BIOPLÀSTICS: COM ES PRODUEIXEN, TIPUS, AVANTATGES, DESAVANTATGES - MEDI AMBIENT - 2025

Els bioplàstics són qualsevol material mal·leable a base de polímers d'origen petroquímic o de biomassa que siguin biodegradable. De manera similar als plàstics tradicionals sintetitzats a partir de l'petroli, aquests es poden modelar per produir diversos objectes.

Segons el seu origen, els bioplàstics es poden obtenir a partir de biomassa (biobasados) o ser d'origen petroquímic. D'altra banda, segons el seu nivell de descomposició, hi ha bioplàstics biodegradables i no biodegradables.

Coberts fets de polièster de midó biodegradables. Font: Scott Bauer

L'auge dels bioplàstics sorgeix com a resposta als inconvenients generats pels plàstics convencionals. Entre aquests es poden assenyalar l'acumulació de plàstics no biodegradable en els oceans i els abocadors.

D'altra banda, els plàstics convencionals tenen una alta petjada de carboni i alt contingut d'elements tòxics. En contrapartida, els bioplàstics posseeixen diversos avantatges ja que no produeixen elements tòxics i generalment són biodegradables i reciclables.

Entre les principals desavantatges dels bioplàstics es poden assenyalar el seu alt cost de producció i la seva menor resistència. A més, algunes de les matèries primeres emprades són potencials aliments, la qual cosa planteja un problema econòmic i ètic.

Alguns exemples d'objectes de bioplàstics són bosses biodegradables així com peces de vehicles i telèfons mòbils.

Característiques dels bioplàstics

Importància econòmica i ambiental dels bioplàstics

Diversos objectes utilitaris elaborats amb bioplàstics. Font: Hwaja Götz, via Wikimedia Commons

Recentment ha sorgit major interès científic i industrial per produir plàstics a partir de matèries primeres renovables i que siguin biodegradables.

Això és degut al fet que les reserves petrolieres mundials s'estan esgotant ja que hi ha més conscienciació respecte als greus danys ambientals ocasionats pels petroplásticos.

Amb una demanda creixent de plàstics en el mercat mundial, la demanda de plàstics biodegradables també està augmentant.

biodegradabilitat

Les deixalles de bioplàstics biodegradables poden ser tractats com deixalles orgàniques, de degradació ràpida i no contaminant. Per exemple, poden utilitzar-se com esmenes de sòls en compostatge, ja que són reciclats de manera natural per processos biològics.

Bioplàstics amb innombrables usos comercials. Font: F. Kesselring, FKuR Willich, via Wikimedia Commons

Limitacions dels bioplàstics

La fabricació de bioplàstics biodegradables s'enfronta grans reptes, pel fet que els bioplàstics posseeixen propietats inferiors als petroplásticos i la seva aplicació, tot i que creixent, està limitada.

Millora de les propietats dels bioplàstics

Per millorar les propietats dels bioplàstics, s'estan desenvolupant barreges de biopolímers amb diversos tipus d'additius, com nanotubs de carboni i fibres naturals modificades per processos químics.

En general, els additius aplicats als bioplàstics milloren propietats com:

• Rigidesa i resistència mecànica.
• Propietats de barrera davant gasos i aigua.
• Termoresistència i termoestabilitat.

Aquestes propietats poden dissenyar-se en el bioplàstic a través de mètodes químics de preparació i processament.

Com es produeixen els bioplàstics?

Bioplàstic per embalar fet de midó termoplàstic. Font: Christian Gahle, nova-Institut GmbH

-Breu història

Els bioplàstics són anteriors als plàstics sintètics convencionals derivats de l'petroli. L'ús de polímers de matèria vegetal o animal per produir material plàstic daten de segle XVIII amb l'ús de l'cautxú natural (làtex d'Hevea brasiliensis).

El primer bioplàstic, encara que no se li va donar aquesta denominació, va ser desenvolupat en 1869 per John Wesley Hyatt Jr., qui va produir un plàstic derivat de cel·lulosa de cotó com a substitut de l'ivori. Així mateix, a finals de segle XIX es va emprar la caseïna de la llet per a la producció de bioplàstics.

En els anys 40 la companyia Ford va explorar alternatives d'ús de matèries primeres vegetals per a l'elaboració de parts de les seves actuacions. Aquesta línia d'investigació va ser impulsada per les restriccions en l'ús de l'acer per la guerra.

