Proceedings Template - WORD

Desarrollo de la Industria Sostenible: Produccin de bioplstico

Evelyn Milagros Frisancho TalaveraUniversidad Catlica de Santa MaraPrograma Profesional de Ingeniera Industrial 054- 957902733efrisanchot@gmail.com

RESUMENEl siguiente documento destacar las ventajas de la produccin del bioplstico sobre el plstico convencional para una industria medio ambientalmente responsable, adems pretende incentivar la produccin de bioplstico en nuestro pas utilizando materia prima que se extrae de nuestro suelo tales como los tubrculos oriundos y reconocer fuentes opcionales de materia prima para la produccin de bioplstico.

Los bioplasticos pueden provenir de distintas fuentes orgnicas y tienen la propiedad de ser biodegradables y biocompostables, adems pueden ser conformados de la misma manera que los plsticos convencionales; es as que para la produccin de bioplsticos se pueden explotar fuentes de materia prima como el almidn y la celulosa, y tambin obtener otro tipo de polmeros mediante la fermentacin bacteriana, mejorando propiedades mecnicas en el bioplstico.

El bioplstico es una alternativa que puede reemplazar a los plsticos convencionales por ofrecer mayores ventajas en su proceso productivo y en su degradacin y por tanto reducir los niveles de contaminacin ambiental por acumulacin de basura.

La industria del bioplstico es una alternativa que ha sido viable y est siendo desarrollada en el continente europeo con gran aceptacin en el mercado y cuenta adems con una legislacin de soporte; mientras que en nuestro pas, no se cuenta con materia prima para la elaboracin del plstico convencional, las investigaciones sobre el bioplstico son incipientes y no hay una industria de produccin masiva sin embargo, la fabricacin de bioplasticos es viable pues se poseen fuentes de materia prima.

Palabras Clave

Desarrollo Sostenible, Plstico, Bioplstico, Biodegradabilidad, Biocompostabilidad.ABSTRACTThis document will stand out the advantages of bioplastic production over conventional plastic for environmentally responsible industry average, also aims to encourage the production of bioplastics in our country using raw materials extracted from our soil such as native tubers and recognize optional fonts raw material for the production of bioplastics.Bioplastics can come from different sources and have the functional property of being biodegradable and biofertilizers also can be formed in the same manner as conventional plastics ; thus for the production of bioplastics can be exploited sources of raw materials such as starch and cellulose , and also get other polymers by bacterial fermentation , improving mechanical properties in the bioplastic .The bioplastic is an alternative that can replace conventional plastics offer greater advantages in the production process and its degradation and therefore reduce the levels of environmental pollution by garbage accumulation

.

The bioplastic industry is an alternative that has been viable and is being developed in Europe with great acceptance in the market and also has support legislation; while our country does not have raw material for the manufacture of conventional plastic , research on the bioplastic are emerging and there is no production industry massive yet the production of bioplastics is viable because it has raw material.KeywordsSustainable Development, Plastic, Bioplastic, Biodegradability.

1. INTRODUCCINEl concepto de desarrollo sostenible, es un tpico muy mencionado hoy en da y va all de ser solo un concepto para retarnos a plantear soluciones que efectivamente permitan desarrollarnos sin comprometer las necesidades de los habitantes del futuro. Los recursos que hoy utilizamos para la produccin de elementos necesarios en la vida cotidiana como el combustible o plstico, provienen de fuentes fsiles; y adems tambin debemos tomar en cuenta que estos recursos no son renovables , por tanto, algn da se agotarn.

Entonces, el reto de hoy en la industria es pensar en nuevas alternativas que nos permitan obtener estos mismos productos pero utilizando nuevas fuentes y que estas reduzcan el impacto ambiental negativo que ocasionan las fuentes fsiles.

