Plásticos oxo-biodegradables vs. Plásticos biodegradables: ¿cuál es el camino? Ing. Hello Castellón, Ejecutivo de Servicios Técnicos Corporación Americana de Resinas, CORAMER, C. A. [email protected] Introducción Los materiales plásticos son sin duda maravillosos. Son creación del hombre. Se trata de polímeros, es decir, macromoléculas, que tienen excelentes propiedades: flexibles, duraderos, livianos, versátiles, no se oxidan y son de bajo costo. Pero al ser materiales artificiales, no existen mecanismos en la naturaleza para su rápida degradación, lo cual constituye una importante desventaja a la hora de su disposición final. Por esa misma circunstancia los materiales plásticos también forman parte de otra historia muy actual. Veamos la siguiente información. En este comienzo del siglo XXI, la producción de basura se ha convertido en un problema de difícil manejo para las autoridades y en un generador de muchos inconvenientes para las comunidades de las ciudades y también del campo. El aumento desproporcionado en la generación de desechos sólidos está asociado a tres factores claves: • crecimiento de las grandes ciudades (población), • práctica de un estilo de vida consumista y alejado de la conservación del medio ambiente (cultura) y • mejora en el poder adquisitivo de diversos estratos sociales en muchos países (economía). La generación de desechos y los problemas asociados a su manejo han llevado a la creación de una nueva terminología y se han introducido frases como: RSU (residuos sólidos urbanos) y algunos más específicos como RSP (residuos sólidos plásticos). Este último término nos indica la participación tan importante de los materiales plásticos dentro de la generación de desechos. Aunque apenas el 11% del peso de los desechos que se generan en el planeta corresponde a los materiales plásticos, tienen un efecto que se evidencia en: ™ el volumen que ocupan, ™ en su aspecto estético, ™ en la velocidad como se dispersan Estos factores, asociados a los materiales plásticos, han causado un enorme impacto en todo el planeta. A pesar de que la mayoría de los plásticos son inertes, es decir, no reaccionan químicamente, ni con el suelo, ni con el agua, ni con el aire, se han convertido en protagonistas de una complicada historia asociada con la basura. Cada año millones de toneladas de desechos plásticos ensucian el planeta y no solo causan un gran impacto visual y sino que indirectamente atentan contra la vida de muchas especies animales, que se los comen y mueren ahogadas o por obstrucción intestinal. Todo esto ha puesto a los materiales plásticos en la mira de los ecologistas de todo el planeta.

En los últimos años se han buscado formas de controlar los desechos plásticos. Una de las vías para controlar el volumen de materiales plásticos que se incorporan al medio ambiente cada año es el reciclaje. Pero no es suficiente. Por ejemplo, para el año 2010 se estima que el consumo mundial de materiales plásticos superará las 300 millones de toneladas (según la Asociación Europea de Productores Plásticos). Pero se observa que ni siquiera en Europa se ha llegado a reciclar el 50% de los RSP que se producen anualmente, a pesar de enormes esfuerzos de: las autoridades, las industrias y de una población sumamente consciente de los problemas del medio ambiente. No obstante, noticias alentadoras se abren para el futuro, sobre todo para la industria química, con el reciclaje basado en la descomposición química de los polímeros desechados. Pero esto es algo incipiente aún y que depende también de los precios oscilantes de las materias primas originales.

El reciclaje de materiales plásticos es una vía importante para controlar los RSP

