ESQUEMA DEL PROYECTO DE TESIS
I.
GENERALIDADES
Título:
1.
Obtención de bioplástico a base de la cáscara del plátano Autores:
2.
Velasco Huallanca Fatima Lourdes Asesor:
3.
Ing. Roberto Simón Seminario Sanz
Tipo de investigación:
4.
Experimental exploratorio
Línea de investigación:
5.
Problemática de Gestión Pública a nivel Regional y local.
Localidad:
6.
Departamento: Piura; Provincia: Sullana; Distrito: Sullana
Duración de la investigación:
7.
I
NICIO: 09/ 09/ 16 TÉRMINO: 09/ 11/ 16
CAPITULO I EL PROBLEMA PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ANTECENTES DE LA INVESTIGACIÓN Después de que en 1926 el microbiólogo Maurice Lemoigne científico del Instituto Pasteur de Francia, descubriera que la bacteria Bacillus megaterium podía producir polihidroxialcanato (PHA), componente que ayuda a reducir la dependencia del petróleo y la vez la contaminación ambiental, se generó investigaciones con respecto a esta bacteria logrando que en la actualidad se conozcan alrededor de trescientas bacterias que producen polihidroxialcanato. En los años 70 se generó la primera crisis del petróleo, en la que el precio del combustible creció mucho, debido a este contexto crucial las investigaciones florecieron sobre los polihidroxialcanoatos (PHA), la cual hizo que la empresa ICI (Imperial Chemical Industries) desarrollara un proceso para producir a escala industrial un bioplástico que se comercializó bajo el nombre de “Biopol”, este se producía utilizando la bacteria Ralstonia eutropha cultivada en un
medio con glucosa y propionato como fuentes de carbono. A pesar de su costo relativamente elevado, el “Biopol” fue utilizado en varias aplicaciones en algunos países como Alemania. A fines del siglo XX el precio del “Biopol” disminuyó por lo que decayó el interés por
PHA. En los últimos años además de la caída del petróleo, se ha tomado conciencia con respecto a la escasez futura de este recurso, por lo que se ha buscado otros medios como alternativas para producir plásticos. No obstante, hay que precisar que los plásticos biodegradables pueden proceder del petróleo y no deben confundirse con los bioplástico. María Auxiliadora Prieto, científica titular del departamento de Microbiología Molecular del Centro de Investigación Biológicas, perteneciente al Consejo Superior de Investigación Científica concede en la ciudad de Madrid, España. 2005, explica que desde el punto de vista biotecnológico, un bioplástico es “un plástico de origen natural producido por un organismo vivo
y con carácter biodegradables, sintetizado a partir de fuentes de energía renovables, por lo que apenas produce contaminación”.
SITUACIÓN DEL CONFLICTO Tras analizar los nuevos recursos para producir bioplástico, consideramos que el residuo frutal en este caso el banano es de gran importancia para la producción. El banano (Musa paradisiaca), esta fruta que es consumida de una forma abundante y su cascara no es utilizada como materia prima para la producción de otros productos. A pesar que estamos viviendo en el año 2016, la concepción del plástico a nivel industrial sigue dependiendo del petróleo
CAUSAS Y CONSECUENCIAS CAUSAS
Consumo masivo de materiales plásticos a base de derivados de petróleo.
Poco conocimiento sobre el potencial que poseen los residuos de materia prima renovable.
La cáscara de banano no tiene un uso potencial prácticamente se desperdicia.
Salvo el racimo de la fruta que es usada para la alimentación y del uso incipiente de las láminas fibrosas del tallo, el resto de la planta se corta y se bota para nutrir al suelo.
Baja considerable del precio del petróleo.
CONSECUENCIAS
Problema de contaminación que cada día se acrecienta en el mundo.
Utilización de sustancias derivados del petróleo.
Los desechos orgánicos corresponden a un 75% de la basura de Guayaquil.
La cáscara del banano no tiene valor comercial.
Mayor demanda de petróleo para plástico.
DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA La cáscara de banano no tiene un uso potencial, prácticamente se desperdicia y es un contaminante ambiental por la descomposición orgánica. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Gestar una lámina de bioplástico a base de desechos orgánicos del banano específicamente la cascara, para disminuir la dependencia de petróleo. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA Utilizar la cascara de banano para crear bioplástico, aprovechando sus desperdicios para contrarrestar la contaminación por la degradación orgánica que se genera. EVALUACIÓN DEL PROBLEMA Relevante: Es relevante por la obtención de una lámina de bioplástico a partir de una fuente no
petrolera, la cascara de banano, el conocimiento de la utilidad de la cascara del banano y las diferentes formas de poder sustentarlo. (Desecho de la producción de banano no produce costo.) Original:
Rompe el modelo del plástico gestado a partir del petróleo por la innovación
productiva.
