Primer plástico que ha demostrado no crear microplásticos

Por Paul McClure
22 de marzo de 2024

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Un plástico de origen vegetal biodegradado casi por completo en menos de siete meses

Incluso cuando se muele en micropartículas, el 97% de un plástico a base de algas se biodegrada en abono y agua en menos de siete meses, según informó un nuevo estudio. Los investigadores esperan que su plástico eventualmente reemplace a los existentes a base de petróleo, que han causado preocupación por sus efectos sobre la salud y el medio ambiente.

En los últimos años, se ha hablado mucho (e investigado) sobre los microplásticos, los fragmentos diminutos y casi indestructibles que se desprenden de los productos plásticos cotidianos. Gran parte de esa investigación se ha centrado en idear formas de recolectar y eliminar microplásticos del medio ambiente para prevenir los problemas de salud que pueden causar.

En un nuevo estudio, investigadores de la Universidad de California en San Diego (UC San Diego) y la empresa de ciencia de materiales Algenesis han atacado el problema desde otro ángulo, desarrollando un polímero de origen vegetal que se biodegrada, incluso cuando se muele hasta convertirlo en un microplástico. en menos de siete meses.

“Recién estamos empezando a comprender las implicaciones de los microplásticos”, dijo Michael Burkart, profesor de química y bioquímica en UC San Diego, cofundador de Algenesis y uno de los autores del estudio. “Estamos tratando de encontrar reemplazos para los materiales que ya existen y asegurarnos de que estos reemplazos se biodegraden al final de su vida útil en lugar de acumularse en el medio ambiente. Eso no es fácil”.

La biodegradación es el proceso mediante el cual los microbios descomponen los polímeros en moléculas más simples. Requiere que el polímero contenga enlaces químicos que sean físicamente accesibles para las enzimas que degradan el plástico que producen los microbios y que esos microbios puedan consumir las moléculas liberadas por la descomposición del polímero. Nota: todos los plásticos son polímeros, pero no todos los polímeros son plásticos.

“Cuando creamos por primera vez estos polímeros a base de algas hace unos seis años, nuestra intención siempre fue que fueran completamente biodegradables”, dijo Robert Pomeroy, también profesor de química y bioquímica, cofundador de Algenesis y autor del estudio. “Teníamos muchos datos que sugerían que nuestro material estaba desapareciendo en el abono, pero esta es la primera vez que lo medimos a nivel de micropartículas”.

Hace años, un proyecto de Pomeroy, Burkart y el profesor de biología molecular Stephen Mayfield para convertir algas en combustible se transformó en una búsqueda para desarrollar poliuretano biodegradable de alto rendimiento. Dado que los plásticos provienen del petróleo, y el petróleo proviene de las algas (después de todo, es solo aceite de algas fósiles), ¿los investigadores se propusieron fabricar plásticos directamente a partir del aceite de algas? El polímero resultante a base de algas, llamado TPU-FC1, se utilizó para crear los primeros zapatos biodegradables del mundo. Pomeroy incluso escribió un libro sobre su material a base de algas.

Para el estudio actual, los investigadores utilizaron una lijadora de banda equipada con papel de lija de grano 80 para generar microplásticos de diversos materiales, incluido el TPU-FC1. Se utilizaron diferentes lijadoras de banda en cada material para evitar la contaminación cruzada. Utilizaron diferentes medidas para probar si los microbios estaban digiriendo los microplásticos.

Primero, los microplásticos se colocaron en abono, que naturalmente contiene microbios, en las mismas condiciones que existirían en un abono casero. Después de 90 días, el examen de las muestras de compost mostró una disminución del 68 % en las micropartículas de TPU-FC1, mientras que la cantidad de micropartículas de EVA prácticamente no cambió. Después de 200 días, el recuento de partículas de microplásticos en la muestra de TPU-FC1 mostró una reducción general del 97 % con respecto al recuento inicial (el recuento de EVA no cambió).

Los recuentos de partículas de microplásticos a base de petróleo (EVA) y vegetales (TPU-FC1) muestran que, con el tiempo, los EVA prácticamente no muestran biodegradación, mientras que los TPU han desaparecido en su mayoría hacia el día 200.

Se utilizó un conjunto paralelo de muestras con microplásticos y compost idénticos para rastrear los niveles de dióxido de carbono (CO2), medidos con un respirómetro. Cuando los microbios descomponen el abono, liberan el gas. Las muestras exclusivamente de celulosa sirvieron como control interno para monitorear la “evolución de CO2” de fondo, una medición de la actividad microbiana en un compost. La celulosa alcanzó una evolución del 75% de CO2 en 45 días, lo que indica que el compost era suficientemente activo. Como se esperaba de un material no biodegradable, las micropartículas de EVA no mostraron desprendimiento de CO2 durante el experimento de 200 días. Los microplásticos TPU-FC1 mostraron una biodegradación significativa, alcanzando una evolución de CO2 del 76 % en el plazo de 200 días. Así, la respirometría confirmó la biodegradabilidad del TPU-FC1 y demostró que un resultado de esa biodegradación era la conversión del carbono de los microplásticos en CO2.

Dado que los plásticos no son solubles en agua y flotan, se pueden retirar fácilmente de la superficie del agua, por lo que a continuación el equipo probó los microplásticos agregándolos al agua. A intervalos de 90y 200 días, se recuperó casi el 100% de los microplásticos EVA, es decir, ninguno se había biodegradado. Por el contrario, después de 90 días, solo se recuperó el 32 % de las micropartículas de TPU-FC1, y después de 200 días, solo se recuperó el 3 %, lo que indica que el 97 % se había biodegradado.

El análisis químico del plástico a base de algas detectó la presencia de los monómeros utilizados para fabricar el plástico, lo que indica que el polímero se había descompuesto en sus materiales vegetales de partida. Análisis adicionales identificaron bacterias capaces de utilizar TPU-FC1 como fuente de carbono y confirmaron que podían descomponerlo.

“Este material es el primer plástico que se ha demostrado que no crea microplásticos mientras lo usamos”, dijo Stephen Mayfield, otro de los autores del estudio. “Esto es más que una simple solución sostenible para el final del ciclo de vida del producto y nuestros abarrotados vertederos. En realidad, se trata de plástico que no nos va a enfermar”.

Crear plástico biodegradable utilizando equipos de fabricación convencionales ha sido un desafío, pero Algenesis está avanzando. La empresa se ha asociado con Trelleborg para producir tejidos recubiertos y con RhinoShield para producir fundas para teléfonos móviles.

“Cuando comenzamos este trabajo, nos dijeron que era imposible”, dijo Burkart. “Ahora vemos una realidad diferente. Hay mucho trabajo por hacer, pero queremos dar esperanza a la gente. Es posible.”

El estudio fue publicado en la revista Scientific Reports.

Fuente: Universidad de California en San Diego