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APR D.D. Cornell –“Pursuing the perfect biodegradable additive”. February 2012
EN BUSCA DEL ADITIVO BIODEGRADABLE PERFECTO.
SI EL DINERO, EL TIEMPO Y EL CONOCIMIENTO NO SON OBJECIÓN, ¿QUE SE
NECESITARÍA PARA DISEÑAR UN ADITIVO BIODEGRADABLE QUE SE INTEGRE
PLENAMENTE AL RECICLADO DE PLASTICOS? UN EXAMEN MINUCIOSO DE ESTE
PRODUCTO IDEAL RESALTA MUCHOS DE LOS PROBLEMAS A LOS QUE SE
ENFRENTAN LOS ADITIVOS BIODEGRADABLES MODERNOS. POR DAVE CORNELL.
Supongamos que un día decidimos diseñar el aditivo biodegradable perfecto para los plásticos commodities más comunes en la actualidad. O sea que no se trata de crear un plástico nuevo que reemplace a los existentes, sino de modificar a los plásticos actuales de gran volumen. ¿Cómo hacemos eso?
Primero, veamos cuales son las reglas. La Comisión Federal de Comercio de
Estados Unidos (Federal Trade Commission FTC) define degradabilidad como “que
un producto o empaque se autodestruya y se reintegre a la naturaleza dentro de
un período razonablemente corto después de haber sido desechado como residuo”.
En los Estados Unidos, los rellenos sanitarios son los principales destinos de los desechos. La FTC propone que se defina el período corto, como de un año. O sea que ya sabemos lo que se tiene que hacer. En un relleno sanitario, el plástico se debe convertir todo a bióxido de carbono, o metano, en un lapso de 12 meses.
Segundo, investiguemos en la literatura. La adición de partículas de almidón termoplástico al polietileno, resulta según la literatura, en algo parecido a un queso Suizo, agujeros aparecen en una película conforme el almidón era digerido, pero no hubo mucha degradación del plástico. Esto no cumple con el requisito de la definición de destruirse totalmente.
Tengamos presente de que un empaque debe permanecer con sus propiedades intactas durante toda su vida útil. Aún empaques con vida útil corta, por ejemplo, una botella de agua, pueden tener un largo período de almacenaje, antes de ser utilizadas. O sea que tenemos que ser cuidadosos de que nuestro aditivo degradante no empiece su acción degradante demasiado pronto. Esto hace que los aditivos de degradación catalítica un problema. Uno tendría que poder adivinar y, poder controlar, cuando el aditivo no debe de operar y luego, cuando deben de empezar a funcionar. No está tan fácil. Si un aditivo catalítico oxo-degradante es utilizado, el ciclo de vida del producto debe ser determinado de antemano con precisión para que el empaque no falle de manera prematura y que después desaparezca completamente en 12 meses de terminar de ser utilizado. Además si
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el mecanismo de degradación involucra al oxígeno, como en los oxo-degradantes, el destinar al residuo de empaque a un ambiente anaeróbico en un relleno sanitario, ahí se detendría toda degradación.
O sea que un sistema de aditivos que requiera de mecanismos de disparo y de retardado es un problema.
Volvamos a la literatura. Un poco más de búsqueda nos enseña que la biodegradación no es un proceso simple, de un solo paso y que las superficies de plásticos nuevos, repelen al agua y en general no soportan microbios. La exposición al aire y a la luz ultravioleta puede modificar a la superficie del plástico y volverla hidrofílica. Algunos aditivos está contando con tal exposición para poder iniciar un proceso de degradación. Pero, no podemos estar seguros de que todas las aplicaciones tendrán la misma exposición y se desempeñarán de la misma manera, para cumplir con la meta de degradación total en 12 meses. Hasta ahora no hay un candidato perfecto.
Entonces tenemos los enfoques que dicen que promueven la formación de una biopelícula. Usualmente el problema es retardar las biopelículas. Pero puede ser que los proponentes de la promoción de la biopelícula estén en un camino correcto. Si ignoramos el hecho de que promover la formación de una biopelícula, puede interferir con la función del uso original del empaque, necesitamos entonces ver que hay en la literatura científica sobre bacterias que devoran plásticos.
Existen microbios que pueden degradar algunos plásticos. Penicillium frequentans, bacillus mycoides, brevibacillus borstenlensis y otros microbios, han demostrado tener un apetito por al menos el polietileno de baja densidad. Los microbios que atacan al plástico, son encontrados en la tierra. Entonces nos tenemos que preguntar, si los microbios que atacan a los plásticos, lo hacen en cualquier tipo de suelo. Basado en 60 años de experiencia con estos plásticos comunes, la respuesta es no. Es bien sabido que plástico que ha estado sepultado durante muchos años, puede ser recuperado sin verse mucho peor que al ser desechado. Las bacterias en el suelo no son uniformes. Las bacterias en el laboratorio pueden, según se sabe, ser inducida a atacar a los polímeros y la analogía natural es condicionar a las bacterias en el relleno sanitario. Pero esto a la vez nos lleva a hacernos la siguiente pregunta: ¿Existen en cada relleno sanitario los microbios que atacan a los plásticos? Esta es una pregunta clave porque, si diseñamos un aditivo que promueva las biopelículas de microbios que atacan al plástico y, esos microbios están en lugares en los que queremos que el plástico dure, habremos creado un problema.