El reciclaje se halla asociado a la selección adecuada de materiales y a la relación peso/volumen de los artículos recuperados. En ese particular, piezas plásticas como las bolsas son poco atractivas para ser recicladas. Las bolsas plásticas son artículos de gran consumo y de vida útil muy corta. Según la empresa Symphony Environmental Technologies, en este año se consumirán más 500 mil millones de bolsas en todo el planeta, aunque otras fuentes estiman que se sobrepasará el billón de unidades. Y es que los empaques flexibles y contenedores plásticos representan más del 30% de los materiales plásticos que se consumen anualmente por aplicaciones. Es decir, que casi 100 millones de toneladas de materiales plásticos se utilizarán en el año 2010, únicamente en esa aplicación de forma directa, a escala mundial. Lamentablemente una gran parte de esos empaques flexibles, en forma de bolsas y sacos, van a parar a diferentes zonas de las grandes ciudades y de pequeñas poblaciones, llegan a fuentes de agua (lagos, ríos) y finalmente alcanzan a los mares. Así es como grandes mares como el Mediterráneo, se han convertido en gigantescos vertederos de muchas formas de residuos sólidos, entre ellos, materiales plásticos. Pero hay ejemplos mucho más preocupantes todavía. Recientemente se ha alertado a la comunidad mundial sobre la formación de un gigantesco basurero en el norte del Océano Pacífico, entre las islas Hawai y Norteamérica, donde se encuentran importantes corrientes marinas, que se conoce como el “Gran Parche de Basura del Pacífico”. Se estima que cubre una superficie del tamaño de Australia y está conformado por diferentes formas de materiales plásticos flotando sobre el mar.

La acumulación de desechos plásticos se ha tornado en un problema difícil de manejar en muchos países, en especial el caso de las bolsas. Tenemos el ejemplo de China, que prohibió la fabricación de bolsas menores a 25 micrones de espesor, a partir de junio-2008, y comenzó a cobrar un impuesto por el uso de bolsas de mayores espesores en los comercios de víveres y mercancías en general. El consumo de bolsas en este país se estima en más de dos mil millones de piezas al día. Otros países también han prohibido o tomado acciones para desalentar el uso de las bolsas de plástico, como Irlanda, que fue la primera nación europea en poner impuestos a las bolsas plásticas en el año 2002. De esta forma, redujeron el consumo en un 90%. La misma decisión fue adoptada por Australia, Bangladesh, Italia, Sudáfrica y Taiwán. En Mumbay (antes Bombay), en India, han prohibido totalmente las bolsas. Hay más ejemplos: Israel, Canadá, regiones del oeste de India, Botswana, Kenya, Tanzania, África del Sur, Taiwán y Singapur se han unido a la prohibición de bolsas plásticas. Para el año 2010 varios países aprobarán legislaciones que prohíben las bolsas plásticas: España, Francia, Italia, entre otros. En nuestro continente, el 27 de marzo del 2007, San Francisco se convirtió en la primera ciudad de Estados Unidos en prohibir las bolsas plásticas. Otras ciudades como Oakland, Boston y Nueva York están considerando la misma medida. En Suramérica, Chile tiene pendiente la aprobación de una Ley contra las bolsas plásticas para el año 2011. En Argentina, Brasil y Colombia se está hablando sobre el tema y México ya toma medidas para controlar la proliferación de restos de empaques flexibles. En Venezuela se consumen anualmente más de 500 mil toneladas de materiales plásticos, de los cuales más del 35% lo representan empaques flexibles y contenedores de diversos tamaños. Según instituciones como Vitalis, en Venezuela se recicla menos del 20% de los materiales plásticos que se consumen, lo que significa que más de 400 mil toneladas de materiales plásticos se incorporan al ambiente al año y luego se vierten en ciudades, campos, ríos, lagos y mares de nuestro país. Todavía no se tiene en la Asamblea Nacional ninguna ley propuesta para el caso de las bolsas plásticas. Otros 15%

