Utilizamos plásticos en casi todos los aspectos de nuestra vida. Estos materiales son baratos de fabricar e increíblemente estables. El problema viene cuando terminamos de usar algo de plástico: puede persistir en el medio ambiente durante años. Con el tiempo, el plástico se descompone en fragmentos más pequeños, llamados microplásticos, que pueden plantear importantes problemas medioambientales y sanitarios.
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 cubo de compostaje doméstico. Estos bioplásticos se fabrican a partir de células pulverizadas de cianobacterias verdeazuladas, también conocidas como espirulina. En la imagen, Mallory Parker, estudiante de doctorado en ciencia e ingeniería de materiales de la UW, sostiene un cubo de bioplástico fabricado con espirulina.
La mejor solución sería utilizar plásticos de origen biológico que se biodegraden, pero muchos de estos bioplásticos no están diseñados para degradarse en condiciones de compostaje doméstico. Deben procesarse 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 cubo de compostaje doméstico. Estos bioplásticos se fabrican íntegramente a partir de células pulverizadas de cianobacterias verdeazuladas, también conocidas como espirulina. El equipo utilizó calor y presión para dar diversas formas al polvo de espirulina, la misma técnica de procesamiento que se emplea para crear plásticos convencionales. Los bioplásticos del equipo de la UW tienen propiedades mecánicas comparables a los plásticos de un solo uso derivados del petróleo.
«Estábamos motivados para crear bioplásticos que fueran a la vez bioderivados y biodegradables en nuestros patios traseros, a la vez que 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, utilizando únicamente espirulina, no sólo tienen un perfil de degradación similar al de los residuos orgánicos, sino que también son, de media, 10 veces más fuertes y rígidos que los bioplásticos de espirulina de los que se había informado anteriormente. Estas propiedades abren nuevas posibilidades para la aplicación práctica de plásticos a base de espirulina en diversas industrias, incluidos los envases desechables de alimentos o los plásticos domésticos, como botellas o bandejas.»
Los investigadores optaron por utilizar espirulina para fabricar sus bioplásticos por varias razones. En primer lugar, puede cultivarse a gran escala porque la gente ya la utiliza para diversos alimentos y cosméticos. Además, las células de espirulina capturan dióxido de carbono a medida que crecen, lo que hace de esta biomasa una materia prima neutra en carbono, o potencialmente negativa, para los plásticos.
«La espirulina también tiene unas propiedades ignífugas únicas», afirma el autor principal, Hareesh Iyer, estudiante de doctorado en ciencia e ingeniería de materiales de la UW. «Cuando se expone al fuego, se autoextingue al instante, a diferencia de muchos plásticos tradicionales, que arden o se funden. Esta característica de resistencia al fuego hace que los plásticos a base de espirulina resulten ventajosos para aplicaciones en las que los plásticos tradicionales pueden no ser adecuados debido a su inflamabilidad. Un ejemplo podrían ser los bastidores de plástico de los centros de datos, porque los sistemas que se utilizan para mantener fríos los servidores pueden calentarse mucho.»
La creación de productos de plástico suele implicar un proceso que utiliza calor y presión para darle 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», explica Roumeli. «Hemos eliminado una de las barreras habituales entre el laboratorio y el escalado para satisfacer la demanda industrial». Por ejemplo, muchos bioplásticos se fabrican a partir de moléculas extraídas de la biomasa, como las algas, y mezcladas con modificadores de rendimiento antes de moldearlas en láminas. Este proceso requiere que los materiales estén en forma de solución antes del colado, y esto no es escalable».
Otros investigadores han utilizado espirulina para crear bioplásticos, pero los de los investigadores de la UW son mucho más resistentes y rígidos que los intentos anteriores. El equipo de la UW optimizó la microestructura y la unión de estos bioplásticos alterando sus condiciones de procesado -como la temperatura, la presión y el tiempo en el extrusor o la prensa caliente- y estudiando las propiedades estructurales de los materiales resultantes, incluida su resistencia, rigidez y dureza.
Estos bioplásticos aún no están listos para su uso industrial. Por ejemplo, aunque son resistentes, siguen siendo bastante quebradizos. Otro problema es que son sensibles al agua. «No queremos que llueva sobre estos materiales», afirma Iyer.
El equipo está resolviendo estos problemas y sigue estudiando los principios fundamentales que determinan el comportamiento de estos materiales. Los investigadores esperan diseñar para distintas situaciones, creando un surtido de bioplásticos. Esto sería similar a la variedad de plásticos derivados del petróleo existentes. Los nuevos materiales también son reciclables.
«La biodegradación no es nuestro escenario preferido de fin de vida», afirma Roumeli. «Nuestros bioplásticos de espirulina son reciclables mediante reciclado mecánico, que es muy accesible. Sin embargo, la gente no suele reciclar los plásticos, así que es una ventaja añadida que nuestros bioplásticos se degraden rápidamente en el medio ambiente.»
Los coautores de este trabajo son los estudiantes de doctorado en ciencia e ingeniería de materiales de la UW Ian Campbell y Mallory Parker; Paul Grandgeorge, becario postdoctoral en ciencia e ingeniería de materiales de la UW; Andrew Jiménez, que completó este trabajo como becario postdoctoral en ciencia e ingeniería de materiales de la UW y ahora trabaja en Intel; Michael Holden, estudiante de máster de la UW en ciencia e ingeniería de materiales; Mathangi Venkatesh, estudiante de licenciatura de la UW en ingeniería química; Marissa Nelsen, que realizó este trabajo como estudiante de licenciatura de la UW en biología; y Bichlien Nguyen, investigador principal de Microsoft. Esta investigación ha sido financiada por Microsoft, Meta y la National Science Foundation.
