El PHA tiene una base principalmente biológica. Y lo que es mejor, puede producirse a partir de residuos orgánicos y aplicarse en sistemas de gestión de residuos y tratamiento de aguas.
Los PHA se basan en la aplicación de la biotecnología para optimizar los procesos naturales que tienen lugar en los microorganismos. Pueden producirse sin alterar el entorno natural o con alteraciones mínimas.
Los PHA se producen como polímeros de almacenamiento de energía y carbono en los microbios. La producción industrial de PHAs requiere el cultivo de los microbios en condiciones controladas que optimicen la producción de PHAs. Los microbios producen PHAs bajo condiciones simuladas de inanición de nutrientes y exceso de carbono. Otros factores como la temperatura, el pH y la presencia de macronutrientes y metales traza afectan a la cantidad y la calidad de los PHA producidos.
El PHB es la forma de PHA más producida. También es la forma más simple de PHA. El proceso de producción puede controlarse para obtener tipos específicos de PHA con las propiedades deseadas. Por ejemplo, si se orienta el proceso hacia la producción de poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBV) en lugar de PHB, se obtendrá un PHA más duro y elástico.
Por otro lado, el PP requiere procesos de extracción que inevitablemente destruyen los hábitats naturales e implican el agotamiento de los recursos fósiles. Además, existe el riesgo de que se produzcan catástrofes como vertidos de petróleo y la emisión de hollín a la atmósfera.
La tasa de producción mundial de plásticos convencionales de origen fósil sigue siendo muy superior a la de los bioplásticos. El polipropileno tiene la segunda mayor tasa de producción mundial, junto con el polietileno. En 2022, el volumen del mercado mundial de polipropileno se estimó en 79,01 millones de toneladas métricas. Con una tasa bruta de crecimiento anual del 3,6% prevista para 2023 a 2030.
Aunque el volumen de producción de PHA es mucho menor y los bioplásticos representan menos del 1% de la producción mundial de plásticos. Las políticas gubernamentales y los crecientes esfuerzos para regular los plásticos de un solo uso e impulsar plásticos más sostenibles han dado lugar a un aumento de la demanda de plásticos biodegradables, con el PHA a la cabeza.
El valor del mercado mundial de PHA en 2022 se estimó en 81 millones de dólares. Se prevé que aumente a 167 millones de dólares en 2027. Se prevé que el PHA sea el bioplástico básico líder en los próximos años.
El polipropileno ha sido favorecido durante mucho tiempo por su excelente resistencia, baja energía superficial, baja permeabilidad a gases y líquidos, y facilidad de procesamiento en comparación con otros plásticos. Por esta razón, ha encontrado aplicaciones en películas, contenedores, bolsas y sacos tejidos y no tejidos, geotextiles y otras aplicaciones.
El atractivo del PHA se debe en gran parte a que combina algunos de estos atributos físicos del polipropileno con la biodegradabilidad y la biocompatibilidad. Esto amplía su aplicación a ámbitos en los que el polipropileno no es aplicable. Un ejemplo de ello es la ingeniería de tejidos y los andamiajes.
En la Tabla 1 se comparan el alargamiento a la rotura, el punto de fusión (Tm), la temperatura de transición vítrea (Tg), la resistencia a la tracción y el módulo joven de 3 PHA y PP diferentes. Aquí vemos que las propiedades de los PHA pueden variar variando la composición del PHA.
El polipropileno es relativamente más rígido que otro plástico básico, el polietileno. Mientras que el PHB es mucho más rígido, otras formas de PHA tienen una mayor elasticidad que incluso supera a la del polipropileno (Tabla 1).
La tabla 1 muestra también que los PHA igualan algunas de las propiedades del PP, como la elasticidad, cuantificada por el alargamiento a la rotura. El punto de fusión de los PHA puede ser inferior o superior al del PP. El procesado térmico de los PHA puede realizarse utilizando métodos convencionales de procesado de plásticos.
Tabla 1. Comparación de las propiedades de tres PHA con las del PP
| Polímero | Tg (oC) | Tm(oC) | Elongación a la rotura (%) | Resistencia a la tracción (MPa) | Módulo de Young (GPa) |
| P(3HB-co-20 mol%3HV) | -1 | 145 | 50 | 20 | 0.8 |
| PHB | 4 | 180 | 5 | 40 | 3.5 |
| P(3HB-co-6 mol$3HA) | -8 | 133 | 680 | 17 | 0.2 |
| PP | -10 | 176 | 400 | 38 | 1.7 |
La evaluación del impacto medioambiental de la producción de PHA incluye desde el proceso de recogida y tratamiento de las materias primas hasta el carbono liberado durante la degradación de los bioplásticos.
