Al entrar en el año 2022, una de las principales preocupaciones a nivel mundial es el cambio climático. Hoy en día está ampliamente aceptado que uno de los mayores contribuyentes al cambio climático adverso es la quema de combustibles fósiles – la quema de combustibles fósiles como el carbón o el petróleo provoca la liberación de grandes cantidades de dióxido de carbono a la atmósfera, lo que atrapa el calor y causa el calentamiento global.
Los plásticos, un material presente en todas partes, desde bolsas de la compra hasta parachoques de coches e incluso ropa, se fabrican tradicionalmente con polímeros sintéticos derivados del petróleo. Los componentes básicos de estos polímeros se obtienen directamente del refinado del petróleo crudo o se sintetizan a partir de productos de refinado. Se estima que los procesos de fabricación de plástico consumen entre el 8 y el 10 % del suministro mundial de petróleo, y se prevé que esta cifra se duplique para 2040.
La producción de productos petroquímicos y plásticos tradicionales sigue dependiendo totalmente del petróleo, un recurso no renovable que se está agotando rápidamente en el planeta Tierra. Por tanto, el problema de los plásticos es múltiple: la producción de plástico estándar debe cesar eventualmente debido a la disminución de los recursos; este método de producción daña nuestro ecosistema y muchos productos plásticos no son reutilizables, lo que genera cantidades extraordinarias de residuos y causa daños adicionales al no ser eliminados o reciclados adecuadamente.
Cualquier persona puede reducir su «huella ecológica» y ayudar al medio ambiente evitando los plásticos de un solo uso y desechables, reduciendo los residuos de envases y reciclando de forma responsable. Los fabricantes pueden mejorar igualmente su «huella ecológica» eligiendo una fuente alternativa al petróleo para desarrollar plásticos, lo que implica seleccionar biopolímeros en lugar de sus homólogos sintéticos.
Aunque el término «biopolímero» se utiliza a veces para describir polímeros biodegradables o biocompatibles (independientemente de su origen), en este blog lo utilizamos para referirnos únicamente a los polímeros de origen biológico, es decir, polímeros creados a partir de biomasa. Se generan a partir de fuentes renovables que, además, fijan el CO2 de la atmósfera y reducen las emisiones de gases de efecto invernadero. Muchos biopolímeros son también biodegradables, lo que proporciona una mayor flexibilidad a la hora de eliminar los productos fabricados con ellos y facilita su reciclaje.
Tipos de biopolímeros
Existen tres clases principales de biopolímeros, diferenciadas por su origen y método de producción:
- Clase A: Polímeros naturales obtenidos directamente de la biomasa, como el almidón, la celulosa, las proteínas, los aminoácidos y sus derivados
- Clase B: Polímeros biosintetizados mediante microorganismos y plantas, o preparados directamente a partir de monómeros predominantemente biosintetizados, como los polihidroxialcanoatos (PHA) y el ácido poliláctico (PLA)
- Clase C: Polímeros convencionales derivados del petróleo preparados a partir de monómeros alternativos de origen biológico, como el polietileno y el tereftalato de polietileno (PET)
Cada clase de biopolímero es adecuada para diferentes aplicaciones comerciales, ya sea en materiales de envasado, agricultura o biomateriales para cirugía:
- Los polímeros de las clases A y B son todos biodegradables y casi todos de base biológica, pero tienen propiedades inferiores a las de los plásticos derivados del petróleo, por lo que a menudo se utilizan en combinación con cargas de refuerzo o modificadores de impacto
- Los polímeros de clase C son estructuralmente similares a los plásticos derivados del petróleo, pero en su mayoría no son biodegradables y, por tanto, comparten los mismos problemas de eliminación y reciclaje
El desafío para una mayor adopción de los biopolímeros es el coste. Las iniciativas destinadas a mejorar el rendimiento de la fermentación y la eficiencia, o a integrar la producción de biopolímeros en plantas de fabricación de alimentos o instalaciones con flujos de residuos orgánicos, intentan mitigar los elevados costes de fabricación, pero este sigue siendo un obstáculo clave.
