Contaminación plástica: la ingeniería microbiana creó un material infinitamente reciclable

La cantidad de residuos plásticos que se ha generado aumentó más en una sola década -la de 2000- que en los 40 años anteriores. Hoy son un grave problema. Además, el 36% de todos los plásticos producidos se utilizan en envases, incluidos los de un solo uso para envases de alimentos y bebidas, y aproximadamente el 85% se depositan en vertederos o como residuos sin regulación, según el Programa de Ambiente de Naciones Unidas.

La mayoría de los plásticos no pueden reciclarse y muchos utilizan productos petroquímicos finitos y contaminantes como ingredientes básicos. Desde las ciencias ahora se están buscando alternativas con diferentes puntos de partida que van desde las bacterias hasta el almidón de mandioca y la yerba mate, que es una planta originaria de Sudamérica.

“Hoy en el mundo hay una mayor conciencia sobre los efectos negativos del uso y el descarte de los plásticos, y se están desarrollando varias alternativas que son más amigables con el ambiente. En algunos proyectos buscamos reemplazar totalmente el uso de los plásticos. En otros, en cambio, se intenta reemplazarlos parcialmente en algunas capas de los productos que incluyen plásticos”, contó a Infobae la doctora Lucía Famá, investigadora del Laboratorio de Polímeros y Materiales Compuestos del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires (UBA) y el Conicet en la Argentina.

Si bien los beneficios de las alternativas se prueban en los laboratorios, uno de los mayores desafíos hoy es conseguir el nivel de producción con la misma escala que alcanzaron los plásticos tradicionales en el pasado, señaló la científica.

Por eso, los plásticos de origen fósil no son fáciles de sustituir: su producción es barata y son duraderos. Esto último es una gran ventaja cuando se usa, pero no cuando acaba en un vertedero o en el ambiente.

Otra dificultad es que los desarrollos se hacen en instituciones científicas y necesitan que haya empresas que estén dispuestas a invertir en las nuevas opciones de materiales más amigables.

Los bioplásticos, que ya se usan, representen menos del 1% del mercado, y están producidos a partir de la caña de azúcar, las algas, los residuos del plátano o el marisco. Días atrás, investigadores del Laboratorio Berkeley, que depende del Departamento de Energía de los Estados Unidos, dieron un gran paso hacia una mejor escalabilidad, que contaron en detalle a Infobae.

Lograron ahora crear, a través de la ingeniería de microbios, una alternativa a los ingredientes iniciales de un plástico infinitamente reciclable, que se conoce como “poli(diketoenamina)” o PDK. Lo publicaron en la revista Nature Sustainability,

“Los termoplásticos, principalmente los utilizados en envases flexibles, se sustituyen cada vez más por alternativas sostenibles, incluidos los bioplásticos compostables. Sin embargo, en el caso de los termoestables, hay pocas opciones, por lo que hemos hecho hincapié en las actividades de investigación y desarrollo para que los productos permanezcan en manos de las personas durante más tiempo”, comentó a Infobae el doctor Brett Helms, el científico que lideró el proyecto.

Consiguieron por primera vez integrar bioproductos para fabricar un PDK predominantemente biológico. A diferencia de los plásticos tradicionales, el PDK puede descomponerse indefinidamente en bloques de construcción y transformarse en nuevos productos sin que pierda la calidad.

“Introdujimos genes en bacterias Escherichia coli, que nos permiten producir las materias primas de los plásticos PDK en un proceso que puede escalarse a volúmenes industriales a bajo costo”, explicó Helms. Sería una opción también para los países de medianos y bajos recursos.

“Las bacterias se alimentan con azúcar en tanques y producen las sustancias químicas mediante fermentación, de forma similar a la cerveza y el vino. La fermentación puede llevarse a cabo prácticamente en cualquier lugar donde haya un suministro de azúcar de bajo costo”, precisó el científico.

Cuando empezaron a desarrollar el PDK, se utilizaban bloques de construcción que eran derivados de productos petroquímicos. Pero ahora esos ingredientes pueden rediseñarse y producirse con microbios.

Después de cuatro años, los científicos manipularon la bacteria para convertir azúcares de plantas en algunos de los materiales de partida -una molécula conocida como lactona de ácido triacético, o bioTAL- y pudieron producir un PDK con aproximadamente un 80% de biocontenido.

Para Jeremy Demarteau, otro integrante del equipo que contribuye al desarrollo del biopolímero, los resultados ya alcanzados demuestran “que la vía hacia el 100% de biocontenido en plásticos reciclables es factible. Lo verán de nosotros en el futuro”.