Concretamente, nos enfocaremos en el plstico, si pensamos en el plstico que se produce y luego de algn tiempo es desechado, tenemos toneladas de basura de este elemento y es ah que surge el problema pues este material demora en degradarse es decir, en descomponerse, alrededor de 100 a 1000 aos. Se estn haciendo esfuerzos por reciclar el plstico o reducirlo con ayuda de procesos qumicos y fsicos, pero an falta el compromiso de las personas y de la industria con esta tarea. Mientras tanto, en la fase primaria del producto como es la materia prima o recurso, se han analizado alternativas que podran ser eficientes como la fabricacin de plsticos a partir de componentes vegetales llamados bioplsticos, que se degradan fcilmente y en menos tiempo; adems en esta etapa puede ser utilizado como abono, creando valor agregado al producto y reduciendo de este modo los niveles de contaminacin, garantizando su disponibilidad por provenir de fuentes renovables, a diferencia del plstico convencional. 2. MTODOS

2.1. Definicin y clasificacin de los bioplsticos:

Los bioplsticos se definen como un tipo de plstico derivado de vegetales tales como la fcula de pap, el maz, el aceite de soya, todas estas fuentes renovables., que tienen la propiedad de ser biodegradables y biocompostables.

La biodegradabilidad es la degradacin de sustratos complejos por parte de microorganismos siguiendo vas metablicas catalizadas por enzimas segregadas por estos ltimos, para obtener sustancias sencillas. Los microorganismos no segregan enzimas capaces de romper las uniones qumicas de las macromolculas polimricas que constituyen losplsticos sintticos; por otro lado la biocompostabilidad es la capacidad de convertir un residuo en abono.

Dentro de los bioplsticos, existen estos tipos segn su composicin:

Bioplsticos procedentes de recursos renovables: agrupan aquellos cuyos monmeros proceden de la biomasa como el almidn y la celulosa, y aquellos que se producen mediante la fermentacin de recursos renovables, aunque el proceso de polimerizacin sea por va qumica.

Actualmente se utiliza el almidn de maz como materia prima, pero se est investigando el uso de otras fuentes como papa, cebada y avena, sin embargo los bioplsticos fabricados a partir de esto resultan quebradizos por lo que tienen que mezclarse con otros materiales o ser modificados qumicamente para aumentar su resistencia. En cuanto a la celulosa, se elabora acetato de celulosa que es flexible y resistente a roturas y perforaciones. Bioplsticos sintetizados por va biotecnolgica: aquellos basados en la obtencin biotecnolgica de los monmeros y polimerizacin por va qumica y; los producidos por fermentacin microbiana. Aqu tambin agruparamos las plantas genticamente modificadas para la produccin de bioplasticos como los PHA o polihidroxialoanatos.

Ya que los polmeros naturales presentan limitaciones en la elaboracin de bioplsticos, se est enfocando en su fabricacin a partir de la fermentacin bacteriana, y es as como se obtienen los polilctidos (PLA) generados por la fermentacin acido- lctica del almidn o desechos ricos en almidn; estos son flexibles, moldeables, resistentes y aislantes de humedad y se emplean para vajillas, utensilios descartables y envases para alimentos y bebidas. Por otro lado estn los PHA o polihidroxiburatos, que son polmeros lineales de hidroxicidos, que se emplean tambin para el envasado de alimentos y que se asemeja en propiedades mecnicas al polipropileno que es uno de los plsticos ms usados en el mundo, provenientes de una fuente fsil.

Polmeros biodegradables sintticos: procedentes de la polimerizacin de monmeros obtenidos de fuentes fsiles. Por su estructura son biodegradables como los polisteres alifticos y alifticos- aromtico.

2.2. Tecnologas de procesado y caractersticas:

Nos centraremos en destacar los bioplasticos de tipos 1 y 2, detallados anteriormente, es decir aquellos que hacen uso de fuentes renovables

2.2.1. Polmeros derivados de almidn:

El almidn es un polisacrido abundante, de bajo costo, renovable y totalmente biodegradable que se encuentra en las plantas.

Es obtenido de las semillas de los cereales como el maz, trigo, arroz y tubrculos. El ms utilizado en la actualidad es el maz

Los polmeros de almidn pueden ser conformados por:

Soplado de film

Extrusin

Inyeccin

Recubrimiento por extrusin de fibras y tejidos

Entre sus caractersticas podemos destacar:

Presentan baja resistencia a disolventes y aceites

Sensible a la humedad y contacto con agua

Densidad superior a la mayora de termoplsticos convencionales.

