Biopolímeros les hacen dura competencia a los plásticos convencionales
Son amigables con el medioambiente, tienen gran aplicabilidad y variedad de usos y son menos caros.
César Augusto García Echeverry, investigador, cuya tesis de maestría fue acogida para desarrollar el tema.
El grupo Biotransformación, de la Escuela de Microbiología, junto con el grupo Sidcop, ambos de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Antioquia, se propusieron, mediante herramientas matemáticas, optimizar la producción de biopolímeros.
Es este un tipo de plástico que se produce a partir de un residuo industrial llamado vinaza que, por su potencial, podría llegar a reemplazar a los polímeros o plásticos convencionales.
La vinaza, residuo líquido resultante de procesos desarrollados por la industria sucro-alcoholera o empresas productoras de azúcar y alcohol, por su alto contenido orgánico rico en sales y en material disuelto, genera procesos biológicos bastantes complejos que terminan contaminando ecosistemas naturales si no son correctamente dispuestos.
Normalmente una parte del residuo se destina como alimento para el ganado o a compostaje, con el fin de degradarlo por medios naturales; pero por las cantidades que se generan, se vuelve inmanejable para las empresas que terminan por pagar un alto precio en impuestos ambientales.
Por cada litro de alcohol se producen, en promedio, de 13 a 14 litros de vinazas por lo que es muy importante darle el tratamiento adecuado a este residuo que, de otra forma, resulta altamente dañino.
"La producción de biopolímeros alrededor del mundo data de un siglo atrás"
El desecho, insumo principal de esta investigación, es suministrado de forma gratuita por la empresa Incauca y transportado en tanques por personal de la universidad.
Una vez en el laboratorio, las vinazas se caracterizan para analizar que las bacterias presentes en ellas tengan las condiciones óptimas de PH, temperatura y oxígeno para crecer y producir el polímero.
Luego se hacen montajes en lote y se escala a los reactores de 50 y 500 litros, respectivamente. Durante el proceso, se debe garantizar que las bacterias presentes tengan las condiciones óptimas de PH, temperatura y oxígeno para crecer y producir el polímero. La fermentación dura 28 horas y se sacan muestras cada cuatro para analizar el avance del proceso.
El residuo que se obtiene al final se centrifuga y, luego, por un proceso de extracción con solvente, se seca. El resultado es un polvo granulado, pequeñas películas de un plástico que puede ser maleable.
Las bacterias de la vinaza son no patógenas, no afectan al humano ni al ambiente. Lo que hacen es que se consumen ciertos nutrientes como sales y azúcares y, a medida que lo hacen, como parte adaptativa, producen su propio alimento porque saben que no siempre lo van a tener.
Van comiendo y van acumulando dentro de ellas los gránulos o cristales de polímero y, en el momento en que han producido lo suficiente, se les puede extraer el plástico.
Los biopolímeros, bioplásticos o polímeros de origen biológico obtenidos tienen la ventaja de ser biodegradables, a diferencia de los polímeros o plásticos convencionales que, al tener altas resistencias mecánicas y térmicas, terminan acumulándose hasta por mil años en ambientes marinos, especialmente cerca de las costas africanas.
Múltiples usos de los biopolímeros
Tanta es la producción y la mala disposición de los plásticos que en revistas indexadas científicas ya se habla de un nuevo continente y un continente plástico. Por otro lado, el potencial de aplicabilidad de los biopolímeros es mucho más alto que el de los plásticos convencionales, pudiendo ser utilizados incluso en aplicaciones más sofisticadas como la regeneración de tejidos en personas que han sufrido quemaduras.
Se fabrican unas membranas semejantes a mallas. La persona las pone en las zonas afectadas, permitiendo que las células, por ser biocompatibles, crezcan normalmente.
Para César Augusto García, magister en ingeniería química, docente e investigador que ha estado de principio a fin en el proceso, ha sido una sorpresa que de un desecho se obtenga un polímero de una calidad tan prometedora.
Por ahora, con el biopolímero obtenido se evalúa la posibilidad de emplearlo en aplicaciones de tipo químico como, por ejemplo, la retención y remoción de tintas colorantes en afluentes de agua y la absorción de compuestos órgano-clorados para remoción de aguas contaminadas con hidrocarburos.
César Augusto García Echeverry ha estado de principio a fin en el proyecto.
También se espera que en un tiempo estos puedan usarse con miras a aplicaciones termoplásticas para obtener empaques, bolsas o aplicaciones cotidianas como carcasas para celulares y para computadores, entre otros.
La producción de biopolímeros alrededor del mundo data de un siglo atrás. Sin embargo, a escala industrial comenzó hace solo unos 20 años, algo muy reciente en términos de investigación si se tiene en cuenta que los plásticos convencionales llevan más de 100 años de estudio y uso.
En el caso puntual de Colombia no existen registros de producción de biopolímeros a esta escala, pese a contar con una importante disponibilidad en productos agroindustriales que constituyen la materia prima y el conocimiento sobre cómo desarrollar el proceso.
Como el reto está en la productividad a gran escala, el objetivo de este proyecto, financiado por Colciencias, que ya cumple dos años y culmina en marzo del 2018, es maximizar producción y poder obtener el polímero en escalas más grandes manteniendo las propiedades deseadas, como se ha dicho, usando herramientas matemáticas y de ingeniería.
En ese sentido, fue diseñada una estrategia denominada control optimizante, desarrollada en simulación por computador que permite asegurar las características deseadas en el producto y mantener la calidad requerida del biopolímero producido. La misma fue validada a nivel experimental en la planta piloto del grupo de Biotransformación.
"El impacto en el uso y la aplicación de estos plásticos va a ser muy grande, va a competir con un sector que ya está muy bien posicionado"
El proyecto es con miras a ofrecer productos y servicios. La idea es usar los resultados de la investigación para hacer y ofrecer polímeros a la carta, es decir, para generar un polímero con las características especiales que los requiera el cliente, dependiendo de la aplicación que se desee.
“El impacto en el uso y la aplicación de estos plásticos va a ser muy grande, va a competir con un sector que ya está muy bien posicionado. Pero, una vez se llegue a un buen proceso con buen tiempo y buena inversión, van a llegar a desplazar a los plásticos tradicionales”, expresa el investigador García.
Cabe indicar que, según él, aunque hay empresas interesadas en la tecnología que se produce, muchas de ellas no se involucran en la investigación, pero sí observan desde lejos esperando a ver si resulta.
“Quieren resultados, pero no invierten. El sector privado es poco lo que aporta y el público poco lo que estimula. Lamentablemente así se hace investigación en el país”, agregó.No obstante, la iniciativa avanza hacia la meta en productividad.
Impulsando el desarrollo de Colombia
El grupo de Biotransformación de la Universidad de Antioquia fue creado en el 2006 y está integrado por profesionales de diferentes disciplinas que, a su vez, apoyan la formación de estudiantes de pregrado y posgrado de la institución pública de educación superior.
Desarrolla proyectos de investigación en seis líneas de acción: biopolímeros, bioprospección microalgal, biotecnología de ácidos orgánicos, biotecnología microbiana, tecnología enzimática y tecnologías del bioetanol.
En la realización de proyectos en la línea de investigación de biopolímeros, basados en recursos renovables y biodegradables, lleva más de cinco años. Con el apoyo de Sidcop tienen como propósito fortalecer la industria de biotecnología en el país, con procesos y productos rentables pero amigables con el medio ambiente que hagan buen uso de la biodiversidad.
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