Bio-soluciones a la contaminación por plásticos I

Bioplásticos (Fuente: O Ecotextiles)

Autor: Gonzalo del Olmo

La problemática actual de la contaminación por plásticos se está convirtiendo en una de las grandes preocupaciones ambientales de este siglo. Cada vez hay más consciencia de que el uso abusivo de plásticos es un postura insostenible que tiene consecuencias muy negativas para el medio ambiente y nuestra propia salud. Es por ello por lo que se precisa de una solución inmediata, pero ¿cómo evitar utilizar un material tan empleado como el plástico? ¡Si nos lo encontramos hasta en la sopa!, literalmente, ¿cómo deshacerse de tantas toneladas acumuladas de este material? ¿cómo desengancharse de esta adicción plástica?

Lo primero que tenemos que tener en cuenta es que todo empieza desde un comportamiento y consumo responsable, basado en la regla de las R´s. Con estas posturas se podría resolver gran parte del problema, sin embargo, aparte de leyes reguladoras, movimientos sociales o hábitos sostenibles, el problema de los plásticos también se puede abordar desde el punto de vista de la biotecnología.

Esta nueva sección nace para acercaros posibles soluciones basadas en avances biotecnológicos para abordar la contaminación por plásticos. En este primer capítulo, os hablaremos de los bioplásticos biodegradables.

Los bioplásticos o biopolímeros son polímeros obtenidos a partir de materiales provenientes de seres vivos, como las plantas o los microorganismos, siendo polimerizados bien por métodos químicos o biológicos. Estos plásticos son biodegradables cuando pueden ser descompuestos por algún organismo, sin tener ningún efecto perjudicial sobre el medio ambiente. Es preciso matizar que un bioplástico no siempre es biodegradable, como es el caso del ácido poliláctico cristalino así como algunos politioésteres y derivados de celulosa. A su vez, un plástico biodegradable no siempre procede de un ser vivo, puede ser sintético como por ejemplo la policaprolactona.

En general estos polímeros pueden presentar propiedades indeseables como, por ejemplo, la corta duración de los mismos por su susceptibilidad a ser degradados, y su variación en los lotes de producción en el caso de aquellos creados a partir de seres vivos.

Los biopolímeros pueden dividirse en tres grandes grupos de acuerdo con su origen: Polímeros naturales modificados, polímeros bio-quimiosintéticos, y polímeros biosintéticos.

Un ejemplo de polímeros naturales modificados son los bioplásticos obtenidos a partir del almidón y la celulosa procedente de plantas y restos de cultivos. Estos biopolímeros son bastante económicos y competitivos respecto a los derivados del petróleo, aunque resultan quebradizos. Es por ello, por lo que se suelen mezclar con otros materiales o se modifican químicamente, para que adquieran más flexibilidad y resistencia, hecho que encarece el proceso de fabricación.

Algunas de las plantas que se emplean como fuente de estos polímeros son el maíz, la patata, la cebada o la avena. Como dato curioso, en el norte de Cerdeña se está empleando el cardo, del cual se aprovecha tanto su biomasa como el aceite de las semillas, para producir bioplásticos e incluso neumáticos, sin robar terreno ni recursos a la agricultura.

Enlace a vídeo sobre el empleo de cardo en la producción de bioplásticos.

A excepción del caso del cardo, resulta moralmente comprometido utilizar plantas destinadas a la alimentación para crear bioplásticos. Esto, unido a las limitaciones que presentan los polímeros naturales, hace que los esfuerzos en investigación se centren en el desarrollo de bioplásticos obtenidos a partir de microorganismos. Por ejemplo, se ha descrito que se puede emplear microalgas como fuente de almidón para crear bioplásticos. No obstante, con el empleo de microorganismos, el punto de mira se sitúa en la obtención de otro tipo de polímeros como son los poliláctidos (PLA) y los polihidroxialcanoatos (PHA).