2.2.2. Polmeros derivados de la celulosa:

Las fibras de algodn y madera son las materias primas para la produccin de celulosa, adems, cierta clase de bacterias, algas y algunos hongos tienen la capacidad de producir celulosa.

2.2.3. cido polilctico o PLA:

El cido polilctico o PLA es un polister aliftico derivado de materias primas renovables, que se produce a partir del cido lctico mediante polimerizacin qumica.

El cido lctico se produce por la fermentacin anaerobia de substratos que contengan carbono como la glucosa, lactosa, almidn y melazas con bacterias y ciertos hongos, de la seleccin de estos ltimos depender la obtencin de una mayor o menor cantidad de ismeros.

Este polmero puede ser procesado mediante:

- Termoformado

- Inyeccin

- Soplado

- Extrusin de film

- Extrusin de fibra

En sus caractersticas, podemos destacar:

Baja resistencia al impacto

Dureza, rigidez y elasticidad semejantes a las del PET

Degradacin por encima de los 50 a 60 C y a alta humedad.

Alta resistencia a grasas y aceites

Buen aislamiento de olores y sabores.

Capacidad de mejora de propiedades con agentes plastificantes y unin con otros polmeros.

Los bioplasticos a base de PLA, pueden reemplazar los siguientes plsticos sintticos:

PEAD: Polietileno de alta densidad. Utilizado en envases y mangueras.

PEBD: Polietileno de baja densidad. Utilizado para bolsas.

PP: Polipropileno. Presente en envases, artculos de escritorio y sillas.

PS: Poliestireno. Conocido comnmente como tecnopor.

PUR: Poliuretano reticulado. Utilizado para la fabricacin de mangueras resistentes.

PA: Poliamida. Para la confeccin de tela sinttica.

PET: Tereftalato de polietileno. Comnmente utilizado en los envases para bebidas.

PBT: Polibutileno tereftalato. Utilizado para la elaboracin de carcasas en conexiones elctricas.

ABS,HIPS,PMMA: Acrilonitrilo butadieno estireno , Poliestireno de alto impacto, Polimetilmetacrilato

2.2.4. Bioplsticos sintetizados por va biotecnolgica:

Los PHA son producidos directamente mediante la fermentacin de una fuente de carbono por parte de un microorganismo. El polmero a obtener depende de la cepa bacteriana y de los sustratos suministrados a las clulas para su crecimiento y produccin.

Las caractersticas que poseen son:

No txicos

Compuestos termoplsticos y elastmeros que pueden ser procesados con equipos actualmente usados en la fabricacin de plsticos.

Los bioplasticos a base de PHA, pueden reemplazar a los siguientes plsticos sintticos:

PEAD: Polietileno de alta densidad. Utilizado en envases y mangueras.

PP: Polipropileno. Presente en envases, artculos de escritorio y sillas.

PVC: Policloruro de vinilo. Comn en la fabricacin de tuberas.

ABS: Acrilonitrilo butadieno estireno. Utilizado en la elaboracin de envases resistentes

2.3. Ventajas del bioplstico sobre el plstico convencional:

La principal diferencia entre un bioplstico y un plstico convencional es que poseen una base biolgica y biodegradable. La biodegradabilidad hace posible que microorganismos puedan convertir materiales en sustancias naturales, todo esto depende de factores como el lugar, la temperatura y el tipo de material.

Las ventajas a resaltar de los plsticos de base biolgica: el ahorro de recursos fsiles, haciendo uso de biomasa que es renovable, y la biodegradabilidad mencionada anteriormente que reducira masivamente el problema de la contaminacin. Los bioplasticos adems poseen funcionalidad para cada tipo de aplicaciones y pueden reemplazar aproximadamente al 85% de los plsticos convencionales y utilizar la misma tecnologa de procesamiento.

El principio de desarrollo sostenible en Europa, suponen la introduccin de un modelo econmico de ciclo cerrado y por esto los productos tienen que fabricarse con un criterio de conservacin de los recursos que se utilizan, que deben recuperarse despus de su uso si no es posible conservarlos. Este modelo se ajusta a los bioplasticos si consideramos el compostaje como un mtodo eficiente de aprovechamiento.

