Usamos plásticos en casi todos los aspectos de nuestras vidas. Estos materiales son baratos de fabricar e increíblemente estables.
por Sarah McQuate, Universidad de Washington
El problema surge cuando terminamos de usar algo de plástico: puede persistir en el medio ambiente durante años. Con el tiempo, el plástico se descompondrá en fragmentos más pequeños, llamados microplásticos, que pueden plantear importantes problemas ambientales y de salud.
En el mejor de los casos, la solución sería usar plásticos de base biológica que se biodegraden, pero muchos de esos bioplásticos no están diseñados para degradarse en condiciones de compostaje en el jardín. Deben ser procesados en instalaciones comerciales de compostaje, que no son accesibles en todas las regiones del país.
Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Washington ha desarrollado nuevos bioplásticos que se degradan en la misma escala de tiempo que una cáscara de plátano en un contenedor de abono en el jardín. Estos bioplásticos están hechos completamente de células de cianobacterias azul-verdes en polvo, también conocidas como espirulina. El equipo usó calor y presión para moldear el polvo de espirulina en varias formas, la misma técnica de procesamiento utilizada para crear plásticos convencionales. Los bioplásticos del equipo de la UW tienen propiedades mecánicas comparables a las de los plásticos derivados del petróleo de un solo uso .
El equipo publicó estos hallazgos el 20 de junio en Advanced Functional Materials .
«Estábamos motivados para crear bioplásticos que sean tanto bioderivados como biodegradables en nuestros patios traseros, mientras que también sean procesables, escalables y reciclables», dijo la autora principal Eleftheria Roumeli, profesora asistente de ciencia e ingeniería de materiales de la UW .
«Los bioplásticos que hemos desarrollado, usando solo espirulina, no solo tienen un perfil de degradación similar al de los desechos orgánicos, sino que también son en promedio 10 veces más fuertes y rígidos que los bioplásticos de espirulina informados anteriormente. Estas propiedades abren nuevas posibilidades para la aplicación práctica de la espirulina. a base de plásticos en diversas industrias, incluidos los envases desechables para alimentos o los plásticos domésticos, como botellas o bandejas».
Los investigadores optaron por usar espirulina para fabricar sus bioplásticos por varias razones. En primer lugar, se puede cultivar a gran escala porque la gente ya lo usa para diversos alimentos y cosméticos. Además, las células de espirulina secuestran dióxido de carbono a medida que crecen, lo que convierte a esta biomasa en una materia prima para plásticos neutra en carbono o potencialmente negativa en carbono.
«La espirulina también tiene propiedades únicas de resistencia al fuego», dijo el autor principal Hareesh Iyer, estudiante de doctorado en ciencia e ingeniería de materiales de la UW.
«Cuando se expone al fuego, se autoextingue instantáneamente, a diferencia de muchos plásticos tradicionales que se queman o se derriten. Esta característica resistente al fuego hace que los plásticos a base de espirulina sean ventajosos para aplicaciones en las que los plásticos tradicionales pueden no ser adecuados debido a su inflamabilidad. Un ejemplo podría ser bastidores de plástico en los centros de datos porque los sistemas que se utilizan para mantener los servidores frescos pueden calentarse mucho».
La creación de productos de plástico a menudo implica un proceso que utiliza calor y presión para moldear el plástico en la forma deseada. El equipo de la UW adoptó un enfoque similar con sus bioplásticos.
«Esto significa que no tendríamos que rediseñar las líneas de fabricación desde cero si quisiéramos utilizar nuestros materiales a escala industrial», dijo Roumeli. «Hemos eliminado una de las barreras comunes entre el laboratorio y la ampliación para satisfacer la demanda industrial. Por ejemplo, muchos bioplásticos están hechos de moléculas que se extraen de la biomasa, como las algas, y se mezclan con modificadores de rendimiento antes de convertirse en películas. Este proceso requiere que los materiales estén en forma de una solución antes de la fundición, y esto no es escalable».
Otros investigadores han usado espirulina para crear bioplásticos, pero los bioplásticos de los investigadores de la UW son mucho más fuertes y rígidos que los intentos anteriores. El equipo de UW optimizó la microestructura y la unión dentro de estos bioplásticos alterando sus condiciones de procesamiento, como la temperatura, la presión y el tiempo en la extrusora o la prensa en caliente, y estudiando las propiedades estructurales de los materiales resultantes, incluida su resistencia, rigidez y tenacidad.
Estos bioplásticos aún no están listos para escalarse para uso industrial. Por ejemplo, si bien estos materiales son fuertes, todavía son bastante frágiles. Otro desafío es que son sensibles al agua.
«No querrás que llueva sobre estos materiales», dijo Iyer.
El equipo está abordando estos problemas y continúa estudiando los principios fundamentales que dictan cómo se comportan estos materiales. Los investigadores esperan diseñar para diferentes situaciones, mediante la creación de una variedad de bioplásticos. Esto sería similar a la variedad de plásticos a base de petróleo existentes.
Los materiales recientemente desarrollados también son reciclables.
«La biodegradación no es nuestro escenario preferido para el final de la vida», dijo Roumeli. «Nuestros bioplásticos de espirulina son reciclables a través del reciclaje mecánico, que es muy accesible. Sin embargo, la gente no suele reciclar plásticos, por lo que es una ventaja adicional que nuestros bioplásticos se degradan rápidamente en el medio ambiente».
Más información: Hareesh Iyer et al, Fabricación de bioplásticos fuertes y rígidos a partir de células enteras de espirulina, Materiales funcionales avanzados (2023). DOI: 10.1002/adfm.202302067