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que lo hagan. Sabemos que esos aditivos fragmentan a ciertos plásticos, pero no necesariamente a todos los plásticos y, dichos fragmentos puedan o no biodegradarse. Sabemos que hay bacterias en los suelos que pueden ser condicionadas para degradar plásticos. Se nos dice que la formación de biopelícula puede incrementar la acción de dichas bacterias, pero no sabemos todavía si la experiencia en el mundo real, replicará los resultados obtenidos en laboratorio. Las pruebas estándar de laboratorio siempre tendrán un problema para igualar las condiciones tan variantes en el mundo real de los rellenos sanitarios. La creación de biopelícula, podría en efecto crear una capa protectora en el plástico, en vez de un ambiente de degradación. Llegar a conocer la plenamente el funcionamiento de todas las bacterias, necesariamente va a tomar mucho tiempo y dinero. Además estamos seguros de que las bacterias no están distribuidas uniformemente y rara vez se comportan tal como se les ordena. Y, aún cuando encontremos a los microbios adecuados, ¿empezarán a actuar tan pronto como queremos? La evidencia es que bacterias anaeróbicas de laboratorio crecen con lentitud, probablemente más lento que lo que desearíamos para la destrucción de macro moléculas.
Empezamos esta búsqueda un día, con la noción preconcebida de que degradar los plásticos es una buena idea. Tal vez es momento de revisar esa idea.
La descripción generalmente aceptada de biodegradación es la generación de bióxido de carbono o bien de metano. Si podemos liberar el carbono de un pedazo de papel, de una plantación de árboles de rápido crecimiento, en la forma de bióxido de carbono, podremos decir que estamos siendo “neutrales en carbono” porque los átomos de carbón que se convirtieron en celulosa, se convirtieron en bióxido de carbono de nuevo, relativamente rápido. Si el carbono hubiera sido secuestrado bajo tierra para tiempo sin límite, al liberarlo al ambiente como bióxido representa un incremento neto en la contabilidad actual de gases de invernadero.
¿Qué pasa entonces con el reciclado?
Parece como si la cuestión fuera tener de un lado un montón de plásticos para reciclar y por otro lado otro montón de plásticos que nunca serán reciclados. Pero desafortunadamente así no es como funciona el mundo del reciclado. Los plásticos que abundan y se identifican fácilmente, se separan para ser reciclados. Conforme los sistemas de recolección incluyen a más plásticos y los sistemas de reciclado se vuelven más sofisticados, son más los productos plásticos que son reciclados. La recolección no es perfecta ni funciona uniformemente en todos los lugares, por lo
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que hay siempre productos que podrían ser reciclados, pero que terminan en un relleno sanitario. Esto pasa con cualquier material desde latas de aluminio hasta baterías de plomo. Nadie puede saber al fabricar una botella de plástico, si esta va a ser reciclada o enterrada en un relleno. Por ello, el aditivo degradable que buscamos debe ser compatible con el reciclado.
¿Qué significa “compatible”?
El plástico conteniendo aditivos degradantes debe de poder ser procesado igual que el plástico sin aditivo y, de desempeñarse en su aplicación destinada de la misma manera que lo hace el plástico sin aditivo. Procesar se refiere tanto al proceso de recuperación y de fabricación para una nueva aplicación. Dado que el plástico conteniendo nuestro aditivo fue usado para hacer un producto una vez, probablemente pueda volverse a hacer. Poder probar esto es necesario para demostrar compatibilidad del aditivo, pero no suficiente. El poder desempeñarse sin restricciones en su nueva vida y dar el servicio para el cual fue creado, implica que sepamos en que aplicación acabarán los plásticos al reciclarse. La respuesta rápida es que lo harán en cualquier aplicación en la que se podía utilizar el plástico originalmente. Así que tendremos que ver que aplicaciones finales en las que se involucren los mecanismos de degradación.
Los aditivos degradables que tienen mecanismos de arranque pueden representar un problema en productos de larga vida útil y expuestos a la luz y calor y, con un área superficial grande. El uso para textiles y alfombras se vuelve un problema. Productos químicos para el hogar, que se guardan durante largo tiempo, podrían empezar a escurrir de contenedores que se empiezan a degradar. Aditivos degradables que involucran bacterias del suelo, presentarían problemas en aplicaciones en las que hay contacto con la tierra. Nuestro aditivo degradable perfecto tiene que lograr una degradación rápida en rellenos sanitarios, pero permanecer inactivo durante 20, 50 o hasta 100 años de contacto con la tierra.
¿Es posible identificar empaques conteniendo el aditivo degradable para separarlos?
En teoría, si. En la práctica, no es tan fácil. Una vez que un producto entra en la corriente de reciclado, se empieza a incurrir en costos. Aun cuando los recicladores pudieran identificar y separar envases con nuestro aditivo, han incurrido en un costo y querrán pasarnos la cuenta. Dado que nuestro aditivo, al igual que todos los demás, son diferentes unos de otros, no hay método simple para identificar que envases tienen y cuáles no tienen el aditivo. Los recicladores queriendo evitarse problemas, probablemente excluyan categorías completas de envases que
