Biodegradación
Biodegradable es el producto o sustancia que puede descomponerse en los elementos químicos que lo conforman, debido a la acción de agentes biológicos, como plantas,animales, microorganismos y hongos, bajo condiciones ambientales naturales.
No todas las sustancias son biodegradables bajo condiciones ambientales naturales. A dichas sustancias se les llama sustancias recalcitrantes. La velocidad de biodegradación de las sustancias depende de varios factores, principalmente de la estabilidad que presenta sumolécula, del medio en el que se encuentran, que les permite estar biodisponibles para los agentes biológicos y de las enzimas de dichos agentes.
La biodegradación es la característica de algunas sustancias químicas de poder ser utilizadas como sustrato por microorganismos, que las emplean para producir energía (porrespiración celular) y crear otras sustancias como aminoácidos, nuevos tejidos y nuevos organismos. Puede emplearse en la eliminación de ciertos contaminantes como los desechos orgánicos urbanos, papel, hidrocarburos, etc. No obstante en vertidos que presenten materia biodegradable estos tratamientos pueden no ser efectivos si nos encontramos con otras sustancias como metales pesados, o si el medio tiene un pH extremo. En estos casos se hace necesario un tratamiento previo que deje el vertido en unas condiciones en la que las bacterias puedan realizar su función a una velocidad aceptable.La degradación de estos compuestos puede producirse por dos vías:
Los términos biodegradación, materiales biodegradables, compostabilidad, entre otros., son muy comunes pero frecuentemente mal utilizados y fuente de equívocos. La norma europea EN 13432 "Requisitos para embalajes recuperables a través de compostaje y biodegradación - Esquema de prueba y criterios de evaluación para la aceptación final de los embalajes", recién adoptada en Italia con la misma denominación, soluciona este problema y define las características que un material tiene que poseer para poderse definir "compostable". Esta norma es fundamental para los productores de materiales, las autoridades públicas, los compostadores y los consumidores. Según la UNE EN 13432, las características de un material compostable son las siguientes:
Biodegradabilidad, o sea la conversión metabólica del material compostable en anhídrido carbónico. Esta propiedad puede medirse con un método de prueba estándar, el método EN 14046 (publicado también como ISO 14885. Biodegradabilidad en condiciones de compostaje controlado). El nivel de aceptación es igual a 90% y se tiene que alcanzar durante menos de 6 meses.
- Cáscara de plátano o de banano: 2 a 10 días
- Pañuelos hechos de algodón: 1 a 5 meses
- Papel: 2 a 5 meses
- Cáscara de naranja: 6 meses
- Cuerda: 3 a 14 meses
- Filtros de cigarrillos: 1 a 2 años
- Estaca de madera: 2 a 3 años
- Calcetines o medias de lana: 1 a 5 años
- aislante térmico de poliestireno "Styrofoam": 500 a 1 000 años
- Botella de vidrio: cerca de 4 000 años
- Hierro: depende del tipo de hierro desde 1 año a varios millones de años
- Hueso: de 10 a 15 años
Ecoflex es un plástico biodegradable desarrollado por la multinacional química BASF en su fábrica en Ludwigshafen, Alemania.
Según la multinacional, este plástico biodegradable es un “fertilizante”. Que se pudre y descompone en residuos naturales por la acción de los microorganismos que descomponen la materia orgánica en menos de tres meses. Y lo han conseguido añadiendo un monómero (el ácido adípico) a la cadena molecular de los poliésteres alifáticos cuya principal característica es que son fácilmente biodegradables, lo que ha permitido subir su temperatura de fusión desde los 60 hasta los 100°C.
El resultado es un plástico que se descompone en menos de 60 días, en contraste con los 100 años que como media tarda en descomponerse el plástico habitualmente utilizado en la actualidad.
La multinacional proyecta el uso de este producto sobre todo para plásticos de envasado.
Oxo-biodegradable: La degradación es identificada como resultado del fenómeno de oxidación y biodegradación en simultáneo o sucesivamente.
Los oxo-biodegradables
• Se degradan en cualquier ambiente, interior o exterior, incluso en ausencia de agua. Esto es un factor muy importante en relación a los residuos, porque una elevada cantidad de residuos de plástico en tierra y en el mar no se pueden recoger o enterrar. • Pueden ser “programados” en fábrica para que se degraden en un determinado espacio de tiempo para que sirva a las exigencias del cliente. • Son más fuertes y más versátiles que las anteriores tecnologías alternativas. • Pueden ser reciclados y ser fabricados a partir de productos reciclados.
