Andrés F. Cabrera Cabrera
Técnicas Energéticas
1er Cuatrimestre 2017 2017
BIOPLÁSTICOS
1. Contexto El plástico es la tercera aplicación del petróleo más usada en el mundo, y al año consumimos consum imos 200 millones de toneladas toneladas en el planeta. Proviene de fuente no renovable renovable (petróleo), es c ontaminante y no biodegradable biodegradable (puede tardar hasta más m ás de 1.000 1.000 años en descomponerse). Además, Además, uno de los principale principaless problemas problemas del plástico conven convencional, cional, lo constituyen constituyen las emisiones de efecto invernadero que se producen como resultado de su fabricación. Por cada tonelada de PET que se fabrica, se librean 3,5 toneladas de CO2 a la atmósfera. Si es PET reciclado, entonces se reduce a 1,7 toneladas de CO2. Uno de los peores es el nylon, que por cada tonelada, libera 9,1 toneladas de CO2. Un plástico Biobasado, como puede ser el PLA, emite entre 0,8 y 3,2 toneladas menos de dióxido dióxido de carbono por tonelada que un plástico plástic o derivado derivado del petróleo.
2. El prefijo BIO y sus dos significados: Biodegradable – Biobasados 2.1. Plásticos Biodegradables Los plásticos plástic os biodegradable biodegradabless constan exclusivamente de polímeros polímeros y aditivos aditivos biodegradables. biodegradables. Está demostrado que unas unas bacterias especiales es peciales y sus enzimas transforman transform an los plásticos plástic os biodegradables biodegradables en biomasa, CO2 CO 2 o metano, agua y minerales, después de que antes se hayan fragmentado intensamente las macromoléculas por otros mecanismos de degradación. Biodegradable es el producto o sustancia sus tancia que puede descomponerse desc omponerse en los elementos químicos que lo conforman, debido a la acción de agentes biológicos, como plantas, animales, microorganismos y hongos, bajo condiciones ambientales naturales. Siguiendo esta definición, cualquier producto es biodegradable, biodegradable, pero lo realmente importante para medio m edio ambiente es el tiempo en el que este material se degrada. Aquí entra otro concepto muy importante, la “compostabilidad”. Se considera “compostable” aquel material que puede
biodegradarse biodegradarse por acción microbiológica mic robiológica en un un corto período período de tiempo y sin dejar residuos visibles ni tóxicos. Una de las normativas más importantes que regulan 1
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la compostabilidad es la europea EN-13432, que delimita su definición así como los procedimientos para determinarla. Para que un plástico pueda catalogarse en Europa como compostable , debe descomponerse en fragmentos menores de 2 mm, en condiciones claramente definidas, después de 12 semanas como máximo, en un 90% como mínimo. Sólo de este modo se garantiza el funcionamiento económico y sin averías de una instalación de compostaje. Los plásticos biodegradables no se fabrican obligatoriamente con materias primas renovables; también pueden producirse con petróleo. Por lo tanto, la biodegradabilidad no depende de la materia prima, sino de la estructura química de un plástico. Son ejemplos de polímeros biodegradables la polilactida (PLA), llamada también ácidos polilácticos, polihidroxialcanoato (PHA), derivados de celulosa o almidón. 2.2. Plásticos Biobasados Por el contrario, los plásticos biobasados son de materias primas renovables, naturales. Sin embargo, no son obligatoriamente también biodegradables. El adjetivo "Biobasado“ sólo indica que los átomos de carbono de las cadenas de moléculas se toman de la naturaleza actual, por lo que son "bio“. Actualmente, se
obtienen plásticos biobasados de diferentes hidratos de carbono como azúcar, almidón, proteína, celulosa, lignina, biograsas o aceites.
Los polímeros Biobasados son, entre otros, ácido poliláctico (PLA), polihidroxibutirato (PHB), derivados de celulosa (CA, CAB) y derivados de almidón, pero también, por ejemplo biopolietileno (PE). Este último se obtiene totalmente de caña de azúcar brasileña, tiene las características de un polietileno normal, pero no es biodegradable. Entre los polímeros Biobasados parcialmente, como mínimo, pero no biodegradables, se cuentan también los plásticos normales reforzados con fibras naturales, así como las nuevas poliamidas y los nuevos poliuretanos. 3. Capacidad de producción global Desde 2010, los índices de crecimiento de los plásticos biodegradables han superado considerablemente a los de los plásticos biobasados. En el año 2013, las asociaciones europeas vinculadas al sector previeron que a pesar de un crecimiento constante, en 2016 la producción total de bioplásticos fuese todavía de una séptima parte, aproximadamente. En la actualidad se observa una tendencia a que la mayor parte de los bioplásticos sean de tipo biobasados, y no biodegradables.