Com a resultat d'això, durant l'any 1941 la companyia va desenvolupar un model d'acte amb carrosseria construïda a partir de derivats principalment de soja. No obstant això, després d'acabada la guerra aquesta iniciativa no va ser continuada.

Per 1947 es produeix el primer bioplàstic tècnic, la Poliamida 11 (Rilsan com a marca comercial). Posteriorment, en la dècada dels 90 van sorgir el PLA (àcid polilàctic), el PHA (polihidroxialcanoatos) i midons plastificats.

-matèria prima

Els bioplàstics biobasados ​​són aquells que s'elaboren a partir de biomassa vegetal. Les tres fonts bàsiques de matèria primera dels biobasados ​​són les següents.

Polímers naturals de biomassa

Es poden utilitzar els polímers naturals directament elaborats per les plantes, com midó o sucres. Per exemple, «Potato plastic» és un bioplàstic biodegradable fet a partir de fècula de patata.

Polímers sintetitzats a partir de monòmers de biomassa

Una segona alternativa és sintetitzar polímers a partir de monòmers extrets de fonts vegetals o animals. La diferència entre aquesta via i l'anterior, és que aquí es requereix una síntesi química intermèdia.

Per exemple, el Bio-PE o polietilè verd és produït a partir d'etanol obtingut de la canya de sucre.

També poden produir-bioplàstics a partir de fonts animals com els glicosaminoglicans (GAG), que són proteïnes de la closca de l'ou. L'avantatge d'aquesta proteïna és que permet obtenir bioplàstics més resistents.

Biotecnologia basada en cultius bacterians

Una altra forma de produir polímers per bioplàstics és mitjançant biotecnologia a través de cultius bacterians. En aquest sentit, molts bacteris sintetitzen i emmagatzemen polímers que poden ser extrets i processats.

Per això es conreen massivament els bacteris en mitjans de cultiu adequats i després es processen per purificar l'polímer específic. Per exemple, el PHA (polihidroxialcanoatos) és sintetitzat per diferents gèneres bacterians creixent en un medi amb excés de carboni i sense nitrogen ni fòsfor.

Els bacteris emmagatzemen el polímer en forma de grànuls en el citoplasma, els quals s'extreuen processant les masses bacterianes. Un altre exemple és el PHBV (PoliHidroxiButilValerato), el qual s'obté de bacteris alimentades amb sucres obtinguts de restes vegetals.

La major limitant dels bioplàstics obtinguts per aquesta via és el cost de producció, a causa fonamentalment als mitjans de cultiu requerits.

Combinació de polímer natural i polímer biotecnològic

La Universitat d'Ohio va desenvolupar un bioplàstic bastant resistent combinant cautxú natural amb el bioplàstic PHBV, peròxid orgànic i triacrilato de trimetilolpropano (TMPTA).

-Procés de producció

Els bioplàstics s'obtenen per diversos processos, depenent de la matèria primera i propietats desitjades. Es poden obtenir bioplàstics mitjançant processos elementals o processos industrials més complexos.

procés bàsic

Es pot fer cocció i modelat en el cas de l'ús de polímers naturals, com la fècula o midó de blat de moro o patata.

Així, una recepta elemental per produir un bioplàstic és barrejar midó de blat de moro o fècula de patata amb aigua, afegint glicerina. Posteriorment, aquesta barreja se sotmet a cocció fins que espesseixi, es modela i es deixa assecar.

Processos de complexitat mitjana

En el cas dels bioplàstics produïts amb polímers sintetitzats a partir de monòmers de biomassa, els processos són una mica més complexos.

Per exemple, el Bio-PE obtingut de l'etanol de la canya de sucre, requereix una sèrie de passos. El primer és extreure el sucre de la canya per obtenir etanol mitjançant fermentació i destil·lació.

Després es deshidrata l'etanol i s'obté etilè, el qual ha de ser polimeritzat. Finalment, mitjançant màquines termoformadores es fabriquen objectes a base d'aquest bioplàstic.

Processos complexos i més costosos

A l'referir-se als bioplàstics produïts a partir de polímers obtinguts per biotecnologia, la complexitat i els costos augmenten. Això es deu al fet que intervenen cultius bacterians que requereixen mitjans de cultiu i condicions de creixement específics.

Aquest procés es fonamenta en el fet que certs bacteris produeixen polímers naturals que són capaços d'emmagatzemar al seu interior. Per això, partint dels elements nutritius adequats, es cultiven aquests microorganismes i es processen per extreure els polímers.

