TAZ-PFC-2012-137


Plásticos biodegradables

Oliva Civera, Gabriel
García Nieto, Lucía (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2012
Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente department, Ingeniería Química area

Ingeniero Técnico Industrial (Esp. Química Industrial)

Abstract: Este proyecto surgió a raíz de la aprobación por parte del gobierno de la nueva Ley de Residuos, aprobada el 14 de Julio de 2011 por el Congreso, y que establece que a partir de 2018 dejarán de distribuirse bolsas de plástico de un solo uso y que serán sustituidas por bolsas de plástico biodegradable. El principal objetivo de este proyecto es dar luz y aclarar los siguientes puntos: 1º Con qué tipo de polímeros biodegradables (BPL), contamos actualmente en el mercado, qué propiedades tienen y en qué sectores industriales pueden tener aplicación y ser sustitutos de los plásticos procedentes del petróleo (PDP). Así como hacia dónde están encaminadas las investigaciones y qué podemos esperar de estos polímeros para el futuro. 2º Valorar los principales aspectos económicos que pueden influir sobre los BPL a la hora de conseguir un hueco en el mercado actual de polímeros. Aspectos tales como, si tienen un precio capaz de competir con los plásticos clásicos, o la oferta y demanda global de dichos materiales biodegradables. 3º Tratar de descubrir si detrás del uso de plásticos biodegradables hay realmente un claro beneficio ecológico, o si la ventaja de estos materiales queda limitada a su bajo impacto ambiental al final de su vida útil. Para todo esto, lo primero que se ha hecho es hacer un pequeño estudio sobre los polímeros actuales. Mostrando los orígenes del plástico, y cómo se desarrollaron los comienzos de estos materiales, desde el celuloide de Wesley Hyatt. Seguidamente, tras exponer brevemente las principales propiedades de los plásticos, se ha procedido a realizar un repaso a la clasificación de los actuales polímeros, en base a distintos aspectos. Según el origen del monómero base, donde solo hay dos divisiones, bien sean de origen natural, principalmente de origen vegetal, o si son monómeros que tienen origen en productos elaborados por el hombre, principalmente derivados del petróleo. Según su comportamiento frente al calor, se encuentran tres grupos. Los termoplástico, cuya principal característica es que a temperatura ambiente es plástico o deformable, se derrite a un líquido cuando es calentado y se endurece en un estado vítreo cuando es suficientemente enfriado. Los termoestables o termofijos, materiales que una vez que han sufrido el proceso de calentamiento-fusión y formación-solidificación, se convierten en materiales rígidos que no vuelven a fundirse. Y finalmente los elastómeros, materiales capaces de deformarse de manera notable por efecto de esfuerzos de cierta consideración, recuperando, además su forma inicial tan pronto cesan de ejercerse dichos esfuerzos. También pueden clasificarse los polímeros por su reacción de síntesis, bien sean, polímeros de adición, son el resultado de la reorganización de enlaces que se produce entre ellos, e implican siempre la ruptura o apertura de una unión del monómero para permitir la formación de una cadena. O polímeros de condensación, en una reacción de condensación dos moléculas se combinan con la formación y pérdida de otra molécula pequeña como agua. Y por último polímeros formados por etapas, en la formación de dichos polímeros, la cadena va creciendo gradualmente mientras haya monómeros disponibles, añadiendo un monómero cada vez. La última clasificación los divide según sea su estructura molecular. Amorfos, en los que las moléculas no presentan ningún tipo de orden; semicristalinos, que tienen zonas con cierto tipo de orden junto con zonas amorfas; y los cristalinos, que presentan un orden concreto. Después de esto, ya que la principal característica de los polímeros biodegradables, es su impacto ambiental es mínimo al degradarse, llegado el fin de su vida, se ha hecho un pequeño estudio, de cómo es el final de la vida de los plásticos que utilizamos, tanto de los biodegradables como de los que tienen otro tipo de comportamiento al degradarse, para poder comparar mejor las dos opciones. Como se ha visto, además de los plásticos BPL, los materiales biodegradables desarrollan una descomposición aeróbica o anaeróbica por la acción enzimática de microorganismos bajo condiciones normales del medio ambiente; también están los fotodegradables, que por la acción de los rayos ultravioleta pierden resistencia y se fragmentan en partículas muy pequeñas; oxodegradables, que desarrollan la descomposición vía un proceso de etapas múltiples usando aditivos químicos para iniciar la degradación; los compostables, que desarrollan una descomposición biológica (compostaje) para producir dióxido de