El ciclo de vida de un bioplstico comprende las siguientes etapas:

La produccin mediante la fotosntesis de stocks agrcolas.

La extraccin de materias primas renovables.

Proceso de manipulacin con intermediarios para la produccin.

Recojo de desechos orgnicos

Transformacin en compost.

Biodegradacin y generacin de biomasa.

Los bioplasticos entonces, pueden ser recuperados y reciclados como los plsticos convencionales: valorizacin trmica, reciclado qumico y reciclado mecnico, pero al contrario de estos pueden ser reciclados orgnicamente mediante compostaje.

El compostaje es un mtodo de recuperacin apropiado para aplicaciones como films de acolchado, bolsas de residuos orgnicos, artculos de jardinera, envases de alimentos, etc. Es as como los bioplasticos pueden ser recuperados sin necesidad de otras operaciones de tratamiento.

Por tanto:

El compost resultante puede utilizarse para mejorar la calidad del suelo y evitar el uso de fertilizantes.

Se puede reciclar qumicamente tambin, mediante la recuperacin de monmeros en el caso de los PLA o PHA, para ser polimerizados de nuevo.

La velocidad de biodegradacin depende de:

Temperatura (50 a 70 C para el compostaje)

Humedad

El tipo y nmero de microorganismos.3. RESULTADOS3.1. El mercado de los bioplasticos en la actualidad y sus proyecciones:

Estos plsticos se utilizan cada vez ms en el mercado exterior, como productos de embalaje, envases para comida, juguetes, entre otros. En Europa, la produccin del 2012 era de 1,4 millones de toneladas y se prev que para el 2017 ascender a ms de 6 millones de toneladas.

Figura 1. Produccin anual de bioplsticos en Europa.

Fuente: Red de Energa y Medio Ambiente. Setiembre 2011.

Los bioplasticos no podrn sustituir en un futuro inmediato los polmeros obtenidos a partir del petrleo por las siguientes razones:

Precio moderado del petrleo

Altos precios de produccin de los bioplasticos

Limitada capacidad de produccin actual.

Las compaas productoras de bioplstico pronostican un 37% de crecimiento anual, aunque esto puede verse afectado por la crisis econmica. A continuacin se detallan las previsiones de crecimiento de cada material a nivel de mercado global.Figura 2. Capacidad de produccin de bioplsticos en Europa.

Fuente: Red de Energa y Medio Ambiente. Setiembre 2011.La industria del bioplstico est creciendo ms de 20% por ao. Existen conductores internos y externos que favorecen este crecimiento:

Tabla 1. Conductores externos e internos del mercado de los bioplsticos.

Conductores internos del mercado Conductores externos del mercado

Propiedades tcnicas avanzadas Reduccin potencial de costos a travs de economas de escala. Desarrollo de opciones de eliminacin adicionales. Alta aceptacin de los consumidores

El peligro del cambio climtico

El aumento del precio de los materiales fsiles

La dependencia sobre los recursos fsiles

Hoy en da en muchos pases del continente europeo, y se aprecia un incremento en la demanda de estos productos, por ello las empresas dedicadas a este rubro registran constante crecimiento. Entre los pases con industria en bioplasticos podemos mencionar:

Alemania: mercado en crecimiento de bolsas de basura orgnica, films de acolchado, envase y embalaje para frutas y vegetales, productos de higiene o bolsas de supermercado.

Austria: fabricacin de films agrcolas, envase de alimentos y bolsas de compra.

Reino Unido: uso de bioplasticos en cadenas de supermercados

Holanda: mercado representativo en envases y embalajes.

Italia: produccin de bolsas de compra y de basura, envasado de alimentos y films agrcolas.

Todos los pases mencionados anteriormente realizan campaas para el fomento de uso de estos plsticos biodegradables, legislacin de soporte y gran aceptacin de parte de los consumidores. Adems, en esta regin tambin se concentran los productores de materia prima para la produccin de bioplstico.3.2. Produccin de bioplsticos en nuestro entorno.

En el ao 2011, se comenzaron algunas investigaciones para la caracterizacin del almidn ms ptimo para lograr un bioplstico rentable y duradero que permita su industrializacin.

