La Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM) define los bioplásticos como «plásticos degradables en los que la degradación resulta de la acción de microorganismos naturales como bacterias, hongos y algas». Algunos ejemplos son el ácido poliláctico (PLA), la policaprolactona (PCL) y el polihidroxialcanoato (PHA).
Los plásticos biodegradables de base biológica tienen que competir con la producción a gran escala altamente eficiente y controlada de plásticos de origen fósil. También tienen que ponerse al día con décadas de avance tecnológico y desarrollo que los plásticos derivados de fósiles han disfrutado antes de la década de 1950 hasta la fecha.
Los bioplásticos pueden variar en función de su química. La mayoría de los bioplásticos biodegradables más comunes son los poliésteres alifáticos, el almidón termoplástico o los bioplásticos a base de celulosa. Los bioplásticos actualmente solo representan alrededor del 1% del mercado mundial de plástico con una producción anual de alrededor de 912 mil toneladas. En comparación con la producción de plástico no biodegradable en alrededor de 390 millones de toneladas anuales. Los tres bioplásticos principales que se producen a escala comercial son PLA, PBS y PHA. Han estimado tasas de producción anual de 218, 97 y 30 mil toneladas respectivamente.
Los plásticos biodegradables también pueden variar según las fuentes de sus materias primas. Estos se clasifican principalmente como bioplásticos de origen fósil y bioplásticos de base biológica. Los bioplásticos de origen fósil incluyen PBS, PVA, PBAT, PCL y PGA. Existen posibilidades de producir estos plásticos a partir de fuentes biológicas, sin embargo, se producen en gran medida utilizando materias primas de origen fósil. PLA, PHA y almidón termoplástico son ejemplos de plásticos biodegradables de base biológica.
A lo largo de los años, los bioplásticos se han producido a partir de diversas materias primas utilizando una amplia gama de procesos. Los monómeros de vinilo, los ácidos carboxílicos, las amidas y los alcoholes que sirven como materias primas para la producción de bioplásticos se pueden obtener a partir de la biomasa. Los bioplásticos también se pueden obtener directamente de la biomasa utilizando la ayuda de bacterias especialmente seleccionadas. La Tabla 1 enumera algunos bioplásticos, sus materias primas y procesos de producción.
Tabla 1. Algunos plásticos biodegradables, sus materias primas y procesos de producción
Plásticos biodegradables | Materias primas/materia prima | Proceso de producción | |
PLA(De base biológica) | – Azúcares del almidón fermentado | – Policondensación de ácido láctico obtenido de la fermentación de azúcares O Polimerización por apertura de anillo de lactida | |
PHA (De base biológica) | – Materia prima rica en carbono, como desechos orgánicos, desechos plásticos licuados y lodos de aguas residuales activadas y aguas residuales | – Producido por bacterias como Pseudomonas oleovorans, rhizobium meliloti y alcaligene eutrophus y algunas algas. – Extracción de células mediante disolventes. El desarrollo potencial en PHA producido extracelularmente puede eliminar la necesidad de procesos de extracción que requieren lisis celular | |
Almidón termoplástico (De base biológica) | – Desperdicio de alimentos | – Extracción, gelatinización, plastificación y mezcla de almidón | |
PBS (Origen Fósil) | – Ácido succínico y butanodiol | – Copolimerización de ácido succínico y butanodiol. – Butanodiol que puede obtenerse del hidrocraqueo de almidón y azúcares – Ácido succínico potencialmente obtenible de la fermentación de azúcares lignocelulósicos, sin embargo, la tecnología existente se basa en fuentes no renovables | |
PVA (Origen Fósil) | – Acetato de vinilo | – Polimerización en emulsión de acetato de vinilo | |
PBAT Adipato de polibutileno-co-tereftalato (Origen Fósil) | – 1,4 butanodiol, ácido adípico y dimetiltereftalato | – Copolimerización de 1, 4 butanodiol, ácido adípico y tereftalato de dimetilo | |
Policaprolactona (Origen Fósil) | – Caprolactona | – Polimerización por apertura de anillo | |
Ácido poliglicólico (PGA) (Origen Fósil) | – Ácido glicólico, halogenoacetatos o glicólido | – Policondensación, de ácido glicólico, policondensación en estado sólido de halogenoacetatos o polimerización de glicólido por apertura de anillo | |
Co-glicólido de polilactida (PLGA) (Origen Fósil) | – Ácido glicólico y ácido láctico/lactida | – Policondensación o polimerización por apertura de anillo |
Los bioplásticos en sí mismos tienen un impacto benigno en el medio ambiente, no son tóxicos y son biocompatibles. Algunos bioplásticos pueden incluso tener beneficios adicionales, como agregar nutrientes al suelo al final de su vida útil. La sostenibilidad general y el respeto ecológico de los plásticos dependen de otros factores no intrínsecos al material. Los factores a considerar para hacer que la producción de bioplásticos sea ecológica incluyen:
Las siguientes tecnologías se aplican en la producción de bioplásticos para mejorar la eficiencia.
