Hamburgo, Alemania – Un grupo de investigadores publicaron una revisión científica sobre la producción de bioplástico de microalgas. Ellos estudiaron en particular a las microalgas Chlorella y Scenedesmus.
El problema del plástico
La demanda mundial de plástico, impulsado por el creciente uso de los materiales basados en los plásticos, se viene incrementando y agrega presión a la infraestructura actual de gestión de los residuos. Existe un significativo interés en disminuir la dependencia sobre los productos plásticos basados en el petróleo, que causa contaminación ambiental global.
Más de ocho millones de toneladas de residuos de plásticos terminan en los océanos cada año, que puede ser mitigado mediante el rediseño innovador de los materiales de empaque.
En general, los plásticos pueden ser clasificados en base a dos factores: basados en combustibles fósiles o de base biológica, no-biodegradable o biodegradable.
Los plásticos de base biológica a su vez se clasifican en tres categorías: polímeros naturales modificados, polímeros de base biológica sintetizados y bioplásticos de residuos. En la actualidad, alrededor del 1% de la producción anual de plásticos en el mundo es bioplásticos.
Bioplásticos
Las fuentes que pueden ser usados para la producción de bioplásticos son materias primas vegetales, polímeros naturales (carbohidratos, proteínas, etc) y otras moléculas pequeñas (azúcar, disacáridos y ácidos grasos). La producción de bioplásticos se incrementó de aproximadamente 2 millones de toneladas en 2014 a cerca de 6.7 millones de toneladas en el 2018, siendo producidos en base a almidón y ácido láctico.
Los bioplásticos que derivan de cultivos terrestres, como el maíz y papas, compiten con el suministro de alimentos. Además, la producción de bioplásticos de los cultivos agrícolas emplean grandes áreas de terreno, agua y nutrientes. Sin embargo, numerosos estudios han mostrado que esta clase de producción de bioplástico no es sostenible a largo plazo.
Bioplásticos de microalgas
Las microalgas pueden ser potencialmente la mejor fuente de biomasa para la producción de bioplástico debido a que no compite con las fuentes de alimentos, además de la capacidad de crecer en efluentes, y pueden alcanzar una alta acumulación de lípidos.
Investigadores de la Hamburg University of Technology y de la Canakkale Onsekiz Mart University (Turquía) examinaron la historia de la investigación de la producción de bioplástico en base a las microalgas en la base de datos Scopus, empleando la palabra clave “bioplastic microalgae”.
Los estudios sobre la producción de materiales de bioplástico en base a microalgas pueden ser agrupados en dos enfoques principales. El primer enfoque, el bioplástico puede referirse a los compuestos producidos mediante la mezcla de biomasa de microalgas, biopolímeros o polímeros basados en el petróleo y aditivos.
El segundo enfoque se basa en el cultivo de biopolímeros como polihidroxibutiratos (PHB) y el almidón intracelular dentro de las células de microalgas. Estos productos se pueden extraer y procesar para la producción de bioplásticos. En este caso, las células de microalgas no se utilizan directamente.
Los investigadores realizaron actividades que incluyen: (1) diseño de mezcla de compuestos de microalgas-polímeros, (2) procesamiento de bioplástico de microalgas en un contexto de biorrefinería, y (3) ingeniería genética para crear cepas de microalgas productoras de biopolímeros.
“Sin embargo, aún existe la necesidad de mejorar las tecnologías y sus eficiencias para permitir la comercialización, la industrialización y la ampliación. En este estudio, se revisan numerosas especies de microalgas usadas en la producción de bioplásticos para encontrar vacíos de investigación en torno al tema” reportan los científicos.
Ellos luego analizan las oportunidades de cultivo de microalgas, incluido los tipos de medios. Finalmente la revisión evalúa el estado del arte con respecto a las condiciones de producción y metodologías.
Microalgas y aditivos
Las microalgas pueden reemplazar muchas otras fuentes para la producción de biocombustibles, ser empleados en la industria de alimentos, cosméticos y también en formulaciones farmacéuticas. Microalgas se están volviendo muy populares debido a su potencial contribución a la bioeconomía.
Los científicos examinaron la actual situación de la producción de bioplásticos en base a las microalgas Chlorella y Spirulina. Estas microalgas fueron comúnmente usadas en la producción de biopolímeros y mezclas de plástico.
Ellos reportaron que se usaron plastificantes, compatibilizadores y diversos productos químicos como material de mezcla para aumentar la calidad del producto final.
Tecnologías de producción de bioplásticos
Las actuales técnicas de producción de bioplásticos basados en microalgas se encuentran a escala de laboratorio y se concentran en la factibilidad del diseño de mezcla. En el segundo enfoque, donde los biopolímeros son producidos intracelularmente o por un adicional procesamiento de biomasa, los investigadores se concentraron en la optimización genética de los biopolímeros, mejorando los diseños y estrategias de plantas de cultivo.
Las rutas alternativas para los productos de bioplásticos de microalgas son a través de la producción de biopolímeros en microalgas o fermentación usando biomasa de microalgas.
Conclusión
“Según la revisión de la literatura realizada en este estudio, todavía existe la necesidad de un mayor desarrollo de procesos de producción de bioplásticos a partir de microalgas para superar los problemas de viabilidad económica en las implementaciones a escala industrial, lo que impide un uso más amplio de productos bioplásticos de microalgas en el mercado” concluyen los investigadores. {mprestriction ids=»*»}
Referencia (acceso abierto):
Onen Cinar, Senem ; Chong, Zhi Kai; Kucuker, Mehmet Ali; Wieczorek, Nils; Cengiz, Ugur; Kuchta, Kerstin. 2020. «Bioplastic Production from Microalgae: A Review.» Int. J. Environ. Res. Public Health 17, no. 11: 3842.
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