Metales 9%

Plásticos 12%

Desechos orgánicos 30%

Vidrio 10% Papel y cartón 24%

Gráfica 1. Composición de los RSU en Venezuela

En nuestro país se cuenta con más de 150 fábricas que se dedican a la actividad de producción de películas para empaques flexibles utilizando PE, PP y PVC, además de fabricantes de rafia para sacos de PP. Una prohibición o limitación en la fabricación de bolsas y sacos, tendría un impacto muy grande en la industria transformadora de plásticos en nuestro país, en el sector de empaques flexibles, que genera más de 5.000 empleos directos y 30.000 empleos indirectos. La situación de los desechos plásticos no es fácil de manejar. El reciclaje es importante, pero no suficiente para controlar el problema de la acumulación de desechos plásticos. Solo nos da posibles salidas en el caso de piezas u objetos grandes y con un peso significativo. No nos da respuestas satisfactorias en el caso del empaque flexible, que aparece en formas diversas y presenta muy baja relación peso/volumen. A escala mundial se han planteado tres posibilidades para controlar la disposición de bolsas: 1. volver a las bolsas reutilizables de materiales textiles duraderos 2. apuntar a la vía de los materiales plásticos oxo-biodegradables 3. tomar el camino de los plásticos biodegradables. En Venezuela nos acercamos cada vez más al momento de tomar uno o varios de esos caminos, pero considerando el impacto sobre: ™ las Empresas Productoras de Resinas nacionales, ™ las empresas transformadoras de plásticos y ™ el medio ambiente. Pero ¿cuál es el camino que debemos tomar en Venezuela? A continuación se presentarán características de los dos últimos escenarios, que ayudarán a formar un criterio válido para construir una propuesta definida.

Plásticos biodegradables Al tratar este tema, es importante definir antes algunos términos: 1. plásticos biodegradables: son materiales plásticos completamente asimilables por los microorganismos presentes en un medio biológico activo, que lo utilizan como alimento y fuente de energía. El carbono de la estructura de los plásticos debe convertirse completamente en CO2 durante la actividad microbiana. 2. bioplásticos: término utilizado para definir a dos tipos de materiales plásticos (según European Bioplastics): a. aquellos que tienen como base fuentes naturales y b. materiales plásticos completamente biodegradables y compostables, de acuerdo a la Norma europea EN 13432. 3. plásticos compostables: materiales plásticos que son biodegradables bajo condiciones de compostaje, tales como: temperatura, humedad, presencia de microorganismos, en un espacio de tiempo determinado. De acuerdo a las normas internacionales, como las ISO 18451, 18452 (degradabilidad aeróbica en agua), 18453 (degradabilidad anaeróbica

en agua), 18455 (compostaje aeróbico), la NE 13432 y las ASTM D6400 y D6868, debe cumplirse lo siguiente: 1. al menos el 90% de la parte orgánica del material debe convertirse en CO2, en menos de 6 meses de contacto con un medio biológicamente activo y 2. el material resultante debe pasar exámenes agrónomicos (comportamiento sobre las plantas) y de ecotoxicidad. Como nota explicativa, el compost, se obtiene de forma natural por descomposición aeróbica (con oxígeno) de residuos orgánicos como restos vegetales, animales, excrementos y purinas, por medio de la reproducción masiva de bacterias aerobias termófilas que están presentes en forma natural en cualquier lugar (posteriormente, la fermentación la continúan otras especies de bacterias, hongos y actinomicetos).

Símbolo internacional de los materiales plásticos biodegradables

En los últimos 20 años se ha observado un verdadero interés científico e industrial en la investigación para la producción de plásticos biodegradables, conocidos también como EDP (environmentally degradable polymers and plastics). La fabricación de plásticos biodegradables a partir de materiales naturales, es uno de los grandes retos para diferentes sectores; industriales, agrícolas y de materiales para servicios varios. Ante esta perspectiva, las investigaciones que involucran a los plásticos obtenidos de otras fuentes han tomado un nuevo impulso y materiales como los polihidroxialcanoatos, aparecen como una alternativa altamente prometedora. La sustitución de los plásticos actuales por plásticos biodegradables es una vía por la cual el efecto contaminante de aquellos, se vería disminuido en el medio ambiente. Los desechos de plásticos biodegradables pueden ser tratados como desechos orgánicos y luego eliminados en los depósitos sanitarios, donde su degradación se realice en cortos períodos de tiempo. En una consideración más amplia, los polímeros biodegradables se pueden clasificar de la siguiente manera: •

•

Polímeros extraídos o removidos directamente de la biomasa, como: polisacáridos (Ej.: almidón y celulosa) y proteínas (Ej.: caseína, queratina, y colágeno). Polímeros producidos por síntesis química clásica utilizando monómeros biológicos de fuentes renovables (Ej.: polietileno obtenido de etanol proveniente de la caña de azúcar).