Los PLA son un ejemplo de polímeros bioquimiosintéticos. Se generan por fermentación del almidón llevada a cabo por microorganismos como Lactobacillus casei (una bacteria de nuestra microbiota y que también se utiliza en la industria láctica) que da lugar al ácido láctico. Además, se requieren de varios procesos químicos para terminar de purificar y polimerizar el ácido láctico, y obtener el PLA, lo que implica un coste adicional. Por otro lado, son bioplásticos flexibles, moldeables, resistentes y con buena capacidad de barrera a la humedad, además de biodegradables.

Degradación de una botella de PLA (Fuente: http://2016.igem.org/Team:Evry/HP/Gobelets)

 Los PHA, son un ejemplo del último tipo de biopolímeros, los biosintéticos. Se obtienen a partir de microorganismos (bacterias, hongos y microalgas) que los acumulan como sustancias de reserva. Estos compuestos se acumulan en forma de gránulos en el interior de los microorganismos llegando a adquirir un gran tamaño como se aprecia en la siguiente fotografía.

Imágenes obtenidas de un microscopio electrónico de transmisión que nos muestran los gránulos de PHA en el interior de microorganismos (Fuente: Higuchi-Takeuchi et al, 2017)

Los PHA presentan propiedades físicas similares a los plásticos derivados del petróleo, como su flexibilidad y resistencia, y además son perfectamente biodegradables. Por contraste, la producción de PHA a partir de microorganismos aún es un proceso económicamente más costoso que la producción de plásticos a partir de derivados del petróleo, ya que requiere, además del cultivo de microorganismos, la extracción y purificación de los polímeros por medio de disolventes, aunque no precisan de ningún proceso de polimerización adicional.

Muchos de los problemas que plantea la producción de bioplásticos a partir de microorganismos se están intentando minimizar con técnicas de ingeniería genética. Por ejemplo, la empresa Carbios, productora de polímeros, ha conseguido que los microbios con los que operan produzcan PLA directamente, sin procesos adicionales. Respecto a los PHA, los investigadores se centran en la introducción de genes de biosíntesis de PHA de una cepa productora en una cepa no productora pero que es capaz de usar fuentes de carbono renovables eficientemente. También se está estudiando la producción metabólica de PHA en plantas modificadas genéticamente. La idea es comercialmente atractiva, ya que las plantas podrían ser los candidatos más económicos al producir una mayor cantidad de biomasa, sin embargo, dependiendo del enfoque que se le dé podría competir con los recursos destinados a la alimentación.

También se están planteando otras alternativas curiosas al uso de plásticos, por ejemplo, las botellas de agua hechas con agar de algas, diseñadas por Ari Jónsson, un estudiante de la Academia de las Artes de Islandia. El agar es una sustancia muy utilizada en la industria, especialmente en la alimentaria, ya que se usa como gelificante en la elaboración de muchos productos. También es muy frecuente su utilización en laboratorios para hacer medios de cultivo. Estas botellas necesitan contener líquido para mantener su forma, por lo que, cuando quedan vacías comienzan a descomponerse. Además, otras ventajas de este invento es que se mantiene frío a pesar de que haga calor y es totalmente comestible.

Estados de degradación de una botella hecha con agar (Fuente: https://www.fastcompany.com/3058190/you-can-eat-this-algae-based-water-bottle-when-youre-done-with-your-drink) 

En conclusión, los bioplásticos biodegradables son una tecnología emergente con buenas perspectivas para sustituir a los plásticos tradicionales cuyo tiempo de uso es relativamente corto. Sin embargo, aún se precisa de más investigación respecto al tema, lo que se traduce en destinar más recursos para terminar de desarrollar este tipo de biotecnología. Por otro lado, no podemos olvidar que siempre es necesario tener hábitos sostenibles y tratar de ser consumidores responsables, así como que las empresas introduzcan estos productos biodegradables en sus cadenas de producción y así reducir la contaminación actual de plásticos.

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“Vivimos en una sociedad desechable. Es mil veces más fácil tirar cosas que arreglarlas”.

Neil LaBute, cineasta, dramaturgo y guionista estadounidense.