¿Qué son los Bioplásticos o plásticos biodegradabes?

Seguramente, el público en algún momento de los últimos años habrá leído o escuchado hablar de los bioplásticos, y tanto como un aporte para su esclarecimiento, como para poder entender hacia donde se orienta en este tema el mercado internacional, es importante aclarar algunos conceptos básicos.

Se definen como bioplásticos a aquellos materiales fabricados a partir de recursos renovables (por ejemplo, almidón, celulosa, melazas, etc.) y también a los sintéticos fabricados a partir de petróleo que son biodegradables (por ejemplo, la policaprolactona). Esta clasificación incluye las mezclas de ambos tipos, tal como las de almidón y policaprolactona, ya comercializadas en el primer mundo.

La biodegradabilidad es la degradación de sustratos complejos por parte de microorganismos siguiendo vías metabólicas catalizadas por enzimas segregadas por estos últimos, para obtener sustancias sencillas, básicamente agua, dióxido de carbono y biomasa, fácilmente asimilables por el medio ambiente. La velocidad de la biodegradación depende de la flora microbiana, la temperatura, la humedad y la presencia de oxígeno. Los microorganismos no segregan enzimas capaces de romper las uniones químicas de las macromoléculas poliméricas que constituyen los plásticos sintéticos commodities más usados comúnmente (en su mayoría derivados del petróleo), como polietileno (PE), polipropileno (PP), policloruro de vinilo (PVC), polietilentereftalato (PET), poliamidas (PA), poliestireno (PS), poliuretanos (PU), etc., por lo que estos materiales, de gran uso en la vida moderna, no son biodegradables.

Si no son biodegradables: ¿por qué se siguen usando entonces?, es la pregunta tantas veces formulada. Con los bioplásticos ocurre que su uso cobra real importancia sólo cuando, con un adecuado análisis de ciclo de vida (life cycle analysis) favorable, se cierra el círculo desde las materias primas hasta la disposición final de los residuos orgánicos que encara una determinada comunidad, y su aprovechamiento en la generación de biomasa.

También existen materiales biodesintegrables , que son mezclas de bioplásticos con polímeros sintéticos no biodegradables, que por acción de los microorganismos se pueden desintegrar, convirtiéndose básicamente en agua y dióxido de carbono sólo las macromoléculas de bioplástico, mientras que las macromoléculas de alto peso molecular del polímero sintético permanecen intactas. Desde el punto de vista de la “contaminación”, se percibe que no son una mejora al problema, por dejar ese residuo sintético sin degradar.

Por otro lado, se define como “plástico compostable” a aquel que es biodegradable , generando básicamente dióxido de carbono, agua, y humus, a una velocidad similar a la de los materiales orgánicos sencillos (por ejemplo la celulosa) y que no deja residuos tóxicos ni visibles. Existe normativa en la Unión Europea, como la Norma EN 13432 en vigencia desde enero de 2005, entre otras, que permite certificar los plásticos compostables y los envases fabricados a partir de éstos, de forma tal que el consumidor pueda distinguirlos fácilmente. La certificación y el etiquetado de los bioplásticos como biodegradables / compostables, permitiría tratar estos materiales post-consumo junto con la fracción orgánica (restos de comida, poda, papeles) de los residuos sólidos urbanos en plantas de compostaje, obteniéndose un compost de alta calidad que puede ser usado en fruti-horticultura o jardinería, entre otras aplicaciones.

Las empresas internacionales fabricantes de materiales plásticos están orientando sus esfuerzos en investigación y desarrollo hacia materiales producidos a partir de recursos renovables como alternativa a los combustibles fósiles, y utilizando como modelo el ciclo del carbono que se da en la naturaleza. Si hasta ahora los esfuerzos empresariales en este ámbito se concentraban sobre todo en Europa, Japón y USA, han comenzado a surgir empresas muy activas también en Australia, Brasil, Canadá, China, Corea, India y Taiwán. Respecto a los años anteriores, el incremento de la capacidad productiva ha causado un gran crecimiento relativo de su aplicación en la industria del envasado.