Como Funciona
La tecnología oxo-biodegradable se basa en la introducción de un agente pro degradante en el proceso de fabricación del plástico convencional. Este agente tiene como función la disociación de enlace carbono=carbono de la cadenas moleculares de la materia, permitiendo la creación de radicales libres que se van a oxidar. La oxidación de las cadenas moleculares induce una reducción del peso molecular al punto del material quedarse hidrófilo, permitiendo al material ser colonizado por microorganismos y hongos, que van a tener acceso al carbono como alimento. El proceso sigue hasta que el material se tenga biodegradado en CO2, agua y biomasa celular bajo condiciones aerobias o CH4, agua y biomasa en condiciones anaerobias.
La auto-oxidación es un proceso auto-catalítico, en cadena, que involucra las fases de iniciación, propagación, ramificación y terminación.
Ilustración del mecanismo (P=polímero)
Iniciación: (I) P – H a P. + H. etc.
Obs.: Los radicales libres pueden ser formados por factores tales como: el calor, la luz o iones metálicos que pueden estar contenidos en el polímero.
Propagación: (II) P. + O2 a PO2 (III) PO2 + PH a PO2H + P.
Estos productos de oxidación son muy instables, en particular, a temperaturas altas y en la presencia de iones de metales de transición, descomponiéndose para formar un largo conjunto de compuestos que incluyen aldehídos, cetonas, alcoholes, ácidos carboxílicos, hidrocarbonatos, etc.
Ramificación: (IV) PO2 H a PO. + HO. (V) 2 PO2 H a PO2. PO. + H2O (VI) PO. + PH a POH + P. (VII) HO. + PH a H2O + P.
Terminación: (VIII) P. + P. a P – P (IX) P. + PO2 a PO2 P (X) 2 POO. a POH + P = O + O2
El esquema arriba sugiere que los radicales P. POO. forman la base de la reacción en cadena.
El nivel de propagación (II) ocurre rápidamente, mientras la etapa (III) es determinante. La concentración de POO será más fuerte en presencia de oxigeno de que P.
En la reacción (IV) la descomposición mono molecular de los hidroperóxidos necesita una energía elevada de activación, que queda importante a temperaturas superiores a 150ºC o sobre la influencia de la luz.
La clave de las reacciones de ramificación (VI) y (V) forman PO. y HO. Estos radicales pueden atacar la cadena polimérica así como el radical PO2.
El carácter auto-catalítico de auto-oxidación es determinante por estas reacciones de ramificación.
Los iones metálicos tales como: T+3 / Ti+4, Mn+2 / Mn+3, Co+2 / Co+3, Cu+1 / Cu+2, Fe+2 / Fe+3 pueden acelerar la reacción de oxidación como sigue:
POOH + Me+. a PO. + Me2 + + OH–POOH + Me+2 a POO. + Me+ + H+ 2 POOH PO. + POO. + H2O (V) Me+ / Me+2
La tecnología del plástico con vida útil controlada
La tecnología del plástico con vida útil controlada permite al plástico degradarse y biodegradarse después de su vida útil. Factores abióticos como la luz, el calor y el estrés van acelerar el proceso de degradación. Durante toda la vida útil del material, se garanticen las propiedades mecánicas y físicas del plástico. Después de la vida útil, o bajo los factores abióticos, el material empieza a perder sus propiedades, se queda frágil/débil y se rompe/fragmenta hasta el punto que ya no se puede manipular. A partir de este momento el material puede biodegradarse. Todo el plástico convencional se degrada, pero este proceso puede tardar siglos. La tecnología oxo permite reducir este plazo de varias centenas de años a varios meses.
Polímero con vida útil controlada
Evolución en el tiempo
Etapa 1: Vida útil del material. Débil variación de propiedades funcionales durante el almacenamiento y uso. El período de la primera fase dependerá de las condiciones de exposición del material a los factores ambientales. Los antioxidantes permiten garantizar una vida útil suficiente para que el material pueda ser utilizado para la función para la que fue diseñado.
Etapa 2: Pérdida de propiedades físicas macroscópicas hasta la fragmentación espontánea. El material ha llegado al final de su vida útil o fue expuesto a factores ambientales que aceleran su degradación, el material se vuelve frágil, pierde el 50% de sus propiedades mecánicas.
Etapa 3: Degradación hasta la biodegradación. Después de la fragmentación de las cadenas moleculares y su oxidación, el material se convierte en un material hidrófilo, a este punto el material puede ser colonizado por microrganismos que lo van a biodegradar.
Proceso de degradación/biodegradación en dos fases.
- Primera fase: La oxidación (reacción radicalaria) y fragmentación de las cadenas moleculares - Segunda fase: La biodegradación, resultado CO2, H2O, y biomasa celular.
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