carbono, agua, compuestos inorgánicos y biomasa, y no dejar residuos tóxicos visibles ó distinguibles; solubles en agua, son materiales que se solubilizan en presencia de agua y luego se biodegradan mediante la acción de los microorganismos; y finalmente los biodesintegrables, que son materiales compuestos que están constituidos por una mezcla de una parte orgánica biodegradable y por otra con polietileno, polipropileno y sus copolímeros. Junto con la degradación de los polímeros, también se ha hecho hincapié en este trabajo en un aspecto tan importante como es hoy en día el reciclaje, que es actualmente la mejor salida para reducir la contaminación que producen los plásticos convencionales. Ya que las otras dos alternativas utilizadas hoy en día para que acaben sus días los plásticos, tienen un alto coste medioambiental, bien sea acabando en un vertedero junto a basura convencional, o mediante la valorización energética en alguna incineradora, con graves emisiones a la atmosfera. Pero el reciclaje también trae consigo otros problemas y dificultades, sobre todo la hora de separar los distintos materiales poliméricos para que vuelvan a entrar en el mercado perdiendo lo mínimo posible sus características originales. También se ha introducido un punto donde se comenta la nueva ley de residuos, así como algunas normativas que introducen herramientas de medición de la biodegradación, que era necesario exponer para entender mejor el último apartado de este trabajo. Seguidamente se ha procedido a describir los BPL, mas importantes que se pueden encontrar hoy en día. Comenzando por los polisacáridos, donde se halla un nutrido grupo de polímeros, siendo los más conocidos el almidón, y la celulosa, aunque sea por otro tipo de usos y no como posibles sustitutos de los PDP. Dentro de los polisacáridos también se encuentra el dextrano, pectina, quitina, lignina, gelano, xantano y pululano. Todos ellos comparten como característica principal, que sus cadenas están en su gran mayoría formadas por monómeros de glucosa. El siguiente BPL que se ha presentado son los polímeros de acido poliláctico (PLA), que pese a que proviene del almidón que es un polisacárido, se trata a parte, ya que su monómero no es la glucosa, si no el acido láctico, con una estructura molecular similar a los productos de origen petroquímico, que se unen entre sí para formar el PLA. El cual han mostrado propiedades físico-mecánicas excelentes, comparables con las que brindan los plásticos convencionales. Es uno de los plásticos biodegradables actualmente más estudiados, y con mayor proyección de mercado, tanto en su uso en embalajes o bolsas de plástico, como en usos tan innovadores como la informática, impresoras, radios e incluso CDs. Se trata a continuación otros BPL, los polihidroxialcanoatos (PHA). Son polímeros naturales producidos por bacterias. Las bacterias que los producen los usan como material de reserva que puede ser utilizado posteriormente, bajo condiciones de limitación de nutrientes, para mantener su metabolismo. La cantidad de polímero producido y acumulado depende de la especie de bacteria y de las condiciones en las que se cultiva. Por ser biodegradables, por sus propiedades físicas semejantes a las de los plásticos derivados del petróleo (ya que estos polímeros presentan propiedades que van desde plásticos rígidos y quebradizos, hasta los semejantes al hule) los PHA han atraído considerablemente la atención. Se han encontrado aplicaciones diversas para los PHA a partir de que el Biopol se comercializó en 1982, sobre todo en agricultura, donde su faceta de material compostable hace que pueda integrarse y desecharse con los residuos orgánicos producidos por esta actividad. También es muy interesante el metacrilato biológico, principalmente por dos razones. Primera que es un perfecto sustituto del policarbonato (PC) o del poliestireno (PS), que tienen un amplio uso en el mercado. Y segundo porque destaca frente a otros plásticos transparentes en cuanto a resistencia a la intemperie, transparencia y resistencia al rayado. Aun que su principal desventaja es que es el hermano más joven de los BPL, y todavía no ha entrado en el mercado, encontrándose tanto su producción a nivel industrial como sus propiedades, en fase de investigación. Finalmente se cita la policaprolactona (PCL). El PCL puede ser preparado mediante cualquier polimerización de apertura del anillo de la ε-caprolactona, es un polímetro hidrofóbico y semicristalino, su cristalinidad tiende a disminuir con el aumento del peso molecular. La buena solubilidad del PCL, su bajo punto de fusión (59-64 ºC) y su excepcional compatibilidad de mezclas, ha estimulado una extensa investigación de sus posibles aplicaciones en el campo de la biomedicina. A diferencia de los otros BPL que se han tratado en este trabajo, la