També es poden fabricar bioplàstics a partir d'algunes algues com la Botryococcus braunii. Aquesta microalga és capaç de produir i fins i tot excretar a el medi hidrocarburs, a partir dels quals s'obtenen combustibles o bioplàstics.

-Fabricació de productes a força de bioplàstics

El principi bàsic és el modelat de l'objecte, gràcies a les propietats plàstiques d'aquest compost emprant pressió i calor. El processament es fa per extrusió, injecció, injecció i bufat, bufat de preforma i termoconformat i finalment se sotmet a refredament.

tipus

Empaquetatge fet d'acetat de cel·lulosa. Font: Christian Gahle, nova-Institut GmbH

Són diversos els enfocaments per a la classificació dels bioplàstics i no estan exempts de polèmica. En tot cas, els criteris dels quals es parteix per definir els diferents tipus, són l'origen i el nivell de descomposició.

-Origen

Segons un enfocament generalitzat, els bioplàstics poden classificar pel seu origen en biobasados ​​o no biobasados. En el primer cas, els polímers s'obtenen a partir de la biomassa vegetal, animal o bacteriana i per tant són recursos renovables.

Per la seva banda, els bioplàstics no biobasados ​​són aquells produïts amb polímers sintetitzats a partir de l'petroli. No obstant això, a l'provenir d'un recurs no renovable, alguns especialistes consideren que no haurien de tractar-se com bioplàstics.

-Nivell de descomposició

Pel que fa a el nivell de descomposició, els bioplàstics poden ser biodegradables o no. Els biodegradables, es descomponen en períodes de temps relativament curts (dies a pocs mesos) a l'estar sotmesos a condicions adequades.

Per la seva banda, els bioplàstics no biodegradables es comporten com els plàstics convencionals d'origen petroquímic. En aquest cas, el període de descomposició es mesura en dècades i fins segles.

Respecte a aquest criteri també existeix controvèrsia, ja que alguns estudiosos consideren que un veritable bioplàstic ha de ser biodegradable.

-Origen i biodegradació

Quan es combinen els dos criteris anteriors (origen i nivell de descomposició), els bioplàstics es poden classificar en tres grups:

1. Provinents de matèries primeres renovables (biobasados) i biodegradables.
2. Els que s'obtenen de matèries primeres renovables (biobasados), però no són biodegradables.
3. Obtinguts a partir de matèries primeres d'origen petroquímic, però que són biodegradables.

És important ressaltar que per considerar un polímer com bioplàstics ha d'entrar en una d'aquestes tres combinacions.

Biobasados-biodegradables

Entre els bioplàstics biobasados ​​i biodegradables tenim a l'àcid polilàctic (PLA) i a l'polihidroxialcanoat (PHA). El PLA és un dels bioplàstics més usats i s'obté majorment a partir de la dacsa.

Aquest bioplàstic té propietats similars a l'polietilè tereftalat (PET, plàstic convencional de tipus dels polièsters), encara que és menys resistent a altes temperatures.

Per la seva banda, el PHA té propietats variables depenent de l'polímer específic que el constitueixi. S'obté de les cèl·lules de plantes o mitjançant biotecnologia a partir de cultius bacterians.

Aquests bioplàstics són molt sensibles a les condicions de processament i el seu cost és fins a deu vegades més gran que els plàstics convencionals.

Un altre exemple d'aquesta categoria és el PHBV (PoliHidroxiButilValerato), el qual s'obté a partir de restes vegetals.

Biobasados-no biodegradables

En aquest grup tenim a l'bio-polietilè (BIO-PE), amb propietats similars a les de l'polietilè convencional. Per la seva banda, el Bio-PET, té característiques semblants a l'polietilè tereftalat.

Tots dos bioplàstics es fabriquen comunament a partir de la canya de sucre, obtenint bioetanol com a producte intermedi.

També pertany a aquesta categoria la bio-poliamida (PA), que és un bioplàstic reciclable amb excel·lents propietats d'aïllament tèrmic.

-No biobasados-biodegradables

La biodegradabilitat té a veure amb l'estructura química de l'polímer i no amb el tipus de matèria primera utilitzada. Per tant, es poden obtenir plàstics biodegradables a partir de l'petroli amb el processament adequat.