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4. Tipos de Bioplásticos: Según su origen Según la materia prima utilizada para la producción, los podemos clasificar en:
Polímeros a partir de biomasa (polisacáridos y proteínas) como el almidón, celulosa, caseína y gluten Polímeros a partir de síntesis química utilizando monómeros obtenidos a partir de recursos naturales como Bio-poliester y el ácido poliláctico (PLA) Polímeros obtenidos a partir de microorganismos como el PHA y PHB
5. Algunos Ejemplos: 5.1. Almidón Termoplástico (TPS): El almidón es un polímero de glucosa formado por dos polímeros: la amilasa y la amilopectina. La plastificación del almidón se obtiene por la disrupción estructural que resulta de una disminución de los cristales durante el proceso de extrusión y la acción de plastificantes (glicerina, sorbitol, xilitol, entre otros) emergiendo un nuevo tipo de material conocido como almidón termoplástico. Sin embargo, el plástico a base de almidón tiene algunos inconvenientes, incluida la baja estabilidad a largo plazo causados por la sensibilidad a la humedad y pobres propiedades mecánicas. Estos problemas se han reducido realizando mezclas de este bioplásticos con plásticos biodegradables y de origen petroquímico. 5.2. Celulosa: Actualmente, la celulosa es utilizada en la industria de los polímeros en combinación con otros materiales. Su principal característica es aumentar la hidrofobicidad y mejorar las propiedades mecánicas, además de aumentar la biodegradabilidad. En algunas ocasiones la celulosa es mezclada con almidón para aumentar las propiedades hidrofóbicas, mecánicas, la permeabilidad de gases y la resistencia al agua. Así mismo mediante la modificación química de la celulosa se pueden obtener polímeros como el celofán, acetato de celulosa y éter de celulosa. En general los bioplásticos obtenidos a partir de celulosa ya sea pura o en mezclas se utiliza para:
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5.3. Ácido Poliláctico (PLA): El Ácido Polilactico proviene la polimerización del Ácido Láctico. La producción de este biopolímero empieza con el almidón el cual generalmente se extrae del maíz o la papa, luego los microorganismos pertenecientes a los géneros Lactobacillus lo transforman en una molécula más pequeña de ácido láctico (monómero), la cual es la materia prima que se polimeriza formando el PLA. El PLA se caracteriza por sus buenas propiedades mecánicas, actualmente se utiliza para la elaboración de vasos, copas, láminas y como envase de alimentos. También ha sido utilizado en aplicaciones biomédicas. Además, el PLA está ampliamente difundido en el uso para la impresión 3D, comercializándose en estos casos en forma de filamento. La gran difusión de esta tecnología de manufactura aditiva.
5.4. POLIAMIDA 11 La poliamida 11 es un polímero que a pesar de provenir de recursos naturales no es biodegradable, al igual que los bio-poliésters como el bio-PET o bio-PE. La poliamida 11 o nylon 11 proviene de la degradación del aceite de castor. Dentro de sus propiedades destacan resistencia al agua y temperaturas altas por lo que es utilizado en cables eléctricos y en la industria automotriz.
5.5. Bio Polietileno (BIO-PE) Este es un bioplástico de estructura y características idénticas al PE de origen fósil. En este caso, se obtiene mediante la polimerización del etileno obtenido del BioEtanol. Las características son 100% similares, incluso tampoco son biodegradables. Esto facilitó su difusión y aceptación en el mercado ya que se trata de una materia prima ya conocida y utilizada, más allá de lo novedoso de su origen.
6. Perspectiva Como se pudo ver a lo largo del informe, existe una amplia variedad de materiales “Bio” ya sea por su origen, o por su capacidad de biodegradarse.
El aumento en la severidad de las normas que limitan tanto las emisiones de gases como la capacidad de un material de compostarse, hizo que la industria plástica 4
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comience a mirar ocn mayor interés a este tipo de polímeros. Por ejemplo, en la edición 2017 de BrasilPlast y ChinaPlast, dos de las ferias más importantes internacionalmente del sector plástico, han dado un importante lugar a la difusión de estos nuevos materiales. Esto da muestra que la investigación básica y aplicada para el desarrollo y mejoramiento de estos biomateriales, en conjunto con un trabajo legislativo a nivel internacional permitirá el desarrollo de tecnologías para la producción de bioplásticos, lo cual lo hará cada vez menos costoso y con ello motivará su uso dentro de las diferentes industrias. Bibliografía The carbon footprint of everything - Mike Berners-Lee http://www.k-online.com http://www.cultivarsalud.com/vida-y-hogar-eco/bioplastico-pros-y-contras/ http://www.european-plastics.org/
http://ifbb.wp.hs-hannover.de http://www.bioworks.es/cat/noticies/compostable-vs-biodegradable-una-gran-diferencia/
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