Los bioplásticos compostables son productos de alto interés debido a que, tras su uso, los residuos generados pueden valorizarse mediante el reciclaje orgánico, proceso que no solo contribuye a la eliminación natural del material, sino que también genera un compost de calidad aplicable al suelo. A nivel industrial una serie de factores deben alinearse para desarrollar productos bioplásticos con características similares a las de los plásticos convencionales y, además, cumplir con los requisitos de la compostabilidad. Entre estos factores, se destaca la naturaleza química del polímero y el tipo de aditivos incorporados a la formulación, puntos vitales para la entrada al mercado de productos que realmente contribuyan a la transición hacía la economía circular.
El reciclaje orgánico, también denominado compostaje, es un proceso de gestión de residuos orgánicos en el que éstos son transformados en materia útil mediante biodegradación aerobia, bajo condiciones de compostaje. Durante el compostaje, los microorganismos encargados de la biodegradación descomponen el carbono y el nitrógeno presentes en la materia orgánica inicial, para finalmente generar un compost de calidad y estable que puede ser aplicado al suelo para proporcionar nutrientes y para mejorar su estructura. Adicionalmente, se genera calor y, por lo tanto, las temperaturas varían a lo largo del tiempo. Este cambio de temperatura es el factor diferencial entre las cuatro fases del proceso (Figura 1).
El compostaje comienza con la fase mesófila, en la que los microorganismos mesófilos descomponen los compuestos solubles, fuentes sencillas de carbono y nitrógeno, para producir ácidos orgánicos y calor, razón por la cual el pH baja hasta 4 o 4,5 y la temperatura ambiente inicial aumenta hasta los 45 °C en pocos días. Al superar los 45 °C comienza la fase termófila. Este incremento en la temperatura hace que los microorganismos mesófilos sean reemplazados por los termófilos, que actúan facilitando la degradación de fuentes de carbono más complejas, como la celulosa, la hemicelulosa y la lignina, además transforman el nitrógeno en amoníaco por lo que el pH del medio sube.
El calor generado en esta fase destruye bacterias de origen fecal como la Eschericha coli y la Salmonella spp, elimina los huevos de helminto, esporas de hongos fitopatógenos y semillas de malezas presentes en el material de partida, dando lugar a un producto higienizado. La siguiente es la fase de enfriamiento o mesófila II, una vez agotadas las fuentes de carbono y nitrógeno en el material en compostaje, la temperatura desciende nuevamente hasta los 40-45 °C. Durante esta fase los organismos mesófilos reinician su actividad, continúa la degradación de polímeros como la celulosa y el pH desciende levemente. Finalmente, en la fase de maduración se producen reacciones secundarias de condensación y polimerización de compuestos carbonados para la formación de ácidos húmicos y fúlvicos, esta etapa suele durar meses a temperatura ambiente[1].
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El reciclaje orgánico destaca como una estrategia aplicable al tratamiento de los residuos generados tras el uso de los denominados bioplásticos, productos ampliamente difundidos en las últimas décadas debido a su vinculación con la Economía Circular (Figura 2) y con los Objetivos de Desarrollo Sostenible, trazados por la ONU. No obstante, es importante resaltar que existen diferentes tipos de bioplásticos y, entre ellos, únicamente los biodegradables pueden acogerse a este tipo de reciclaje.
![Figura 2. El reciclaje orgánico, una opción de fin de vida para los bioplásticos[2].](https://ambienteplastico.com/wp-content/uploads/2023/09/foto_organic_recycling_250923.jpg)
La mayor parte de los bioplásticos compostables se aplican al envasado, principalmente de alimentos. La obtención de estos envases no es una tarea fácil, de hecho, los fabricantes se enfrentan a una serie de retos en la búsqueda de un producto realmente compostable, pues no solo debe biodegradarse y desintegrarse en condiciones de compostaje, sino que, además, el compost resultante no debe presentar ningún efecto ecotoxicológico que pueda representar un riesgo para el desarrollo de las plantas expuestas a dicho compost. Para catalogar a un envase como compostable, éste debe acogerse a los requerimientos expuestos en la norma UNE-EN 13432, armonizada en la Directiva 94/62/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, relativa a los envases y residuos de envases, que contempla los ensayos de caracterización del producto, biodegradación en medio compost, desintegración y ecotoxicidad.