En Europa, el consumo de bioplásticos en envases y embalajes alcanzó en el año 2003 las 40000 toneladas, duplicando el consumo de 2001. Los envases y embalajes ecológicos compostables pueden encontrarse hoy en numerosos supermercados de toda Europa. Algunas grandes cadenas comerciales de Francia, Gran Bretaña, Italia y Países Bajos han comenzado a utilizarlos principalmente para el envasado de productos frescos como frutas y verduras, y para productos de higiene personal. También se los utiliza en el agro.
El elevado precio, en comparación con los materiales plásticos sintéticos commodities no biodegradables, es una variable que paulatinamente se está modificando.

Debido a que durante el último año el precio de los plásticos sintéticos convencionales creció entre un 30 y un 80%, algunos bioplásticos ya han alcanzado competitividad en costos. Dado que en el año 2005 el azúcar y el almidón han sido materias primas más económicas que el petróleo, se piensa que optimizando los procesos de fabricación y mejorando la relación costo-producción, el futuro de los bioplásticos a largo plazo (20 a 30 años) sería promisorio*. Es por eso que muchas empresas han comenzado a invertir en la fabricación de estos materiales.

En el mercado actual, los expertos opinan que los bioplásticos tienen inserción en algunos nichos de mercado, pudiendo llegar a cubrir hasta un 10% del mercado total de aplicaciones en plásticos en Europa, que es de 40 millones de toneladas. De acuerdo con este potencial, el presupuesto para investigación, desarrollo y lanzamiento de productos con aprovechamiento de materias primas renovables se ha duplicado en Alemania en 2005, alcanzando la cifra de 54 millones de euros*.

El desarrollo del sector también es impulsado por el firme respaldo de la clase política en Europa. La normativa de envases y embalajes alemana incluyó a partir de mayo de 2005 un ítem especial para envases y embalajes “compostables certificados”. Dicha normativa, establece que durante la fase de lanzamiento los productos quedan exentos de la obligación de cuotas de recolección y reciclado. Se prevé así impulsar la utilización de los bioplásticos en ese país*.

La mayor parte de la materia prima para la producción de bioplásticos proviene de los residuos agrícolas. Para la obtención de almidón se utiliza maíz, otros cereales y papa, como por ejemplo en Países Bajos. Los carbohidratos de estas fuentes naturales, se utilizan para la producción de plásticos biodegradables como ser ácido poliláctico (PLA) y polihidroxialcanoatos (PHAs). También pueden obtenerse a partir de subproductos obtenidos en la elaboración de alimentos, como el suero de leche. Esta vía tecnológica permitiría reducir y aprovechar los residuos sólidos de la industria alimentaria, así como el compostaje haría otro tanto a nivel de los residuos sólidos urbanos.

Para mencionar algunos ejemplos de nuevas inversiones encaradas por grandes productores de materia prima cabe destacar:
· Toyota (Japón) construyó una planta piloto para la producción de PLA (1000 toneladas anuales).
· Hycail (Países Bajos) abrió una planta de 50000 toneladas anuales de PLA de capacidad instalada.
· En China, Tianan opera una planta de PHA.
· En Europa, Procter and Gamble Chemicals está planeando instalar una planta para productir PHA.

