Ambientalistas se enfocan en plásticos 'tóxicos'

Clare Goldsberry | 29 de marzo de 2021

Hace varios años, la Universidad de Minnesota (UMN) obtuvo una patente de EE. UU. para sus plásticos a base de lignina de alta resistencia (20140254, Dr. Simo Sarkanen), una nueva generación de plásticos de lignina que presentan "un contenido de lignina muy alto y exhiben comparables: o incluso superiores, propiedades en comparación con el PMMA (polimetilmetacrilato) y el poliestireno (PS) convencionales. Estos materiales poliméricos innovadores contienen al menos un 80 % de lignina y están compuestos predominantemente por sulfonato de lignina metilado o no metilado", dijo la UMN.

En ese momento, los plásticos a base de lignina carecían de propiedades mecánicas satisfactorias y los procesos anteriores habían limitado la cantidad de lignina que se podía incorporar, ya que presentaban una degradación significativa con más del 35 al 40 % del contenido de lignina. Los materiales plásticos y poliméricos con alto contenido de lignina mostraron una resistencia a la tracción prometedora con formulaciones que usaban un contenido de lignina del 85 al 100 %.

Esos plásticos no solo eran más fuertes que los polímeros actuales a base de lignina en ese momento, sino que agregaron valor a las industrias de biorrefinación y pulpa que producen lignina como subproducto y, con mayor frecuencia, la quemaron para obtener su valor de combustible. UMN declaró que esta tecnología "ofrece una ruta para obtener un valor comercial significativo de la lignina en forma de un nuevo plástico renovable".

En 2018, el Instituto de Investigación de Recursos Naturales (NRRI) de la UMN anunció una subvención de $ 3 millones del Departamento de Agricultura de EE. UU. a la Iniciativa de Bioeconomía y Productos de Madera de NRRI para desbloquear el potencial de la lignina como un bioplástico renovable de alto valor. El objetivo era desarrollar un proceso patentado que separa los compuestos de la pared celular de un árbol (celulosa, hemicelulosa y lignina) para fabricar un plástico que pueda reemplazar al popular acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS). La lignina se convertiría en resina ABL (acrilonitrilo-butadieno-lignina), con un valor aproximado de $1,20 por libra, y competiría directamente con el ABS.

El NRRI afirmó que el instituto comenzaría a desarrollar productos de revestimiento compuesto a partir de las especies de álamos híbridos de crecimiento rápido de Minnesota. Dentro de tres años, los planes eran tener suficientes cantidades de resina a base de lignina para demostrar sus propiedades. Luego planeó diversificarse en el mercado automotriz y más.

La fabricación de plásticos a partir de madera es ahora una tendencia, impulsada por el deseo de crear plásticos biodegradables con la resistencia mecánica de los plásticos de origen fósil. Cada semana recibo más comunicados de prensa sobre empresas que recurren a alternativas al plástico a base de madera y plantas. La semana pasada, una noticia de Forest.fi, una organización de noticias que promueve el sector forestal en Finlandia, sobre un proyecto para reemplazar la espuma de poliestireno y el plástico de burbujas con productos a base de madera. "El proyecto se basa en la biomimética, un campo que emula los fenómenos naturales", dijo el profesor Mikko Alava en un comunicado de prensa de la Universidad Aalto. "Usamos IA para desarrollar una espuma con propiedades similares a la madera, como fuerza, flexibilidad y resistencia al calor".

Los investigadores se esfuerzan por optimizar las propiedades de la espuma, una mezcla de lignina, fibra de madera y laponita (nanoarcilla), que puede procesarse en espuma resistente a los golpes y al calor y usarse en lugar de plástico. La lignina, explicaba la noticia, es el "compuesto que une las fibras de la madera. Como espuma seca, es dura y resistente al agua e incluso conduce la electricidad".

Este mismo método, según los investigadores, "se puede usar para hacer espuma con zanahorias, arándanos rojos o remolacha en polvo, y eso se puede procesar en papas fritas que se asemejan a papas fritas", dijo el investigador Juha Kivisto.