Debemos tener en cuenta que el Per, posee ms de 3 mil variedades de papa, y que adems poseemos otras fuentes de almidn como el camote y la yuca que son base para este tipo de plsticos biodegradables.

Los bioqumicos del proyecto informaron que "la diferencia entre el plstico sinttico y el plstico vegetal es que ste ltimo es 100% biodegradable".

"Pueden descomponerse en la presencia de micro organismos, por ejemplo, en el compost o en la tierra; y de esta forma no contaminan el medio ambiente como los plsticos sintticos que tardan muchsimos aos en descomponerse", agregan.

Nuestro pas no produce materia prima para la industria de los plsticos la idea es crear plantas que permitan el procesamiento del almidn. "Lo que se necesita es la inversin que permita producir el almidn, y a partir del almidn ya es un poco ms sencillo pasar al siguiente nivel de industria, que es la industria para producir la materia prima de plstico, de bioplsticos de almidn", agrega el estudio.

"As como en el pasado la papa peruana salv al mundo del hambre, a futuro podra ser la mejor opcin para salvar al planeta de la contaminacin y crear nuevas fuentes de trabajo en la agroindustria, sealan los responsables del proyecto.

Figura 3. Obtencin de bioplstico a base de almidn de papa peruana.

Fuente: Magazine La Gran poca. Abril 2012

El contenido de almidn en la papa es del 20% y de la yuca; es del 21,5 %, pero habra que afianzar investigaciones para investigar qu tipos de papas brindan mayor cantidad de almidn y fomentar la industria de procesamiento de materia prima de fuentes renovables y de elaboracin de compost a partir de estas.4. CONCLUSIONES Se destaca el bioplstico como un producto que puede reemplazar al plstico convencional puesto que apoya el desarrollo sostenible por provenir de fuentes renovables y ser un elemento biodegradable que tiene un valor adicional al ser utilizado como compost, reduciendo los niveles de contaminacin.

Se debe incentivar legislativamente la produccin de bioplstico explotando materia prima para su fabricacin como el almidn proveniente de nuestros tubrculos oriundos y afianzar la investigacin para distinguir qu tipos de stos pudieran ser los ms convenientes en la aplicacin de esta industria. Se pueden explotar fuentes de materia prima como el almidn y la celulosa, y tambin obtener otro tipo de polmeros mediante la fermentacin bacteriana, mejorando propiedades mecnicas en el bioplstico.

5. REFERENCIAS [1] European bioplastics .Acceso 8 de noviembre del 2014. Disponible en http://en.european-bioplastics.org/.

[2] Produccin de bioplsticos a partir de bacterias empleando sustratos no convencionales. Betancour, Mariana- Agudelo, Lina Mara. Universidad de Antioquia. Escuela de Microbiologa. 2012. Acceso 8 de noviembre del 2014. Disponible en: http://www.udea.edu.co/portal/page/portal/bibliotecaSedesDependencias/unidadesAdministrativas/SIU/Diseno/Documentos/Tab2/PRODUCCI%C3%93N%20DE%20BIOPL%C3%81STICOS%20A%20PARTIR%20DE%20BACTERIAS%20EMPLEANDO%20SUSTRATOS%20NO%20CONVENCIONALES.%20Mariana%20Cardona.pdf[3] Bioplsticos: Un reto al futuro. Fernndez, Gabriela- Ariosti, Alejandro. Instituto Nacional de Tecnologa Industrial. Abril del 2006. Acceso 8 de noviembre del 2014.Disponible en: http://www.inti.gob.ar/sabercomo/sc39/inti6.php

[4] Bioplsticos. Red de Energa y Medio Ambiente. Setiembre 2011. Acceso 8 de noviembre del 2014. Disponible en: http://www.modernanavarra.com/wp-content/uploads/Bioplasticos.pdf Bioplsticos: Un reto al futuro. Fernndez, Gabriela- Ariosti, Alejandro. Instituto Nacional de Tecnologa Industrial. Abril del 2006.

,3,4 La Gran poca. Abril 2012. http://www.inti.gob.ar/sabercomo/sc39/inti6.php

PAGE