Aplicaciones de los bioplásticos

Entre las aplicaciones de bioplásticos más destacadas que se han presentado en las Ferias Kunststoffe 2004 e Interpack 2005, realizadas en Düsseldorf, Alemania, se pueden mencionar:

· films de PLA para envasar productos frescos: frutas y verduras, quesos y productos de panadería;
· bandejas termoformadas rígidas de PLA cristal con tapa, para productos de confitería, pastas frescas y otros productos frescos (ensaladas y ensaladas de fruta, etc.);
· botellas de PLA para agua mineral y productos lácteos;
· envases de PLA para CDs y componentes electrónicos;
· bandejas de PLA para dispositivos descartables de uso en medicina humana y diagnóstico;
· vajilla descartable de PLA (por ejemplo vasos descartables de dispensers de agua);
· bandejas de polímero sobre la base de almidón de maíz, solubles en agua, utilizadas para bombones de chocolate y galletitas;
· films biodegradables sobre la base de almidón, con macro y microperforaciones para permitir la respiración de frutas y vegetales envasados;
· films de celulosa modificada para envases de dulces, chocolates y productos de panadería;
· cintas adhesivas de celulosa modificada;
· bandejas fabricadas con Mater-Bi ® expandido (Novamont) -mezclas de almidón y polímeros sintéticos biodegradables- para productos frescos;
· films de Ecoflexâ (Basf) (poliésteres biodegradables) para bolsas de residuos orgánicos; films para uso en agricultura (plasticultura); envases de frutas, ensaladas, hortalizas frescas y productos congelados; se lo puede biorientar para obtener films stretch, similares a los usados en nuestros hogares para envolver alimentos); puede usarse también como recubrimiento de bandejas de celulosa o almidón; films de mezclas de Ecoflex ® con PLA y almidón, para envasado de alimentos con atmósfera modificada (MAP), etc.

Como se puede observar, el tema de los bioplásticos, en sus diversas facetas, tiene un gran potencial a futuro por su evidente aporte ecológico y aprovechamiento de recursos naturales renovables, lo que constituye sus principales fortalezas. Sin embargo, en el estado actual de la técnica, podrían ocupar nichos de mercado acotados debido, entre otras cosas, a su alto costo y a su baja resistencia a la acción de los microorganismos en aplicaciones a la intemperie y en productos de larga vida útil. Ello debe ser tenido en cuenta por las empresas en el momento del desarrollo de nuevos productos, y por las autoridades, para encarar legislaciones racionales referentes al manejo de los residuos sólidos urbanos, en función de las capacidades tecnológicas actuales y de la realidad socio-económica de cada comunidad.

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Fuente: http://www.inti.gov.ar/sabercomo/sc39/inti6.php

* “Bioplastics at the leading edge of change”. International Biodegradable Polymers Association & Working Groups (IBAW). Berlín, 30/01/06.

Autores: Lic. Gabriela Fernández, Ing. Alejandro Ariosti

Condiciones de Secado y de Proceso para Resinas Comunes

Algunas resinas absorben humedad en condiciones ambientales. Durante los procesos de inyección o extrusión, el exceso de humedad combinado con la alta temperatura de proceso pueden atacar a la resina y causar la degradación de la misma y/o tener efectos negativos en la apariencia de la pieza/lámina/película plástica. Estas condiciones también deben tomarse en cuenta al seleccionar una resina, pues de ello depende la inversión necesaria para tener un equipo de secado adecuado, además de los costos de secado, la flexibilidad para procesar diversas resinas (de uno o varios colores) y el tiempo requerido para cambiar de un material a otro y/o reaccionar rápido.

A continuación se muestran las condiciones de proceso recomendadas para secar resinas, así como las temperaturas recomendadas de masa fundida y de molde para las mismas.

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CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS A BAJAS TEMPERATURAS

El frío constituye una técnica de conservación ampliamente difundida en la industria de los alimentos.
A diferencia de otras técnicas de conservación, las bajas temperaturas permiten obtener productos con características similares a las del producto original, lo que resulta de especial importancia para su consumo de manera directa.
Asimismo, constituye un adecuado medio de conservación para las materias primas y los productos derivados de la industria alimentaria.

Producción de frío

Fundamentos termodinámicos de la refrigeración

La refrigeración puede definirse como el calor añadido al sistema para mantener la temperatura deseada de la sustancia que debe ser enfriada.
Esta temperatura es más baja que la del medio ambiente inmediato o alrededores. Para ello, la sustancia de trabajo, denominada refrigerante, absorbe calor a una temperatura baja, mientras que rechaza calor a una temperatura más elevada que la de los alrededores.