Claro: Obtención
de bioplástico a base de diferentes materiales orgánicos, tal caso del banano
como materia prima. Factibilidad:
Usamos un fruto de producción anual, que se cultiva en bastas superficies del
trópico ecuatoriano, que es el banano. Identificar productos esperados: Laminas
de bioplástico resistentes, reciclable, ayuda reducir
la contaminación ambiental. Variable independiente: Materia prima para la
elaboración de lámina de bioplástico: la cáscara
de banana. Variables dependientes:
El uso de la lámina
El color.
OBJETIVOS General
Elaborar una lámina de bioplástico a base de cascara de banano. (Fuente no petrolera)
Específicos
Aplicar en el ámbito de la ingeniería el uso de materiales orgánicos.
Determinar usos potenciales de bioplástico.
Contribuir con nuevas estrategias para reducir la demanda del plástico convencional.
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA La obtención de bioplástico a partir de materiales orgánicos tiene un enorme potencial a futuro debido a su aporte ecológico y aprovechamiento de recursos naturales en vez de derivados del petróleo. La explotación del petróleo recurso natural que es utilizado para la elaboración de materia prima como es el plástico, este conducen inevitablemente al deterioro gradual del ambiente que afecta en forma directa al suelo, agua, aire, y a la fauna y la flora. Estudios revelan que el plástico tarda cientos de años en descomponerse en el medio ambiente hasta 1.000 años aproximadamente según el tipo de plástico, utilizar este material tan duradero es un error catastrófico a nivel global, lo cual ocasiona un gran daño. Debito a esta problemática nos hemos propuesto crear plástico que se desintegre fácilmente al ecosistema en el que vivimos, este a su vez tiene cualidades similares al plástico derivado del petróleo como su resistencia, eficacia entre otras de ahí surge la necesidad de la creación del bioplástico el cual se desintegra fácilmente al ambiente, debido a que está elaborado
por material orgánico, y este no es perjudicial para el ambiente. Existe una tendencia mundial a valorar la innovación y el emprendiendo, inclusive en nuestro país existe apoyo gubernamental para los emprendedores.
CAPITULO II MARCO TEORICO Fundamentación histórico Durante las últimas décadas el mundo se ha beneficiado de un material sin igual, versátil, flexible, resistente y barato como ningún otro, el plástico con él se continúa fabricando la mayoría de los objetos que nos rodea, desde los electrodomésticos hasta ropa, gafas o muebles. Sin duda alguna, esto podría cambiar e igualmente resistentes y versátiles son los bioplástico de origen 100 % natural y degradable que lleva a contrarrestar el uso del fósil cuyo combustible es utilizado para la fabricación del plástico convencional provocando la contaminación al medio ambiente. Al surgir el bioplástico aplicando diferentes técnicas en nuestro proyecto reutilizando desechos orgánicos, a partir de la cascara del banano, cuyo fin es contrarrestar la contaminación provocada por su desintegración. Según (Martínez, 2010) se encontró que las cascaras de plátano son unos de los principales contaminantes de ríos. Aunque en un futuro el precio del bioplástico será mayor, comparado con el sintético. Logrará equilibrarse debido al aumento del petróleo y cuyo fin habrá demanda paulatinamente desarrollando así productos menos nocivos y que fomenten el ahorro de energía, recursos y de consumo responsable, además sus ventajas en el futuro es prometedor lo que se reflejara en solucionar el problema de impactos ambientales y además en aumentos de ganancia. Según (Benoit de Guillebon, 2011) sin embargo el cambio climático, el final de una economía basada en el petróleo, la escasez de recursos, el impacto sobre la biodiversidad son los nuevos criterios de análisis que debe utilizar cada responsable, ya sea público o privado, en su toma de decisiones a medio y largo plazo.
Fundamentación teórico Bioplástico Los bioplástico son plástico de origen natural producido por un organismo vivo y con carácter biodegradable, sintetizado a partir de energía renovable, por lo que apenas produce contaminación. Son producidos a partir de recursos renovables de origen natural, como el almidón o la celulosa. La ventaja que ofrece los bioplástico preserva fuentes de energía no renovable como lo es el petróleo disminuyendo el problema cada vez más difícil del manejo del desecho. Tipos de bioplásticos
Bioplásticos procedentes total o parcialmente de fuentes renovables
Tanto los bioplásticos cuyos monómeros proceden de la biomasa (almidón y celulosa), como aquellos cuyos monómeros son producidos mediante la fermentación de recursos renovables, aunque el proceso de polimerización posterior sea por vía química convencional.
