadas a la composición monomérica y al orden de esta composición dentro de la cadena polimérica, existe potencial para aplicar la inteligencia artificial (IA) en la facilitación de la producción optimizada de PHA por bacterias.
Por ejemplo, sabemos que los valores de la temperatura de transición vítrea de los homopolímeros de PHB pueden variar entre -5 y 20oC cuando se incluye HV como copolímero. El contenido de HV puede controlarse mediante las condiciones proporcionadas a las bacterias productoras de PHA. Gracias a la IA, es posible realizar un gran número de experimentos en menos tiempo del que tardarían los humanos en determinar las condiciones precisas para alcanzar una temperatura de transición vítrea específica para el PHB.
La innovación de utilizar residuos como sustrato para la producción de PHA ha logrado una reducción significativa de los costes de producción, además de ampliar las ventajas del PHA a la gestión y remediación de residuos.
Esto le confiere aún más importancia como plástico sostenible. Las principales áreas de avance en PHA en los últimos años son:
Aunque los microorganismos hagan el trabajo principal de producción, queda en manos del experto humano que aplica la biotecnología proporcionar las condiciones adecuadas para un rendimiento y una calidad óptimos. También está la cuestión de aislar los PHA de la forma más eficaz y sostenible.
VEnvirotech cuenta con un equipo de biotecnólogos altamente cualificados y experimentados dedicados a la producción laboral de PHA principalmente a partir de residuos orgánicos. Con un archivo de varias bacterias productoras de PHA altamente eficientes, así como tecnología punta para la producción y extracción de PHA, nuestro equipo ha desarrollado PHA de alta calidad para diversas aplicaciones.
Con el objetivo de hacer de los plásticos sostenibles una realidad escalable, VEnvirotech ha desarrollado la VEBox, una tecnología automatizada preinstalada que facilita la conversión in situ de residuos en materias primas para la producción de PHA.
El VEBox se ofrece como un servicio a los clientes que buscan una solución de gestión y conversión de residuos para sus establecimientos. El sistema está optimizado para el procesamiento estandarizado de residuos alimentarios, lodos de depuradora y residuos agroalimentarios.
VEnvirotech también tiene a la venta una gama de 8 formulaciones diferentes de bioplásticos que incluyen bioplásticos a base de PHA. También desarrollamos formulaciones personalizadas para satisfacer las necesidades específicas de los clientes.
Los productos y servicios que ofrece VEnvirotech son clave para que la industria avance hacia una aplicación más diversa de los plásticos sostenibles. Entendemos que parte de los retos de los residuos plásticos es tener alternativas que se adapten bien a las aplicaciones objetivo. VEnvirotech ofrece asesoramiento para ayudar a los clientes a desarrollar soluciones de plásticos sostenibles que se ajusten a las especificaciones deseadas.
Póngase en contacto con VEnvirotech para obtener más información sobre nuestros productos y servicios de plásticos sostenibles.