Las características generales de los sistemas de refrigeración son:
· Proceso continuo: La baja temperatura del foco frío debe ser alcanzada y mantenida
· Proceso no espontáneo: se absorbe calor a un a temperatura baja y se rechaza a una temperatura alta, requiriéndose el suministro de energía
· Proceso cíclico: la sustancia de trabajo debe ser retornada a las condiciones iniciales para que pueda ser nuevamente utilizada.
· Proceso inverso: el calor rechazado es mayor que el calor absorbido

El ciclo de Carnot operado a la inversa constituye el fundamento del ciclo de refrigeración, ya que mediante él se consigue el efecto inverso de la máquina térmica, pues se transporta energía desde el foco frío hasta el foco caliente. Este proceso consiste de dos procesos isotérmicos y dos procesos adiabáticos. Todos estos procesos son termodinámicamente reversibles.

Ciclo de refrigeración por compresión de vapor

Los intercambios de calor a temperatura constante pueden lograrse cuando se emplea un vapor como refrigerante, de manera que la absorción de calor desde el foco frío produzca su vaporización, mientras que el rechazo de calor al foco caliente de lugar a su condensación, lográndose de esta manera que estos procesos se efectúen a temperatura constante. Este ciclo queda enmarcado entre las líneas de líquido y vapor saturados, tanto en diagramas temperatura-entropía como presión-entalpía.
La compresión del refrigerante de manera posterior a la absorción de calor eleva su temperatura lo que permite que ceda calor en el foco caliente condensándose. Para llevar al refrigerante a las condiciones requeridas para la absorción de calor en el foco frío, este es expandido

La capacidad de refrigeración de un sistema de refrigeración indica la cantidad de calor que este es capaz de extraer del foco frío en una unidad de tiempo.

Los cálculos que se realizan en estos sistemas están encaminados a determinar el flujo de refrigerante que circula por el sistema, el consumo de energía, el coeficiente de funcionamiento y la capacidad de refrigeración, entre otros. El cálculo del ahorro de energía que se produce cuando un alimento puede almacenarse a una temperatura superior a otra resulta de especial importancia.

El grado de compresión queda determinado por las presiones de ebullición y condensación del refrigerante. Un aumento del grado de compresión provoca en el compresor de una etapa la reducción de su capacidad, la cual puede llegar a ser nula. Esto significa que no se puede lograr cualquier temperatura de ebullición manteniendo constante la temperatura de condensación. Asimismo, al aumentar la temperatura de condensación la temperatura de ebullición más baja que puede alcanzarse se hace también mayor.

Al disminuir la temperatura de ebullición y aumentar la temperatura de condensación se eleva la temperatura a la salida del proceso de compresión. Con el aumento de esta temperatura el coeficiente de funcionamiento disminuye debido al incremento en el trabajo de compresión. Una temperatura elevada en el cilindro del compresor empeora las condiciones de lubricación pues los aceites pierden sus propiedades lubricantes, lo que acelera el desgaste de los equipos. Además, al aumentar la diferencia entre las temperaturas del evaporador y el condensador las pérdidas en la expansión estrangulada se incrementan.

Las causas señaladas limitan los regímenes de trabajo del ciclo estándar antes señalado. Para razones de compresión (pcond / pebull) entre 7 y 10 resulta ventajoso la utilización de ciclos con más de una etapa de compresión los que se denominan ciclos de presiones múltiples.