Polímeros biodegradables sintéticos (no procedentes de fuentes renovables)
Proceden de la polimerización de monómeros obtenidos de fuentes fósiles. Por su estructura son biodegradables según la norma EN 13432 para biodegradabilidad y compostaje de envases. Ejemplo de este tipo de materiales lo constituyen Poliésteres alifáticos y alifáticos aromático el Alcohol Polivinílico y los poliésteres amidas.
Bioplásticos sintetizados por vía biotecnológica
Existen dos vías biotecnológicas para la producción de bioplásticos. El primero consiste en la obtención biotecnológica de los monómeros y polimerización posterior por vía química. Otra vía es la síntesis integral de los bioplásticos mediante procedimientos biotecnológicos, fundamentalmente por fermentación microbiana, aunque se están contemplando a más largo plazo otras tecnologías basadas en la utilización de plantas genéticamente modificadas. Un ejemplo son los Polihidroxialoanatos (PHA). (Remar, 2011)
Banano La planta de banano crece en las más variadas condiciones de suelo y clima para lo cual es necesario que los suelos sean aptos en textura y el clima ideal es tropical húmedo, en temperaturas a 18.5°C para que no se retarde su crecimiento. El banano es una fruta que se consigue todo el año, con grandes propiedades nutritivas que aportan una buena cantidad de carbohidratos y fibras además contiene mucho potasio, magnesio y ácido fólico. El uso más común del banano es como fruta dulce que se come cruda la fruta también se utiliza para elaborar bebidas alcohólicas o harina, secando y moliendo la fruta seca además variedades hechas jugo u hojuelas. Se cultivan bananos en más de 150 países, los cuales producen 105 millones aproximadamente al año, se cree que existen casi 1000 variedades de banano en el mundo subdivididos en 50 grupos, la variedad más popular es la conocida como “Cavendish” que se produce para los mercados de exportación. (Inversiones., 2013) Cáscara del banano Cerca del 95% de los residuos que se generan del plátano no son aprovechados eficientemente por el cultivador, ya que su producción la enfoca en la comercialización o como opción alimenticia para el hogar, por lo que después de usar el fruto destina lo restante a abono para la cosecha o como basura orgánica en el caso de los hogares. Según el PhD en Química y docente de la UN, Carlos Ariel Cardona Álzate, estos residuos no ayudan a la nutrición del suelo, sino que impactan negativamente el medio ambiente: " Al generar el crecimiento de diversos microorganismos en zonas donde no deberían crecer, se pueden afectar otros cultivos, obstruir cañadas, acumular agua y formar hongos en lugares inadecuados" . (AGRONEGOCIOSPERU, 2011) Composición química de la cáscara del banano Uno de los residuos frutales a analizar en este proyecto y que se produce de gran importancia en nuestro país, es derivado del banano. Existen dos tipos de especies de esta fruta, el banano de exportación Cavendish Valery y de consumo interno. También es importante resaltar que debido al contenido de almidón en la cáscara 12.78 g por cada 100 g de cáscara húmeda y en base seca del 39.89% (JOHN F. MONSALVE G., 2006), es posible obtener de él un bioplástico mediante métodos químicos, térmicos y mecánicos o domésticos. Asimismo, se pueden fabricar copolímeros tan flexibles como el polietileno o tan rígidos como el poliestireno (Remar, 2011). Por lo tanto, es factible hacer esfuerzos para el desarrollo de este tipo de aplicaciones complementarias a la del bioetanol, con el fin de organizar una biorrefinería a partir de la cáscara de banano.