Un exemple d'aquest tipus de bioplàstics són les policaprolactonas (PCL), que s'utilitzen en la fabricació de poliuretans. Aquest és un bioplàstic obtingut a partir de derivats de petroli a l'igual que l'polibutilè succionato (PBS).

avantatges

Embolcall de dolços fet de PLA (àcid polilàctic). Font: F. Kesselring, FKuR Willich

són biodegradables

Si bé no tots els bioplàstics són biodegradables, la veritat és que per a moltes persones aquesta és la seva característica fonamental. De fet, la recerca d'aquesta propietat es un dels motors fonamentals de l'auge dels bioplàstics.

Els plàstics convencionals derivats de l'petroli i no biodegradables triguen centenars i fins a milers d'anys a descompondre. Aquesta situació representa un greu problema, ja que els abocadors i els oceans s'omplen de plàstics.

Per això, la biodegradabilitat és un avantatge molt rellevant, ja que aquests materials poden arribar a descompondre en setmanes, mesos o pocs anys.

No contaminen l'ambient

A causa de que són materials biodegradables, els bioplàstics deixen d'ocupar l'espai com escombraries. A més, tenen l'avantatge addicional que en la majoria dels casos no contenen elements tòxics que puguin alliberar l'ambient.

Tenen una petjada de carboni menor

Tant en el procés de producció de bioplàstics, com en la seva descomposició, s'allibera menys CO2 que en el cas dels plàstics convencionals. En molts casos, no alliberen metà o ho fan en baixes quantitats i per tant tenen poca incidència en l'efecte hivernacle.

Per exemple, els bioplàstics obtinguts a partir de l'etanol de la canya de sucre redueixen fins a un 75% les emissions de CO2 en comparació amb els derivats de l'petroli.

Més segurs per portar aliments i begudes

Generalment, en l'elaboració i composició dels bioplàstics no s'utilitzen substàncies tòxiques. Per tant, representen menys risc de contaminació per als aliments o begudes continguts en ells.

A diferència dels plàstics convencionals que poden produir dioxines i altres components contaminants, els bioplàstics biobasados ​​són innocus.

desavantatges

Els inconvenients estan relacionats principalment amb el tipus de bioplàstic que s'utilitzi. Entre d'altres tenim els següents.

menor resistència

Una limitant que presenten la majoria dels bioplàstics respecte als plàstics convencionals, és la seva menor resistència. No obstant això, aquesta propietat és la que es troba associat a la seva capacitat de biodegradar.

major cost

En alguns casos, les matèries primeres emprades per a la producció dels bioplàstics són més costoses que les provinents de l'petroli.

D'altra banda, la producció d'alguns bioplàstics implica majors costos de processament. Particularment, aquests costos de producció són més elevats en aquells produïts mitjançant processos biotecnològics, incloent el cultiu massiu de bacteris.

Conflicte d'ús

Els bioplàstics produïts a partir de matèries primeres alimentàries competeixen amb les necessitats d'alimentació humana. Per tant, a l'ésser més rendible dedicar collites a la producció de bioplàstics, aquestes es retiren de l'circuit de producció d'aliments.

No obstant això, aquest desavantatge no s'aplica a aquells bioplàstics obtinguts a partir de residus no comestibles. Entre aquestes deixalles tenim restes de collites, algues no comestibles, lignina, closques d'ou o exosquelets de llagosta.

No són fàcils de reciclar

El bioplàstic PLA és molt similar a l'plàstic convencional PET (tereftalat de polietilè), però no és reciclable. Per tant, si ambdós tipus de plàstic es barregen en un contenidor de reciclatge, aquest contingut no es pot reciclar.

En aquest sentit, hi ha el temor que l'ús creixent de PLA pugui entorpir els esforços existents per reciclar plàstics.

Exemples i els seus usos de productes produïts amb bioplàstics

Envàs per a vins elaborat amb bioplàstic provinent de deixalles agrícoles i micelis. Font: Mycobond

Objectes descartables o un sol ús

Els elements que més residus generen són envasos, embolcalls, plats i coberts vinculats al menjar ràpid i les bosses de compres. Per tant, en aquest camp els bioplàstics biodegradables juguen un paper rellevant.

Per això, s'han desenvolupat diversos productes a força de bioplàstics amb la finalitat d'incidir en la reducció de generació de residus. Entre d'altres tenim, la bossa biodegradable fabricada amb Ecovio de BASF o l'ampolla plàstica fabricada de PLA obtingut de blat de moro per Safiplast a Espanya.

