Procesamiento

Plásticos biodegradables producidos en base a la microalga espirulina

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By Milthon Lujan

Mallory Parker, estudiante de doctorado en ciencia e ingeniería de materiales de la UW, agrega polvo de espirulina a un molde con el logotipo de la UW. Una vez que este molde entre en la prensa caliente, generará una pieza de plástico con forma de logotipo de UW. Mark Stone/University of Washington
Mallory Parker, estudiante de doctorado en ciencia e ingeniería de materiales de la UW, agrega polvo de espirulina a un molde con el logotipo de la UW. Una vez que este molde entre en la prensa caliente, generará una pieza de plástico con forma de logotipo de UW. Mark Stone/University of Washington

Usamos plásticos en casi todos los aspectos de nuestras vidas. Estos materiales son baratos de fabricar e increíblemente estables. El problema surge cuando terminamos de usar algo de plástico: puede persistir en el medio ambiente durante años.

Con el tiempo, el plástico se descompondrá en fragmentos más pequeños, llamados microplásticos, que pueden plantear importantes problemas ambientales y de salud.

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En el mejor de los casos, la solución sería usar plásticos de base biológica que se biodegraden, pero muchos de esos bioplásticos no están diseñados para degradarse en condiciones de compostaje en el jardín. Deben ser procesados en instalaciones comerciales de compostaje, que no son accesibles en todas las regiones del país.

Un equipo liderado por investigadores de la University of Washington ha desarrollado nuevos bioplásticos que se degradan en la misma escala de tiempo que una cáscara de plátano en un contenedor de abono en el jardín.

Bioplástico de espirulina

El nuevo bioplástico está elaborado completamente de células de cianobacterias azul-verdes en polvo, también conocidas como espirulina.

El equipo usó calor y presión para moldear el polvo de espirulina en varias formas, la misma técnica de procesamiento utilizada para crear plásticos convencionales. Los bioplásticos del equipo de UW tienen propiedades mecánicas que son comparables a los plásticos derivados del petróleo de un solo uso.

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“Estábamos motivados para crear bioplásticos que sean tanto bioderivados como biodegradables en nuestros patios traseros, mientras que también sean 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 solo espirulina, no solo tienen un perfil de degradación similar al de los desechos orgánicos, sino que también son en promedio 10 veces más fuertes y rígidos que los bioplásticos de espirulina informados anteriormente. Estas propiedades abren nuevas posibilidades para la aplicación práctica de los plásticos a base de espirulina de diversas industrias, incluidos los envases desechables para alimentos o los plásticos domésticos, como botellas o bandejas”.

Atributos de la espirulina

Los investigadores optaron por usar espirulina para fabricar sus bioplásticos por varias razones. En primer lugar, se puede cultivar a gran escala porque la gente ya lo usa para diversos alimentos y cosméticos.

Además, las células de espirulina secuestran dióxido de carbono a medida que crecen, lo que convierte a esta biomasa en una materia prima para plásticos neutra en carbono o potencialmente negativa en carbono.

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“La espirulina también tiene propiedades únicas de resistencia al fuego”, dijo el autor principal Hareesh Iyer, estudiante de doctorado en ciencia e ingeniería de materiales de la UW.

“Cuando se expone al fuego,se autoextingue instantáneamente, a diferencia de muchos plásticos tradicionales que se queman o se derriten. Esta característica resistente al fuego hace que los plásticos a base de espirulina sean 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 en los centros de datos porque los sistemas que se utilizan para mantener los servidores fríos, que podrían calentarse mucho”.

Elaboración de productos de bioplástico

La creación de productos de plástico a menudo implica un proceso que utiliza calor y presión para moldear el plástico en la forma deseada.

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El equipo de la UW adoptó un enfoque similar con sus bioplásticos.

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“Esto significa que no tendríamos que rediseñar las líneas de fabricación desde cero si quisiéramos utilizar nuestros materiales a escala industrial”, dijo Roumeli.

“Hemos eliminado una de las barreras comunes entre el laboratorio y la ampliación para satisfacer la demanda industrial. Por ejemplo, muchos bioplásticos están hechos de moléculas que se extraen de la biomasa, como las algas marinas, y se mezclan con modificadores de rendimiento antes de formar películas. Este proceso requiere que los materiales estén en forma de solución antes de la fundición, y esto no es escalable”.

Otros investigadores han usado espirulina para crear bioplásticos, pero los bioplásticos de los investigadores de la UW son mucho más fuertes y rígidos que los intentos anteriores.

El equipo de UW optimizó la microestructura y la unión dentro de estos bioplásticos alterando sus condiciones de procesamiento, como la temperatura, la presión y el tiempo en la extrusora o la prensa en caliente, y estudiando las propiedades estructurales de los materiales resultantes, incluida su resistencia, rigidez y tenacidad.

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Estos bioplásticos aún no están listos para escalarse para uso industrial. Por ejemplo, si bien estos materiales son fuertes, todavía son bastante frágiles. Otro desafío es que son sensibles al agua.

“No querrás que llueva sobre estos materiales”, dijo Iyer.

El equipo está abordando estos problemas y continúa estudiando los principios fundamentales que dictan cómo se comportan estos materiales. Los investigadores esperan diseñar para diferentes situaciones mediante la creación de una variedad de bioplásticos. Esto sería similar a la variedad de plásticos a base de petróleo existentes.

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Los materiales recientemente desarrollados también son reciclables.

“La biodegradación no es nuestro escenario preferido para el final de la vida”, dijo Roumeli. “Nuestros bioplásticos de espirulina son reciclables mediante reciclaje mecánico, que es muy accesible. Las personas a menudo reciclamos plásticos, por lo que es una ventaja adicional que nuestros bioplásticos se degraden rápidamente en el medio ambiente”.

La investigación fue financiada por Microsoft, Meta y la National Science Foundation.

Contacto
Eleftheria Roumeli
Email: eroumeli@uw.edu.

Referencia
Iyer, H., Grandgeorge, P., Jimenez, A.M., Campbell, I.R., Parker, M., Holden, M., Venkatesh, M., Nelsen, M., Nguyen, B. and Roumeli, E. (2023), Fabricating Strong and Stiff Bioplastics from Whole Spirulina Cells. Adv. Funct. Mater. 2302067. https://doi.org/10.1002/adfm.202302067

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