gran aportación de del PCL, va mas allá de poder sustituir a los PDP clásicos, ya que su faceta de biodegradabilidad queda eclipsada por su biocompatibilidad, propiedad que hace posible su integración en la producción en diversos campos biomédicos. Después de ver en qué punto se encuentran actualmente los BPL, contestando así a la primera de las cuestiones planteadas, se ha procedido a intentar dilucidar la segunda de las dudas que se había marcado como objetivo: ¿Pueden competir realmente los BPL en el mercado actualmente? Para ello, se ha hecho un breve estudio, donde se han analizado los principales aspectos económicos que afectan a dicha incorporación al mercado: oferta, demanda y precio. En lo que a la oferta se refiere, en la actualidad, los fabricantes de plásticos de todo el mundo están orientando su desarrollo a utilizar materiales hechos de materias primas renovables en lugar de fósiles. El sector de envases y embalajes, el de mayor ámbito de aplicación de los plásticos, ha experimentado un fuerte crecimiento en los últimos tiempos. Se observa que la mayor parte de estos envases y embalajes denominados “ecológicos” se utilizan para alimentos frescos como fruta y verdura y para productos higiénicos. Algunos de los factores a considerar para un buen desarrollo del mercado de los BPL, es aplicar una eficaz estrategia de marketing y estrategias de comercialización. En el lado opuesto, el de la demanda, el envasado de los alimentos es el sector con mayor crecimiento dentro de los envases de plástico, junto con los envases de bebidas, que representan aproximadamente más de la mitad del mercado de los plásticos en todo el mundo. Si bien muchos de los productos de plástico de consumo están diseñados para una vida útil relativamente larga, en el caso del envasado del plástico para alimentos va a ser rápidamente desechado, y es aquí donde los plásticos biodegradables pueden encontrar un nicho de mercado para sus productos. Aunque la demanda actual es escasa, se ha visto que la tendencia es al alza, y que hay distintos factores, bien sobre los envasadores o bien sobre los consumidores que anuncian un crecimiento mayor de cara al futuro. Por último está el precio, el aspecto más importante y que condiciona en gran medida los dos anteriores. En este punto se ha explicado cómo ha sido la progresión de los precios de los BPL, y cuáles son los factores que pueden influir en éste a medio y largo plazo. A pesar de que la investigación en este campo sigue avanzando, y cada día se desarrollan nuevas tecnologías y procesos de producción que hace disminuir el precio de los PBL, también disminuye el precio de los plásticos clásicos derivados del petróleo, o se desarrollan otros que mantienen las mismas propiedades y con un precio más bajo. Además este tipo de materiales tiene una de sus principales desventajas, a la hora de disminuir su precio, que en su gran mayoría provienen de recursos que compiten en el sector alimentario, dejando limitado su producción a desechos y cultivos residuales, dejando los principales para la alimentación humana. Como punto final de este trabajo se ha intentado investigar sobre la última cuestión propuesta como objetivo: ¿hay detrás de estos productos biodegradables, un beneficio ecológico real? Ya que si bien en el aspecto económico no pueden competir, ese hecho puede ser minimizado, si realmente el uso de los plásticos biodegradables supone un gran beneficio ecológico, y puede mejorar el medio ambiente o minimizar el daño que se le hace a la naturaleza por el hecho de usar plásticos derivados del petróleo. Para ello, se ha expuesto en este trabajo un estudio realizado por la Universidad Pompeu Fabra de Barcelona, donde se compara el impacto que tienen sobre el medio ambiente el uso de distintos tipos de bolsas de la compra. En dicho estudio se expone no solo el impacto que tienen dichas bolsas sobe la naturaleza, una vez que ha acabado su vida útil, sino el impacto global, desde su producción hasta su destrucción. Y lo mismo, para distintas opciones de envase alimenticio, en este caso la leche. Dicho estudio aporta datos aclaradores sobre la producción de opciones biodegradables. Por ejemplo la bolsa de plástico Mater-Bi, que una vez en la basura, tendrá un bajo impacto ambiental, comparada con su homóloga de PEAD. Pero para su producción, se ha consumido más del doble de agua y contribuye al calentamiento global en un 60%, esto, pese a que el consumo energético sea casi la mitad. Mientras que en la competición por los envases de leche los resultados dejan en peor lugar al plástico biodegradable. Ya que el PLA consume un 70% más de energía y los equivalentes en CO2, son casi el doble que los de un envase de PEAD.

Tipo de Trabajo Académico: Proyecto Fin de Carrera

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