Usos potenciales de la cáscara del banano Unos de los usos potenciales es la obtención de celulosa así, la industria platanera produce una gran cantidad de residuos vegetales, ya que de la planta solamente se aprovecha el fruto, teniendo que disponer de las demás partes de la planta: pseudotallo, hojas y pinzote o raquis. Debido a que estos materiales están constituidos por fibras lignocelulósicas, se podrían utilizar como materia prima para la obtención de celulosa (Cordeiro N., 2004) o en la obtención de materiales compuestos (Gañán P., 2004) con lo que se les proporcionaría un valor agregado a dichos residuos. Aunque se han realizado estudios para la obtención de celulosa a partir de residuos del banano (Cordeiro N., 2004), los procesos utilizados en estos trabajos, para la obtención de celulosa, son muy similares a los usados en la industria papelera, los cuales están dis eñados para materiales con alto contenido de lignina. El objetivo de producir estos alimentos ya sea como materia prima que por su alto contenido de fibra puedan servir como alimentos para el ser humano están en usar su residuo cáscara para la obtención de materiales compuestos con valor agregado en nuestro proyecto será la obtención de una lámina de bioplástico a base de la cáscara del banano y dándole variedad al compuesto. Elaboración del bioplástico En el presente proyecto a través de una revisión bibliográfica se analizará las diferentes formas de como gestar un bioplástico (Javier López G., 2014), (Ruth Castillo, 2015) a partir de desechos orgánicos a su vez comparar los diferentes métodos que se emplea a la realización de dicho producto. Con este estudio adoptaremos a emplear de una forma más conveniente y de fácil realización en los hogares volviéndolo algo doméstico. Fundamentación legal Mi investigación está sustentada en el PLAN NACIONAL DEL BUEN VIVIR, cuyo objetivo 7 radica en garantizar derechos de la naturaleza, específicamente en la parte de Patrimonio Hídrico, el estado debe garantizar el derecho y sobretodo la calidad del agua, al ser la cáscara de plátano un factor para la contaminación de la misma. Otro fundamento del Objetivo 7 también radica en la contaminación ambiental, según la encuesta de gasto e inversión privada en protección ambiental, casi un 80% de las empresas no presenta gastos a favor de esta misma, al ser la industria bananera e industrias relacionadas con el banano como la producción de cartones y fertilizantes el 60% de las industrias en el PERU y el 97% de la fruta que exporta el Perú es el banano, se debe tomar en cuenta esta industria al ser un posible factor contaminante en el Perú.
Definición de términos Alifático: Compuesto orgánico que es de cadena abierta. Almidón: Sustancia blanca, inodora, insípida, granulada o en polvo, que abunda en otras feculentas, como la papa o los cereales; se emplea en la industria alimentaria, textil y papelera. Biodegradables: Que puede descomponerse en elementos químicos naturales por la acción de agentes biológicos, como el sol, el agua, las bacterias, las plantas o los animales. Biodiversidad: Diversidad de especies vegetales y animales que viven en un espacio determinado. Biomasa: Cantidad de productos obtenidos por fotosíntesis, susceptibles de ser transformados en combustible útil. Bioplásticos: Se denomina bioplástico a un tipo de plásticos derivados de productos vegetales, tales como el aceite de soja, el maíz o la fécula de patata, a diferencia de los plásticos convencionales, derivados del petróleo. Biotecnología: Tecnología aplicada a los procesos biológicos Celulosa: Sustancia sólida, blanca, amorfa, inodora y sin sabor, e insoluble en agua, alcohol y éter, que constituye la membrana celular de muchos hongos y vegetales; se emplea en la fabricación de papel, tejidos. Combustible fósil: Combustible que procede de la descomposición natural de la materia orgánica a lo largo de millones de años. Copolímeros: Un copolímero es una macromolécula compuesta por dos o más monómeros o unidades repetitivas distintas, que se pueden unir de diferentes formas por medio de enlaces químicos. Fermentación: Proceso bioquímico por el que una sustancia orgánica se transforma en otra, generalmente más simple, por la acción de un fermento. Fólico: Que pertenece a las vitaminas del grupo B, presente en la espinaca, el hígado y otros alimentos. Lignocelulosas: La lignocelulosa es el principal componente de la pared celular de las plantas, esta biomasa producida por la fotosíntesis es la fuente de carbono renovable más prometedora para solucionar los problemas actuales de energía. Microorganismos: Un microorganismo, también llamado microbio, es un ser vivo que solo puede visualizarse con el microscopio
Monómeros: Es una molécula de pequeña masa molecular que está unida a otros monómeros, formando macromoléculas llamadas polímeros. Petróleo: Sustancia compuesta por una mezcla de hidrocarburos, de color oscuro y olor fuerte , de color negro y más ligera que el agua, que se encuentra en estado natural. Poliésteres: Resina plástica que se obtiene mediante una reacción química y que es muy resistente a la humedad y a los productos químicos Polietileno:
Polímero
preparado
a
partir
de
etileno.
Polihidroxialcanoatos:
Los
polihidroxialcanoatos (PHA) son biopoliésteres sintetizados intracelularmente por algunos microorganismos como reserva de carbono y energía que, una vez extraídos de la célula, presentan propiedades físicas similares a plásticos derivados del petróleo. Polimerización: Proceso mediante el cual las moléculas simples, iguales o diferentes, reaccionan entre sí por adición o condensación y forman otras moléculas de peso doble, triple, etc. Polivinílico: Material sintético relacionado del polivinilo Polivinilo: Material sintético obtenido por polimerización del vinilo que se emplea en la fabricación de tejidos y como revestimiento en cables, tubos o mangueras. Renovables: el verbo renovar está vinculado a reemplazar algo, poner de nuevo, transformar o restablecer algo que se había interrumpido. Sintéticos: Son elementos radiactivos, es decir inestables, con vidas medias cortas.