El éxito en el mercado de los envases compostables depende de su rentabilidad económica y de la capacidad para cumplir con las mismas funciones de un envase convencional. Lo cual se vuelve un reto más, pues los bioplásticos tienen una serie de limitaciones funcionales y de procesabilidad que los pone por debajo de los plásticos convencionales. Las estrategias tomadas por los fabricantes para hacerle frente a esta problemática comprenden la mezcla de varios biopolímeros y/o la incorporación de aditivos, sin embargo, estas acciones suelen generar impedimentos en el carácter compostable del producto final.
La mezcla de biopolímeros usualmente requiere mejorar la compatibilidad entre los polímeros utilizados para encontrar un balance en el comportamiento mecánico o en otras propiedades del material, para ello se utilizan compatibilizantes poliméricos existentes en el mercado, o se crean compatibilizantes mediante reacción reactiva o discontinua. Los compatibilizantes actúan creando enlaces entre las cadenas de los polímeros e incrementando el peso molecular polimérico, dando como resultado, matrices de mayor cohesión y estabilidad, sin embargo, esta ventaja a nivel funcional paralelamente dificulta la asimilación del material por los microorganismos encargados de su biodegradación.
Por su parte, la incorporación de aditivos (plastificantes, modificadores de impacto, algunas fibras y agentes de reticulación, etc.) es una técnica usual en la industria para mejorar las propiedades generales del producto final, así como para facilitar su procesamiento. El problema radica en que durante la biodegradación se liberan progresivamente, generando cierta toxicidad en el compost final, dependiendo de su naturaleza química y su concentración[4], lo cual causa un riesgo para el medio ambiente al emplearse como fertilizante en el suelo, siendo éste un claro impedimento para declarar a un producto como compostable.
Para enfrentar la mencionada problemática y generar bioplástico compostable se desarrollaron una serie de aditivos naturales y biodegradables que han generado resultados positivos y están siendo aplicados a nivel industrial. Entre ellos se destacan los siguientes: los oligómeros de ácido láctico, que permiten obtener películas elásticas con excelentes propiedades mecánicas sin perder el carácter compostable del material; los poliadipatos, poliésteres saturados de baja viscosidad, incorporados a formulaciones de bioplásticos para facilitar su procesamiento; algunos plastificantes naturales como aceites vegetales y sus derivados, como el aceite de ricino y el aceite de soja epoxidado, que al igual que los convencionales, facilitan el procesamiento, suavizan los polímeros rígidos y mejoran su comportamiento a bajas temperaturas; algunos compuestos derivados del pino como el alquitrán de pino, colofonia y terpenos, que se han utilizado como adhesivos y coadyuvantes[5]. Para acompañar estas decisiones industriales, otros factores como la hidrofobicidad, la porosidad, la tensión superficial y el espesor del material también han sido objeto de estudio, puesto que son determinantes en la asimilación del material por parte de los microorganismos.
Como se menciona a lo largo del texto, el desarrollo de materiales realmente compostables, económicamente viables y con altas prestaciones es una tarea desafiante que se ha abordado desde diferentes frentes, siendo un continuo objeto de estudio para la academia, los centros tecnológicos y la industria, tres eslabones que se unen para cumplir con un objetivo industrial, ambientalmente sostenible y ajustado a las necesidades de la sociedad.
Autor: Johana Carolina Andrade. Laboratorio de Biodegradación y Compostabilidad. AIMPLAS
[1] Román, P., Martínez, M. M., & Pantoja, A. (2013). Manual de compostaje del agricultor, Experiencias en América Latina. Oficina Regional de la FAO para América Latina y el Caribe. Santiago de Chile: Food & Agriculture Org. Retrieved from http://www. fao. org/docrep/019/i3388s/i3388s. pdf.
[2] End-of-life options for bioplastics, European Bioplastics.
[3] Bhagwat, G., Gray, K., Wilson, S. P., Muniyasamy, S., Vincent, S. G. T., Bush, R., & Palanisami, T. (2020). Benchmarking bioplastics: A natural step towards a sustainable future. Journal of Polymers and the Environment, 28(12), 3055-3075.
[4] Abdellah, Y. A. Y., Shi, Z., Luo, Y. S., Hou, W. T., Yang, X., & Wang, R. L. (2022). Effects of different additives and aerobic composting factors on heavy metal bioavailability reduction and compost parameters: A meta-analysis. Environmental Pollution, 119549.
[5] Biron, M. (2020). Transition of Plastics to Renewable Feedstock and Raw Materials: Bioplastics and Additives Derived from Natural Resources, in: A Practical Guide to Plastics Sustainability.