•

Polímeros producidos por microorganismos, bacterias productoras nativas o modificadas genéticamente (Ej.: el PLA, ácido poliláctico, obtenido por procesos fermentativos, a partir de los azúcares)

Diagrama 1. Ciclo ideal de los materiales plásticos biodegradables

El Ácido poliláctico (PLA) es un polímero natural, es un almidón, un gran hidrato de carbono que las plantas sintetizan durante la fotosíntesis. Los cereales como el maíz y trigo contienen gran cantidad de almidón y son la fuente principal para la producción de PLA. Los bioplásticos producidos a partir de este polímero tienen la característica de una resina que puede inyectarse, extruirse y termoformarse. Este biopolímero empieza con el almidón que se extrae del maíz, luego los microorganismos lo transforman en una molécula más pequeña de ácido láctico o 2 hidroxi-propiónico (monómero), la cual es la materia prima que se polimeriza formando cadenas, con una estructura molecular similar a los productos de origen petroquímico, que se unen entre sí para formar el plástico llamado PLA. El PLA es uno de los plásticos biodegradables más estudiados en nuestro tiempo y se encuentra disponible en el mercado desde 1990. Es utilizado en la fabricación de botellas transparentes para bebidas frías, bandejas de envasado para alimentos, y otras numerosas aplicaciones. Los polihidroxialcanoatos, conocidos como PHA, son producidos generalmente por bacterias Gram negativas, aunque existen bacterias Gram positivas que son productoras en menor escala. El primer PHA descubierto fue el PHB, que fue descrito en el instituto Pasteur, en 1925, por el microbiólogo Lemoigne. El observó la producción de PHB por el Bacillus megaterium. Posteriormente, en 1958 Mac Rae e Wildinson observaron que el Bacillus megaterium acumulaba el polímero cuando la relación glucosa/nitrógeno en el medio de cultivo no se encontraba en equilibrio y observaron su degradación cuando existía falta o deficiencia de fuentes de carbono o energía. A partir de

este hecho, se encontraron inclusiones de PHA en una extensa variedad de especies bacterianas. En la actualidad se conocen aproximadamente 150 tipos diferentes de polihidroxialcanoatos. En general los PHA son insolubles en agua, biodegradables, no tóxicos, por lo cual uno de los principales beneficios que se obtienen de la aplicación de los PHA, es el ambiental. La Policaprolactona (PCL) es otro polímero biodegradable, de origen fósil. Su punto de fusión se halla alrededor de 60°C y presenta una temperatura de transición vítrea de aproximadamente −60°C. El PCL puede obtenerse mediante la polimerización de anillo abierto de ε-caprolactona, usando un catalizador como el octanato de estaño.