La tecnología de edición de genes ofrece el potencial para un ajuste más preciso de las propiedades de PHA a través de la edición del gen para la producción de PHA en las bacterias. Un ejemplo de ello es el Capriavidus necator recombinante que fue modificado para producir PHA a partir de suero de leche. La misma tecnología también se puede utilizar para mejorar el tamaño de las bacterias, el rendimiento de PHA y la eficiencia de la producción. También se ha explorado la modificación genética de plantas para mejorar la producción de PHA. Las cepas genéticamente modificadas de E. coli se han utilizado para la producción comercial de PHA.
El cultivo de bacterias altamente eficientes, la identificación y el aislamiento de cepas de microbios altamente eficientes son clave para lograr altos rendimientos en procesos dependientes de microorganismos. Estos incluyen la fermentación de almidón o biomasa lignocelulósica a azúcares y la producción de PHA por bacterias productoras de PHA. Los desarrollos recientes en el cultivo de microbios incluyen el uso de cultivos mixtos y la producción de bioplásticos en condiciones no estériles para reducir el costo. También existe la posibilidad de producir PHA a partir de organismos fotosintéticos como algas y plantas.
Tener las condiciones óptimas para que estos microbios prosperen depende del uso de tecnologías altamente eficientes para lograr un control preciso sobre las condiciones en el biorreactor y el entorno de producción. Esto también incluye sistemas para prevenir contaminaciones. Algunos sistemas requieren condiciones cambiantes en ciertos puntos del proceso metabólico del microbio. Por ejemplo, cambiar de aeróbico a anaeróbico o variar la temperatura o la composición de los medios nutritivos. Estos se basan en sistemas eficientes de retroalimentación y control.
Para bioplásticos como PLA, la pureza del monómero puede afectar la longitud de la cadena lograda en el proceso de polimerización. Esto determina las propiedades del polímero. Se utilizan filtros y membranas de alta eficiencia para lograr una alta pureza desde la extracción del almidón hasta el azúcar fermentado.
También se requieren técnicas de separación altamente eficientes para separar los bioplásticos producidos por bacterias de las bacterias y los medios después de la extracción. Esto es importante para garantizar que todos los rastros de residuos se eliminen del bioplástico para su posterior uso y procesamiento.
A menudo, se requieren disolventes orgánicos halogenados para la lisis celular y la extracción de PHA de la célula bacteriana. Se están desarrollando disolventes más ecológicos. También existe la posibilidad de cultivar cepas de bacterias que producen PHA extracelularmente, eliminando así la necesidad de disolventes agresivos para la lisis celular y la extracción.
Las propiedades de los bioplásticos se pueden mejorar significativamente mezclando diferentes bioplásticos y / o creando compuestos de bioplásticos con fibras y minerales. Estos pueden incluir el uso de nanomateriales como nanocelulosa y nanofibras.
Para mejorar el impacto ecológico, VEnvirotech produce formulaciones bioplásticas utilizando minerales y fibras extraídas de desechos orgánicos. Estos incluyen cáscaras de huevo, conchas de ostras, desechos de papel, desechos de cervecerías, entre otros.
La contribución de VEnvirotech al campo de los bioplásticos incluye:
Póngase en contacto con VEnvirotech para obtener nuestra gama de productos bioplásticos o para explorar formas en que su empresa puede reciclar sus residuos en materias primas para bioplásticos.