¿Para qué se utilizan actualmente los biopolímeros?
Los bioplásticos comerciales se han utilizado principalmente en el envasado (Tabla 1). El almidón y el PLA son los bioplásticos más fabricados, probablemente debido a sus menores costes. Los PHA, por otro lado, tienen costes de producción elevados y, por tanto, se han fabricado en cantidades mucho menores.
Tabla 1. Producción y aplicaciones de los principales biopolímeros comerciales
La tendencia de moda: PlantBottle™ de Coca-Cola
La innovación sostenible en biopolímeros lleva décadas desarrollándose entre bastidores, pero estos avances rara vez son noticia o se hacen públicos hasta que las grandes empresas anuncian un nuevo producto.
En el verano de 2015, The Coca-Cola Company presentó su envase PlantBottle™, la primera botella de plástico del mundo fabricada íntegramente con recursos renovables. Estas botellas tienen el mismo aspecto, funcionalidad y capacidad de reciclaje que las de plástico tradicional, pero su impacto en el planeta es significativamente menor al no utilizar petróleo. Anuncios como este son alentadores para el desarrollo continuo de los biopolímeros y su adopción en productos de consumo masivo en todo el mundo.
Mitos y realidades sobre los biopolímeros
La percepción pública de los biopolímeros también es fundamental para la implementación generalizada de estos productos; aunque los grandes beneficios de estas alternativas sostenibles a los plásticos tradicionales son ampliamente reconocidos, también han sido objeto de críticas. Algunas de estas críticas han surgido, como es lógico, de malentendidos o confusiones, pero otras han sido totalmente inesperadas. La Tabla 2 recoge nuestra opinión sobre algunos de los temas más debatidos.
Tabla 2. Mitos y realidades sobre los biopolímeros.
PBAT = adipato tereftalato de polibutileno; PBS = succinato de polibutileno; PLA = ácido poliláctico.
El panorama de la investigación en biopolímeros
La investigación en biopolímeros ha sido tendencia en los últimos años y fue elegida como una de las diez principales tecnologías emergentes de 2019. La investigación y la innovación que han conducido a ello se han desarrollado durante las dos últimas décadas, como se observa en la CAS Content Collection™ (Figura 1), respondiendo constantemente a las fluctuaciones de los precios del petróleo y al impulso general por aumentar la sostenibilidad y combatir el cambio climático. El volumen tanto de publicaciones en revistas como de patentes comenzó a aumentar lentamente al principio, pero se aceleró al mismo ritmo a partir de 2009 aproximadamente. Alrededor de 2014, el crecimiento del volumen de publicaciones de patentes se ralentizó considerablemente, en contraste con el fuerte aumento del número de publicaciones en revistas hasta 2020.
Dado que los biopolímeros se desarrollan principalmente como alternativas renovables a los plásticos de origen fósil, un aumento sustancial de los precios de estos últimos incrementaría la competitividad de los biopolímeros, además de fomentar el entusiasmo y la confianza entre investigadores e inventores. Los precios del plástico están estrechamente ligados a los del petróleo, que experimentaron un crecimiento sustancial desde mediados de la década de 2000 y un pico agudo sin precedentes en 2008, lo que podría explicar el punto de inflexión, especialmente visible en la curva del número de publicaciones de patentes alrededor de 2008. Los precios del petróleo se desplomaron después de 2014, lo que volvió a encarecer relativamente los biopolímeros, desincentivando presumiblemente a los inventores y provocando que el volumen de publicaciones de patentes se estabilizara ese mismo año.
Lea nuestro informe CAS Insights para obtener más información sobre las ventajas, limitaciones y popularidad de las diferentes clases de biopolímeros, y cómo ha cambiado el interés en investigación y desarrollo por estas alternativas al plástico tradicional en las dos últimas décadas.
