Planta a partir de plásticos: los polímeros de base biológica se pueden transformar en fertilizantes
Los bioplásticos se pueden reciclar químicamente en fertilizantes ricos en nitrógeno de una manera sencilla y respetuosa con el medio ambiente, como demostraron recientemente científicos del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech). Sus hallazgos allanan el camino para sistemas circulares sostenibles que aborden simultáneamente problemas como la contaminación plástica, el agotamiento de los recursos petroquímicos y el hambre en el mundo.
Los plásticos han arrasado en el mundo durante el siglo pasado, encontrando aplicaciones en prácticamente todos los aspectos de nuestras vidas. Sin embargo, el auge de estos polímeros sintéticos, que forman la base de los plásticos, ha contribuido a muchos problemas medioambientales graves. El peor de ellos es el uso excesivo de petroquímicos y la eliminación de materiales no biodegradables sin reciclaje; solo el 14% de todos los residuos plásticos se recicla, lo que difícilmente resuelve el problema.
Para resolver el enigma del plástico, necesitamos desarrollar sistemas ‘circulares’, en los que las materias primas utilizadas para producir los plásticos completen el círculo después de su eliminación y reciclaje. En el Instituto de Tecnología de Tokio, un equipo de científicos dirigido por el profesor asistente Daisuke Aoki y el profesor Hideyuki Otsuka están a la vanguardia de un nuevo concepto. En su nuevo proceso ecológico, los plásticos producidos a partir de biomasa (bioplásticos) se reciclan químicamente en fertilizantes. Este estudio se publicará en Green Chemistry, una revista de la Royal Society of Chemistry centrada en la investigación innovadora de tecnologías sostenibles y respetuosas con el medio ambiente.
El equipo se centró en el poli (carbonato de isosorbida), o «PIC», un tipo de policarbonato de base biológica que ha recibido mucha atención como alternativa a los policarbonatos a base de petróleo. El PIC se produce utilizando un material no tóxico derivado de la glucosa llamado isosorbida (ISB) como monómero. Lo interesante es que los enlaces de carbonato que unen las unidades ISB se pueden cortar con amoniaco (NH3) en un proceso llamado «amonólisis». El proceso produce urea, una molécula rica en nitrógeno que se usa ampliamente como fertilizante. Si bien esta reacción química no era un secreto para la ciencia, pocos estudios sobre la degradación de polímeros se han centrado en los usos potenciales de todos los productos de degradación en lugar de solo los monómeros.
En primer lugar, los científicos investigaron hasta qué punto se podría llevar a cabo la amonólisis completa de PIC en agua en condiciones suaves (30 ° C y presión atmosférica). El motivo de esta decisión fue evitar el uso de disolventes orgánicos y cantidades excesivas de energía. El equipo analizó cuidadosamente todos los productos de reacción por diversos medios, incluida la espectroscopia de resonancia magnética nuclear, la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier y la cromatografía de permeación en gel.
Aunque tuvieron éxito en la producción de urea de esta manera, la degradación de PIC no fue completa incluso después de 24 horas, con muchos derivados de ISB todavía presentes. Por lo tanto, los investigadores intentaron aumentar la temperatura y descubrieron que se podía lograr una degradación completa en aproximadamente seis horas a 90 ° C. El Dr. Aoki enfatiza las ventajas de este enfoque: “La reacción ocurre sin ningún catalizador, lo que demuestra que la amonólisis de PIC se puede llevar a cabo fácilmente usando amoníaco y calentamiento. Por tanto, este procedimiento es operativamente sencillo y respetuoso con el medio ambiente desde el punto de vista del reciclaje químico.
Finalmente, para demostrar que todos los productos de degradación del PIC pueden usarse directamente como fertilizante, el equipo realizó experimentos de crecimiento de plantas con Arabidopsis thaliana, un organismo modelo. Descubrieron que las plantas tratadas con todos los productos de degradación del PIC crecían mejor que las plantas tratadas solo con urea.
Los resultados generales de este estudio muestran la viabilidad de desarrollar sistemas de fertilizantes a base de plástico (Figura 1). Los sistemas no solo pueden ayudar a abordar la contaminación y el agotamiento de los recursos, sino también ayudar a satisfacer la creciente demanda mundial de alimentos. El Dr. Aoki concluye con una nota positiva: “Estamos convencidos de que nuestro trabajo representa un paso importante hacia el desarrollo de materiales poliméricos sostenibles y reciclables en un futuro próximo. ¡La era del «pan de plástico» se acerca rápidamente!