Càpsules d'aigua

L'empresa Ooho idear càpsules biodegradables a partir d'algues marines amb aigua, en lloc de les tradicionals ampolles. Aquesta proposta ha estat molt innovadora i exitosa i ja ha estat provada en la marató de Londres.

Agricultura

En alguns cultius com la maduixa, una pràctica comuna és cobrir el terra amb una làmina de plàstic per tal de controlar males herbes i evitar congelació. En aquest sentit, s'han desenvolupat encoixinats de bioplàstic com Agrobiofilm per substituir els plàstics convencionals.

Objectes per a aplicacions duradores

L'ús dels bioplàstics no està restringit a objectes d'ús i descarti sinó que es poden utilitzar en objectes més duradors. Per exemple, l'empresa Zoë b Organic 's produeix joguines de platja.

Components d'equips complexos

Toyota fa servir bioplàstics en algunes autopartes, com a components d'aparells condicionadors d'aire i panells de control. Per això fa servir, bioplàstics com el Bio-PET i el PLA.

Per la seva banda, Fujitsu utilitza bioplàstics per fabricar ratolins d'ordinador i peces de teclats. En el cas de l'empresa Samsung, alguns telèfons mòbils tenen carcasses fetes en gran part de bioplàstic.

-Construcció i enginyeria civil

S'han emprat bioplàstics de midó com materials de construcció i bioplàstics reforçats amb nanofibres en instal·lacions elèctriques.

A més, s'han fet servir en l'elaboració de fustes bioplásticas per a mobles, que no són atacades per insectes xilòfags i no es podreixen amb la humitat.

-Aplicacions farmacèutiques

S'han elaborat amb bioplàstics càpsules contenidores de medicaments i vehicles de drogues que són alliberades lentament. Així, es regula la biodisponibilitat dels medicaments en el temps (la dosi que rep el pacient en un temps determinat).

-Aplicacions mèdiques

S'han fabricat bioplàstics de cel·lulosa aplicables en implants, enginyeria de teixits, bioplàstics de quitina i quitosan per a la protecció de ferides, enginyeria de teixit ossi i regeneració de pell humana.

També s'han fabricat bioplàstics de cel·lulosa per biosensors, mescles amb hidroxiapatita per a la fabricació d'implants dentals, fibres de bioplàstic en catèters, entre d'altres.

-Transport aeri, marítim i terrestre i indústria

S'han emprat escumes rígides basades en olis vegetals (bioplàstics), tant en dispositius industrials com de transport; parts d'automòbils i parts aeroespacials.

També s'han produït a partir de bioplàstics components electrònics de telèfons mòbils, ordinadors, dispositius d'àudio i vídeo.

-Agricultura

Els hidrogels bioplàstics, que absorbeixen i retenen aigua i poden alliberar-la lentament, són útils com mantells protectors de terra conreat, mantenint la seva humitat i afavorint el creixement de les plantacions agrícoles en regions seques i en temporades de pluges escasses.

referències

1. Álvarez da Silva L (2016). Bioplàstics: obtenció i aplicacions de polihidroxialcanoatos. Facultat de Farmàcia, Universitat de Sevilla. Grau de Farmàcia. 36 pàg.
2. Bezirhan-Arikan I and H Duygu-Ozsoy (2015). A Review: Investigation of Bioplastics. Journal of Civil Engineering and Architecture 9: 188-192. De Almeida A, JA Ruiz, NI López i MJ Pettinari (2004). Bioplàstics: una alternativa ecològica. Química Viva, 3 (3): 122-133.
3. El-Kadi S (2010). Bioplastic production from inexpensive sources. ISBN 9783639263725; VDM Verlag Dr. Müller Publishing, Berlin, Germany. 145 pàg.
4. Labeaga-Viteri A (2018). Polímers biodegradables. Importància i potencials aplicacions. Universitat Nacional d'Educació a Distància. Facultat de Ciències, Departament de Química Inorgànica i Enginyeria Química. Màster Universitari en Ciència i Tecnologia Química. 50 pàg.
5. Ruiz-Hitzky I, FM Fernandes, MM Reddy, S Vivekanandhan, M Misra, SK Bhatia and AK Mohanty (2013). Biobased plastics and bionanocomposites: Current status and future opportunities. Prog. Polym. Sci. 38: 1653-1689.
6. Satish K (2017). Bioplastics - classification, production and their potential food applications. Journal of Hill Agriculture 8: 118-129.