Los PDK pueden utilizarse para una gran variedad de productos, como adhesivos, artículos flexibles como cables de ordenador o correas de reloj, materiales de construcción y “termoestables resistentes”, plásticos rígidos fabricados mediante un proceso de curado.

Cuando se incorporó el bioTAL al material se amplió su rango de temperatura de trabajo hasta 60 grados centígrados en comparación con la versión petroquímica. Esa ventaja abre la puerta a la posibilidad de utilizar los PDK en artículos que necesiten temperaturas de trabajo específicas, como los equipamientos para usar en deportes y en piezas como los paragolpes de autos.

Otro de los expertos, Jay Keasling, profesor de la Universidad de Berkeley, justificó por qué es necesario el desarrollo de los materiales alternativos. “No podemos seguir utilizando nuestras menguantes reservas de combustibles fósiles para alimentar este insaciable deseo de plásticos”, sostuvo.

“Queremos ayudar a resolver el problema de los residuos plásticos creando materiales que sean biorenovables y circulares, y ofreciendo un incentivo a las empresas para que los utilicen. Así la gente podría tener los productos que necesita durante el tiempo que los necesita, antes de que esos artículos se transformen en algo nuevo”, comentó.

El estudio publicado también se basa en un análisis ambiental y tecnológico de 2021, que demostró que el plástico PDK podría ser comercialmente competitivo con los plásticos convencionales si se produjera a gran escala.

“Nuestros nuevos resultados son muy alentadores. Hemos descubierto que, incluso con modestas mejoras en el proceso de producción, pronto podríamos estar fabricando plásticos PDK de origen biológico que sean más baratos y que emitan menos dióxido de carbono que los fabricados con combustibles fósiles”, dijo Corinne Scown.

A través de esas mejoras, existe posibilidad de que se acelere la velocidad en la que los microbios convierten los azúcares en bioTAL, se usen bacterias que puedan transformar una mayor variedad de azúcares derivados de plantas y otros compuestos, y se alimente la instalación con energía renovable. El trabajo contó con el apoyo de la Oficina de Tecnologías Bioenergéticas del Departamento de Energía.

Hay otros desarrollos en curso. El grupo de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA y el Conicet lleva adelante diferentes líneas de investigación. Tienen en cuenta todo lo que aprendieron en el desarrollo de los barbijos que se hicieron y vendieron para prevenir el COVID-19.

Algunos biomateriales podrían ser útiles para reemplazar algunas capas de los envases de los productos. Otros podrían reemplazar a los films que se usan para proteger a los alimentos dentro de la heladera y que luego se desechan generando basura.

“Estamos desarrollando films a partir del almidón de mandioca y del extracto de la yerba mate, que son comunes en nuestra región. Lo hacemos usando una máquina que es similar a la que se utiliza con los plásticos. Se genera un efecto plastificante, pero ya comprobamos que los materiales se desintegran tras 10 semanas de enterramiento, y eso puede contribuir a la reducción de residuos”, contó Famá. Ya publicaron resultados en la revista Carbohydrates Polymers. Cuentan con fondos del Conicet y la Agencia Nacional de Promoción de la Investigación, el Desarrollo Tecnológico y la Innovación, a cargo de Fernando Peirano.

“Estos materiales podrían usarse no solo para proteger mejor al ambiente sino para que brinden efectos antioxidantes y antimicrobianos en diferentes productos, como los alimentos o las bebidas”, resaltó. Es decir, serían envases biodegradables y funcionales, y se busca también que tengan bajos costos.

En tanto, en el Reino Unido, un grupo de científicos desarrolla también otra alternativa. Manipuló genéticamente también a la bacteria Escherichia coli para transformar residuos plásticos en vainillina, según informaron en la revista Green Chemistry. En lugar de perseguir solo el reciclado de los residuos plásticos para obtener más plástico, los investigadores hicieron que el plástico fuera materia prima para las células microbianas para luego transformarlo en algo de mayor valor y utilidad industrial.

De acuerdo con Stephen Wallace, de la Universidad de Edimburgo, la biotransformación “no se limita a sustituir un proceso químico actual, sino que consigue algo que no se puede hacer con los métodos sintéticos modernos”.

El tereftalato de polietileno (PET) es uno de los tipos de plástico más utilizados. Uno de sus componentes es el ácido tereftálico. Los investigadores usaron la ingeniería genética para crear una cepa de la bacteria que convierte al ácido tereftálico en vainillina, que es la molécula responsable del olor y el sabor característicos de la vainilla.

Se estima que la vainillina derivada directamente de los residuos plásticos podría cumplir las normas para usarla en productos cosméticos u otras aplicaciones como producto químico a granel.

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