Catalizador + calor

ε-Caprolactona

Policaprolactona

Esquema de la polimerización de la policaprolactona

El polímero es usado frecuentemente como aditivo de resinas para mejorar sus propiedades, por ejemplo resistencia al impacto. Su compatibilidad con muchos otros materiales permite utilizarlo en mezclas con almidón para disminuir costes y mejorar la biodegradación, o como aditivo del PVC. En Venezuela el Grupo de Polímeros de la USB I está trabajando en mezclas de PCL + Almidón de yuca, con la finalidad de obtener un producto biodegradable, de menor costo. La PCL no se produce en nuestro país y su costo es de 2 a 4 veces el de un polímero de propósito general. Una manera de reducir su costo es mezclándola con otros materiales, como es el caso del almidón de yuca. Esto permitirá el desarrollo de productos terminados, totalmente degradables y más accesibles económicamente a la población. La yuca es un cultivo importante en Venezuela y la extracción del almidón es el paso más inmediato para disponer de un producto de bajo costo para múltiples aplicaciones. La evaluación que se realiza permitirá establecer si es una alternativa económica para varias aplicaciones. En este momento no se fabrica en Venezuela ninguno de estos materiales biodegradables. Son productos de un costo superior a las resinas fabricadas en el país como los PE, el PP y el PVC. Pero se debe pensar en el futuro inmediato en el establecimiento de fábricas de polímeros biodegradables. Por otra parte, las mezclas de polímeros convencionales con almidón no han resultado en la fabricación de materiales con buenas propiedades físicas, mecánicas ni ópticas para aplicaciones como empaques flexibles. Por estas causas se ha presentado una resistencia razonable por parte de los transformadores nacionales a utilizar las mezclas.

Polímeros oxo-biodegradables Los materiales plásticos Oxo Biodegradable (OBD) se caracterizan por contener aditivos, que presentan sales metálicas (hierro, magnesio, níquel, cobalto) que provocan la fragmentación del polímero. Los metales iónicos catalizan el proceso de degradación natural, que en los materiales plásticos es muy lenta, de unos cientos de años a unos pocos meses. Estos aditivos pueden incorporarse en un rango de 1 a 4% en formulaciones de plásticos convencionales, facilitando el proceso de oxidación del polímero y rompiendo las cadenas en pequeñas moléculas, las cuales se degradarían luego por acción biológica. Pero lo más importante es que la incorporación de estos aditivos no altera la procesabilidad ni desmejoran las propiedades físicas del polímero. Algo importante de los materiales OBD es que esa característica se puede aplicar a todos los polímeros, tales como PE, PP, EPS, colocándoles los aditivos que utilizan algún pro degradante a base de sales metálicas. Otro aspecto importante es que la primera degradación de los materiales OBD (oxidación por promotores metálicos) actúa independientemente del medio donde se encuentre el material plástico. Por lo tanto, en los materiales OBD se combinan dos formas de degradación: 1. Primero aparece la oxidación / fragmentación: Bajo la acción combinada de • Luz • Calor • Estrés mecánico y oxígeno 2. Después ocurre la biodegradación • Caracterizada por la medida del CO2 emitido

Foto 1. Primera degradación de un plástico OBD

El proceso de degradación puede activarse en un período de tiempo predeterminado, y a partir de ese momento es que pueden pasar, artículos como las bolsas de plástico, a ser biodegradables y convertirse en H2O + CO2 + biomasa compostable. Pero los plásticos oxo-biodegradables han encontrado fuerte oposición en la asociación European Bioplastics (EB), que sostienen que no cumplen con la NE 13432, en la que se establecen cuatro principios básicos que deben cumplir los materiales compostables:

o Composición (porcentaje de metales pesados y sólidos volátiles) o Biodegradación (medición del CO2 emitido en un tiempo determinado) o Desintegración (capacidad de desaparición del compuesto) o Calidad del compuesto final (pruebas agronómica y de ecotoxicidad) El 6 de junio de 2005 EB publicó un artículo donde fijó posición en relación a las bolsas de plástico oxo-biodegradables en general. En ese momento afirmaron que estos plásticos no cumplen con la Directiva europea 94/62/CE de Envases y sus Residuos, con referencia a su biodegradabilidad (biodegradables en condiciones de compostaje), ya que no se pueden considerar como degradables las partículas de polímeros (aunque sean muy pequeñas) y algunos compuestos metálicos presentes en estos productos (catalizadores), razón por la cual los clasificaron y etiquetaron bajo la Directiva de EU 67/548/EEC en Sustancias Peligrosas, causantes de efectos adversos en humanos y en el ambiente. Algunos estudios, no confirmados, señalan que metales pesados como el cobalto Co (II), se han encontrado en concentraciones mayores de 4,000 mg/kg en aditivos ‘oxo-biodegradables’. Otros informes señalan, por ejemplo, que los productos de PE denominados ‘oxo-biodegradables’ no se pueden fragmentar en pequeñas partículas después de exponerlos a luz ultravioleta (LUV) o calentamiento en seco. Sin embargo después de la fragmentación, el PE aún es muy resistente a la biodegradación, y por tanto, debido al proceso tan lento, el potencial de persistencia en el ambiente y la bioacumulación de metales liberados y fragmentos de PE en diversos organismos es muy alta, como ocurren en los océanos y vertederos. Pero por otra parte, evaluaciones realizadas por las empresas fabricantes de los aditivos, con altas concentraciones de metales provenientes de bolsas tipo OBD, tanto en plantas como en animales, revelan que la presencia de estos metales no sobrepasa los límites permisibles para la salud de los seres vivos.