Los factores de impacto ambiental que se han tenido en cuenta para la producción de PHA incluyen el potencial de calentamiento global, la eutrofización, la acidificación y el smog fotoquímico. Aquí no se hacen comparaciones directas de estos valores para el PHA y el polipropileno, ya que estos valores varían significativamente de un estudio a otro y las unidades utilizadas también suelen variar.
El PHA producido a partir del grano de maíz tiene un potencial de calentamiento global de 1,6 – 4,1 kg-CO2 eq/ Kg. Los procesos de fermentación y recuperación son los que más contribuyen al impacto ambiental de la producción de PHA. El PHB producido en instalaciones de recuperación de materiales tenía un potencial de calentamiento global de 3,4 a 5 kg-CO2 eq/Kg.
El uso de residuos como materia prima reduce significativamente el impacto medioambiental de los PHA, ya que se elimina la contribución de la parte de cultivo y procesamiento de la producción de sus materias primas.
Se ha informado de un potencial de calentamiento global de 1,58 kgCO2eq y de un agotamiento de combustibles fósiles de 1,722kg de petróleo eq para la producción de polipropileno. Sin embargo, la evaluación medioambiental depende de otros factores como la eutrofización, el cambio de uso del suelo, el consumo de agua, la formación de oxidantes petroquímicos y el agotamiento de los recursos fósiles.
La producción de gránulos de polipropileno supone un agotamiento de recursos fósiles de 1,7222 kg eq de petróleo por kg de gránulos de polipropileno producido, mientras que el agotamiento de recursos fósiles para la producción de PHA puede ser cero si no se utiliza ningún combustible fósil en el funcionamiento de las instalaciones empleadas en la producción.
Las emisiones de gases de efecto invernadero durante su biodegradación pueden mitigarse disponiendo de los sistemas adecuados para la captura de carbono o metano procedentes de la biodegradación aeróbica o anaeróbica.
El PHA es un plástico biodegradable de base biológica. La tasa de biodegradación depende de la formulación del PHA y del tipo de procesamiento al que se haya sometido. Por ejemplo, si el PHA está en forma de película, se mezcla con otros polímeros y aditivos.
Mientras que los bioplásticos como el PLA requieren compostadores industriales especiales para su biodegradación, la biodegradación de los PHA puros suele producirse en entornos naturales en compostadores domésticos.
Dado que el PHA es biosintetizado por microorganismos como polímero de almacenamiento. Estos microbios también producen las enzimas necesarias para descomponer, y por tanto biodegradar, el PHA. A pesar de algunos nuevos descubrimientos de que el microbio Bacillus flexus es capaz de degradar t tras un pretratamiento UV, el polipropileno es generalmente no biodegradable.
Al igual que otros plásticos no biodegradables de origen fósil, el polipropileno se desintegrará con el tiempo en pequeños fragmentos de plástico y, finalmente, en microplásticos. Esto tiene un impacto perjudicial en el medio ambiente.
Para aplicaciones de alto nivel, como su uso en andamiajes e implantes, la biocompatibilidad es un requisito clave. Varios estudios han demostrado que los PHA presentan una elevada biocompatibilidad en aplicaciones de ingeniería tisular como suturas, implantes, andamiajes y regeneración de vasos sanguíneos.
La procesabilidad del PHA combinada con su biocompatibilidad lo hace aún más adecuado para aplicaciones biomédicas. El PHA puede transformarse en las formas diversas y a menudo complejas que requieren las aplicaciones biomédicas mediante métodos como la impresión en 3D y el moldeo por inyección.
Aunque el polipropileno no es biodegradable, es relativamente biocompatible. Sin embargo, se ha observado cierta inflamación como resultado de la respuesta inmunitaria del huésped en varios casos en los que se ha utilizado polipropileno en aplicaciones biomédicas, como mallas implantadas para el tratamiento de afecciones del suelo pélvico. Esto ha puesto en duda la biocompatibilidad del polipropileno en tales aplicaciones.
VEnvirotech se dedica a la producción de bioplásticos de base biológica de alta calidad, siendo el PHA el bioplástico principal. También producimos mezclas de PHA y otros bioplásticos y plásticos reciclables.
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