En estos sistemas se introducen dos operaciones que son las de separación de vapor y enfriamiento intermedio de vapor. La primera está encaminada a separar el vapor que se produce durante la expansión, cuya cantidad puede resultar significativa si la razón de compresión es grande. Este vapor formado durante esta operación no realiza ningún efecto útil en el evaporador contribuyendo solo a incrementar las pérdidas de energía en el sistema. El enfriamiento intermedio del vapor entre las dos etapas de compresión origina una disminución en el trabajo de compresión. Este enfriamiento del vapor puede llevarse a cabo a expensas del líquido depositado en el tanque separador. Para ello el refrigerante en estado de vapor, proveniente del compresor de la etapa de baja, se hace burbujear en el refrigerante en estado líquido depositado en el tanque separador. Los cálculos que se realizan en estos ciclos son similares a los desarrollados en los ciclos estándares, a los que se adicionan los correspondientes a los flujos de refrigerantes que circulan por los ramales del sistema.
Estos ciclos con presiones múltiples son empleados en los casos en que se requieran bajas temperaturas de conservación. El almacenamiento de helados y la congelación de carnes constituyen ejemplos donde se aplican estos sistemas.

Refrigerantes

Se denomina refrigerante a la sustancia mediante la cual se efectúa el transporte de calor desde el cuerpo a enfriar o foco frío, hasta los alrededores o foco caliente.
Entre los refrigerantes se tienen los hidrocarburos halogenados, las mezclas azeotrópicas, los hidrocarburos, los compuestos inorgánicos y los compuestos orgánicos no saturados. Los hidrocarburos halogenados son obtenidos mediante la sustitución de uno o más átomos de hidrógeno en las moléculas de hidrocarburos por átomos de fluor y cloro. Entre estos se encuentran los conocidos freones, de los cuales el freón 12 constituye el de mayor riesgo para el medio ambiente por los daños que ocasiona sobre la capa de ozono.
Sobre la base del Protocolo de Montreal se ha establecido un plazo para su sustitución definitiva, existiendo también un cronograma para la sustitución paulatina de otros refrigerantes halogenados.
Entre los compuestos inorgánicos el amoníaco resulta el más empleado en la actualidad.

A pesar de que son muchas las sustancias que pudieran ser utilizadas como refrigerantes, solo un determinado número de ellas pueden emplearse como tales. Estas sustancias deben reunir toda una serie de requisitos, por lo que la elección de un refrigerante debe tomar en consideración diversos criterios como son:
· Criterios térmicos: presión a las temperaturas de ebullición y condensación, temperatura crítica, razón de compresión, calor absorbido en el evaporador por unidad de volumen del vapor aspirado por el compresor, temperatura de congelación, calor latente de vaporización y calor específico del líquido y del vapor.
· Criterios técnicos: Acción sobre los metales y sus aleaciones, acción sobre los lubricantes, efecto sobre el medio a enfriar, comportamiento en presencia de agua, coeficientes de transferencia de calor del líquido y del vapor, tendencia a las fugas y su detección y viscosidad.
· Criterios de seguridad: toxicidad, inflamabilidad y no formar mezclas explosivas con aire.
· Criterios medio-ambientales: acción sobre la capa de ozono

No existe un refrigerante que cumpla con todos los requisitos señalados, por lo que su elección debe realizarse tomando en cuenta las particularidades de la aplicación. En la actualidad los requisitos ambientales se consideran una limitante para la elección.

La transferencia de calor entre el cuerpo enfriado y el refrigerante se puede efectuar de manera directa o indirecta. La forma directa es aquella en la que se produce el intercambio entre el refrigerante y el medio enfriado (aire en una cámara refrigerada, por ejemplo). En tales casos el refrigerante se denomina primario. En la forma indirecta se emplea un refrigerante auxiliar, de manera que el calor se trasmite de este refrigerante auxiliar y de este a un refrigerante primario en el evaporador. Este refrigerante auxiliar constituye un refrigerante secundario.
Los refrigerantes secundarios también deben responder a una serie de requerimientos. En el caso de requerirse temperaturas de congelación son empleadas las soluciones salinas denominadas salmueras. Un aspecto de interés práctico lo constituye la selección de la salmuera así como su composición.