Diagrama 2. Segunda degradación de los plásticos OBD

Sin embargo, los informes sobre aceptación de los aditivos OBD por parte de los transformadores de materiales plásticos son positivos. Su incorporación no causa problemas en el procesamiento ni cambios importantes en propiedades físicas, mecánicas ni ópticas. Los aditivos OBD disfrutan de una buena aceptación por la mayoría de las empresas transformadoras de materiales plásticos para empaques flexibles y no implican costos adicionales significativos para los usuarios finales.

Análisis comparativo de materiales tipo EDP Características General Disponibilidad Costo Procesabilidad Efecto sobre propiedades físicas, mecánicas y ópticas

OBD Polímeros GP + aditivos Resinas nacionales + aditivos importados Bajo Excelente No afectan a ninguna propiedad

Aplicaciones Funcionalidad

Normales Resistencia normal hasta activarse la oxidación

Impacto visual (riesgo por abandono) Garantía de degradación

Muy bajo

1. 2.

3. 4.

Primera degradación en todo ambiente, luego biodegradación en ambiente compostable

Materiales Biodegrables Polímeros de origen natural Resinas importadas Alto Buena Polímeros de origen natural, especiales para diversas aplicaciones Normales Resistencia normal hasta encontrarse en ambiente compostable Mediano Biodegradación total en ambiente compostable

Mezclas Bio Polímeros de origen fósil + almidones Resinas importadas + almidones nacionales Mediano Mediana Pueden afectar algunas propiedades Específicas Susceptible a la humedad y a un ambiente compostable Mediano Biodegradación total en ambiente compostable

Conclusiones Se debe continuar apoyando el reciclaje y las campañas educativas, ya que la recuperación y la disposición de las bolsas plásticas es un problema cultural, que es posible mejorar. Se debe continuar con la campaña de las 4 R: REDUCIR, REUTILIZAR, RECICLAR y ser RESPONSABLE con el uso de los materiales y recursos. En este sentido se deben apoyar también las iniciativas para Reutilizar y Retornar. Se debe trabajar ahora mismo en legislaciones que: promuevan el reciclaje, fomenten la biodegradación y apoyen el desarrollo de tecnologías para fabricar materiales bioplásticos nacionales. Las empresas productoras de resinas, los transformadores de plásticos nacionales, en especial del sector de empaques y embalajes, y los consumidores finales, deben ver la solución al problema de la contaminación por bolsas y películas, como un compromiso ineludible

con el medio ambiente y deben trabajar activamente por disminuir el pasivo ambiental que tienen con Venezuela. 5. La incorporación de las tecnologías OBD para empaques flexibles, como bolsas, sacos y películas en general puede ser adoptada por las empresas transformadoras de plásticos, como un aporte para disminuir los problemas de la mala disposición de esos artículos en los espacios naturales, sin que implique cambios en maquinarias ni tecnologías de fabricación y sin afectar a los consumidores finales. 6. El sector petroquímico nacional debe continuar apoyando la investigación sobre mezclas de polímeros biodegradables con almidones para aplicaciones específicas, así como al desarrollo de tecnologías propias para la producción de bioplásticos.