PulPac, PA Consulting y Seismic Solutions anunciaron recientemente que estas empresas han unido fuerzas para reemplazar los plásticos de un solo uso con una novedosa "tecnología de fibra moldeada en seco sostenible y asequible". PulPac ha sido "pionero en la tecnología de moldeo de celulosa (pulpa de madera), lo que permite a los clientes reemplazar los plásticos de un solo uso con una alternativa sostenible y rentable a nivel mundial".

Recientemente, Ren Com AB cambió su nombre a Lignin Industries AB. La empresa con sede en Suecia produce Renol, un aditivo de lignina basado en pulpa de madera que actúa como bioaditivo para termoplásticos vírgenes, incluidos ABS, PE, PP y otros. Según el sitio web de Lignin Industries, 80 millones de toneladas de lignina, un subproducto de la industria de la pulpa, se procesan en todo el mundo, "lo que lo convierte en el subproducto natural más grande del mundo. Hoy en día, el 99 % de la lignina producida se quema por su valor energético".

El 18 de marzo fue el Día Mundial del Reciclaje y recibí un comunicado de prensa del Consejo de Productos a Base de Plantas (PBPC, por sus siglas en inglés) que promueve productos a base de plantas elaborados con materiales renovables, como cultivos agrícolas y desechos de alimentos. Estos productos a base de plantas también son fáciles de desechar mediante el compostaje y el reciclaje, dijo la información. Los miembros de PBPC incluyen PepsiCo, Sweetgreen Georgia-Pacific y muchas otras empresas pequeñas y grandes.

El uso de la madera para fabricar productos a base de papel, como muchos artículos de un solo uso necesarios para la comida para llevar y el embalaje para enviar productos, además del uso de gránulos de madera para quemar como combustible para calentar los hogares, significa que necesitaremos un muchos árboles y otras plantas para satisfacer la necesidad de millones de productos.

Convertir árboles en plástico también se está convirtiendo en algo de moda a nivel académico. Yale y la Universidad de Maryland acaban de anunciar que un equipo de investigación, dirigido por el profesor de la Escuela de Medio Ambiente de Yale (YSE) Yuan Yao y Liangbing Hu de la Universidad de Maryland, ha creado un "bioplástico de alta calidad a partir de subproductos de la madera que esperan pueda resolver uno de los problemas ambientales más apremiantes del mundo [los desechos plásticos]". Según el anuncio, los esfuerzos para "pasar de los plásticos petroquímicos a los plásticos renovables y biodegradables han resultado complicados: el proceso de producción puede requerir productos químicos tóxicos y es costoso, y la resistencia mecánica y la estabilidad del agua a menudo son insuficientes". Sin embargo, estos investigadores afirman haber logrado un "gran avance en el uso de subproductos de la madera que prometen producir bioplásticos más duraderos y sostenibles".

Un estudio publicado en Nature Sustainability, en coautoría con Yao, describe el proceso de deconstrucción de la matriz porosa de la madera natural en una suspensión. Los investigadores dicen que el material resultante muestra una alta resistencia mecánica, estabilidad al contener líquidos y resistencia a la luz ultravioleta. También se puede reciclar o biodegradar de manera segura en el entorno natural y tiene un impacto ambiental de ciclo de vida más bajo que los plásticos a base de petróleo y otros plásticos biodegradables.

"Hay muchas personas que han intentado desarrollar este tipo de polímeros en plástico, pero los hilos mecánicos no son lo suficientemente buenos para reemplazar los plásticos que usamos actualmente, que se fabrican principalmente a partir de combustibles fósiles", dijo Yao. "Hemos desarrollado un proceso de fabricación directo y simple que genera plásticos a base de biomasa a partir de la madera, pero también plástico que ofrece buenas propiedades mecánicas".

