Ecología Fisiología Vegetal

Las chanclas a base de algas podrían erradicar toneladas de desechos plásticos.

Las chanclas representan un porcentaje preocupante de desechos plásticos que terminan en los vertederos, en las costas y en nuestros océanos. Los científicos de la Universidad de California en San Diego han pasado años trabajando para resolver este problema y ahora han dado un paso más hacia el cumplimiento de esta misión.

Siguiendo con su química, el equipo de investigadores formuló espumas de poliuretano, hechas de aceite de algas, para cumplir con las especificaciones comerciales de los zapatos con entresuela y la plantilla de las chanclas. Los resultados de su estudio se publican en Bioresource Technology Reports y describen el desarrollo exitoso del equipo de estos materiales sostenibles, listos para el consumidor y biodegradables.

La investigación fue una colaboración entre UC San Diego y la empresa emergente Algenesis Materials, una empresa de ciencia y tecnología de materiales. El proyecto fue codirigido por la estudiante graduada Natasha Gunawan de los laboratorios de los profesores Michael Burkart (División de Ciencias Físicas) y Stephen Mayfield (División de Ciencias Biológicas), y por Marissa Tessman de Algenesis. Es la última de una serie de publicaciones de investigación recientes que en conjunto, según Burkart, ofrecen una solución completa al problema de los plásticos, al menos para los poliuretanos.

“El documento muestra que tenemos espumas de calidad comercial que se biodegradan en el entorno natural”, dijo Mayfield. “Después de cientos de formulaciones, finalmente logramos una que cumplía con las especificaciones comerciales. Estas espumas tienen un 52 por ciento de biocontenido; eventualmente llegaremos al 100 por ciento».

Además de diseñar la formulación correcta para las espumas de calidad comercial, los investigadores trabajaron con Algenesis no solo para fabricar los zapatos, sino también para degradarlos. Mayfield señaló que los científicos han demostrado que productos comerciales como poliésteres, bioplásticos (PLA) y plásticos de combustibles fósiles (PET) pueden biodegradarse, pero solo en el contexto de pruebas de laboratorio o compostaje industrial.

“Redesarrollamos poliuretanos con monómeros de base biológica desde cero para cumplir con las altas especificaciones de materiales para zapatos, manteniendo la química adecuada, en teoría, para que los zapatos pudieran biodegradarse”, explicó Mayfield.

A) Síntesis y estructura general de poliéster poliol y poliuretano (PU). B) Prototipo de flip-flop de PU a base de algas Algenesis.

Al poner a prueba sus espumas personalizadas sumergiéndolas en abono y suelo tradicionales, el equipo descubrió que los materiales se degradaban después de solo 16 semanas. Durante el período de descomposición, para tener en cuenta cualquier toxicidad, un equipo de científicos dirigido por Skip Pomeroy de UC San Diego midió cada molécula desprendida de los materiales biodegradables. También identificaron los organismos que degradaban las espumas.

“Tomamos las enzimas de los organismos que degradan las espumas y demostramos que podíamos usarlas para despolimerizar estos productos de poliuretano, y luego identificamos los pasos intermedios que tienen lugar en el proceso”, dijo Mayfield. “Luego demostramos que podíamos aislar los productos despolimerizados y usarlos para sintetizar nuevos monómeros de poliuretano, completando un ‘bioloop’”.

Esta reciclabilidad total de los productos comerciales es el siguiente paso en la misión continua del científico de abordar los problemas actuales de producción y gestión de desechos que enfrentamos con los plásticos, que si no se abordan, resultarán en 13 mil millones de toneladas métricas de plástico en los vertederos o en el medio ambiente natural por 2050. Según Pomeroy, esta práctica nociva para el medio ambiente comenzó hace unos 60 años con el desarrollo de plásticos.

“Si pudiera retroceder el reloj y volver a imaginar cómo podría hacer la industria de los polímeros de petróleo, ¿lo haría hoy de la misma manera que lo hicimos hace años? Hay un montón de plástico flotando en todos los océanos de este planeta que sugiere que no deberíamos haberlo hecho de esa manera”, señaló Pomeroy.

Si bien comercialmente está encaminado a la producción, hacerlo de manera económica es una cuestión de escala que los científicos están trabajando con sus socios de fabricación.

«La gente se está acercando a la contaminación plástica del océano y comienza a demandar productos que puedan abordar lo que se ha convertido en un desastre ambiental», dijo Tom Cooke, presidente de Algenesis. «Resulta que estamos en el lugar correcto en el momento correcto». 

Los esfuerzos del equipo también se manifiestan en el establecimiento del Centro de Materiales Renovables en UC San Diego. Iniciado por Burkart, Mayfield, Pomeroy y sus co-fundadores Brian Palenik (Scripps Institution of Oceanography) y Larissa Podust (Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences), el centro se centra en tres objetivos principales: el desarrollo de monómeros renovables y sostenibles hechos de algas y otras fuentes biológicas; su formulación en polímeros para diversas aplicaciones, la creación de plataformas de biología sintética para la producción de monómeros y componentes reticulantes; y el desarrollo y comprensión de la biodegradación de polímeros renovables.

“La vida útil del material debe ser proporcional a la vida útil del producto”, dijo Mayfield. «No necesitamos material que permanezca durante 500 años en un producto que solo usará durante uno o dos años».

Mayor información: Natasha R.Gunawan, MarissaTessman, Ariel C.Schreiman, et al. «Rapid biodegradation of renewable polyurethane foams with identification of associated microorganisms and decomposition products». Science Direct, Published: 18 July, 2020.

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