Este nuevo plástico se puede utilizar para fabricar películas para bolsas y embalajes de plástico; también se puede moldear en diferentes formas con el "potencial de uso en la fabricación de automóviles". Yao dirigió una evaluación integral del ciclo de vida para probar el impacto ambiental del bioplástico frente a los plásticos comunes. Las láminas de bioplástico que estaban enterradas en el suelo se fracturaron después de dos semanas y se degradaron por completo después de tres meses. Sin embargo, Yao no reveló el grosor de las láminas utilizadas. Los investigadores dijeron que el bioplástico se puede volver a descomponer en la suspensión mediante agitación mecánica, lo que también permite el disolvente eutéctico profundo (DES), una nueva clase de disolventes formados al mezclar cloruro de colina (sal de amonio cuaternario con caiton de colina y anión de cloruro) con donantes de enlaces de hidrógeno para ser recuperados y reutilizados.

Como la mayoría de los nuevos desarrollos, la ley de las consecuencias imprevistas siempre está en juego. Si bien el proceso actualmente utiliza subproductos de la madera, como el aserrín de las instalaciones de procesamiento de madera, los investigadores señalan que son "muy conscientes de que la producción a gran escala podría requerir el uso de cantidades masivas de madera, lo que podría tener implicaciones de gran alcance en los bosques, gestión de la tierra, ecosistemas y cambio climático, por nombrar algunos". Yao dijo que el equipo de investigación ya comenzó a trabajar con un ecologista forestal para crear modelos de simulación forestal, vinculando el ciclo de crecimiento de los bosques con el proceso de fabricación.

En algún momento, todas estas empresas y universidades que están tratando de hacer "plástico" a partir de cualquier cosa, además del gas natural y el petróleo del almacén de la naturaleza de la biomasa antigua, tendrán que decidir si usan nuevos árboles que tardan décadas en crecer y sirven como carbono. fregaderos vale la pena. Al menos tenemos la suerte de estar en un período interglacial en el que el clima es más cálido y el aumento de CO2 está alimentando a los árboles y plantas con los nutrientes necesarios para acelerar las tasas de crecimiento.

Eso es bueno porque Eastman, Eastman Foundation y Georgia Pacific (GP) Cellulose están trabajando juntos en cooperación con Longleaf Alliance para proporcionar 60,000 plántulas de pino de hoja larga al Parque Estatal Torreya en el noroeste de Florida. Según el anuncio, la colaboración de conservación tiene como objetivo "ayudar a proteger los ecosistemas forestales, apoyar a las delicadas comunidades de vida silvestre y ayudar a reparar el planeta para las generaciones futuras".

El Parque Estatal Torreya fue seleccionado debido a la devastación del área causada por el huracán Michael en 2018. Según la Asociación Forestal de Florida, hay 17 millones de acres de bosques en Florida, que cubren casi la mitad del área total del estado. La industria forestal aporta $25 mil millones a la economía del estado, y 10 condados dependen económicamente de la industria forestal, según el anuncio. Obviamente, vamos a necesitar más bosques para cumplir con los requisitos del mayor desarrollo de plásticos de árboles y plantas.

Los materiales compuestos de madera y plástico (WPC) son populares hoy en día para cubiertas, barandas, cercas y revestimientos. Estos materiales utilizan plásticos reciclados mezclados con aserrín de madera y, en las últimas dos décadas, se han convertido en materiales de construcción populares debido a sus beneficios casi libres de mantenimiento. Los WPC tienen un papel que desempeñar en la ecología y como una forma de utilizar los desechos de madera junto con los desechos plásticos.

Sin embargo, hasta ahora no he encontrado ninguna información sobre si alguno de los materiales bioplásticos a base de lignina se ha comercializado a escala para hacerlos económicamente competitivos con los plásticos tradicionales o los compuestos convencionales de madera y plástico. Supongo que hacer estos materiales a base de lignina no es tan rentable como los polímeros tradicionales. Pueden pasar muchos años antes de que se conviertan en una alternativa viable a los materiales plásticos reciclables.

De hecho, realmente tengo que cuestionar la sensatez de usar cantidades masivas de árboles y materia vegetal para hacer un bioplástico que prometa biodegradabilidad con la resistencia mecánica del plástico de combustibles fósiles, especialmente cuando la tasa real de biodegradación de estos materiales es cuestionable.

¿Dónde están todos los "abraza-árboles" cuando los necesitas?

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