Soluciones sostenibles para los plásticos: El futuro papel de las ligninas

Plásticos: amigos y enemigos

Si eres como yo, probablemente hayas visto las imágenes de todo el plástico flotante en el Gran Parche de Basura del Pacífico o tal vez hayas visto las imágenes de los rescatistas de vida silvestre tratando de quitar una paja de plástico de la nariz de una tortuga marina. Estas imágenes pueden ser bastante perturbadoras y destructivas para la reputación del plástico. Sin embargo, el plástico también es bastante sorprendente y productivo. El plástico ayuda a mantener la higiene de nuestros alimentos en forma de envases, facilita nuestra movilidad al ser un componente importante de los aviones, los automóviles y los autobuses, se utiliza en todo tipo de productos médicos, desde jeringuillas hasta stents cardíacos, pasando por los frascos de ibuprofeno de su botiquín. No cabe duda de que el plástico se ha convertido en una parte esencial de nuestra vida cotidiana con una irónica naturaleza contradictoria que contamina nuestro medio ambiente y puede tener un impacto negativo en nuestra salud al encontrar su camino en nuestro suministro de alimentos y agua. Pero supongo que esto también suscita la pregunta: ¿Existe una manera de minimizar los impactos malos del plástico y al mismo tiempo maximizar todo lo bueno que ofrecen? En otras palabras, ¿podríamos utilizar el plástico de una manera más sostenible?

Los retos - De la limpieza a las fuentes renovables

Al principio, la cuestión de utilizar el plástico de forma sostenible parece estar en una escala francamente abrumadora. Por ejemplo, como individuo, hago mi parte en el reciclaje y, sin embargo, la gran mancha de basura del Pacífico existe y sigue creciendo. Así que debo suponer que algún sistema se ha roto en alguna parte. Tal vez el origen del plástico en el parche de basura viene de una época anterior a las leyes y regulaciones ambientales contemporáneas o tal vez el plástico está escapando de los flujos de reciclaje. Quizá tengamos dos retos para utilizar los plásticos de forma más sostenible. El primero incluye la limpieza del plástico que ya está en el medio ambiente. El segundo, y tal vez la solución más eficaz, consiste en diseñar nuevos plásticos que sean más benignos para el medio ambiente, de modo que si se escapan de los flujos de reciclaje, su impacto en el medio ambiente se minimice o se mitigue por completo.

En el primer reto, la limpieza del plástico existente en el medio ambiente es desalentadora y bastante compleja. En primer lugar, está la logística de recuperación del plástico y luego la clasificación mecánica del plástico en los distintos tipos, por ejemplo, tereftalato de polietileno (PET), plásticos de polietileno de alta densidad (HDPE), polipropileno (PP), etc. A continuación, hay que intentar descomponer el polímero en sus monómeros para poder reconstituirlo en un nuevo polímero prístino. Desde el punto de vista químico, las cosas empiezan a ponerse interesantes y complicadas. Industrialmente, existen métodos como la pirólisis, la despolimerización química y la biológica que se utilizan para convertir los plásticos en materias primas químicas o en combustibles. Esta área de reciclaje parece estar ganando interés desde una perspectiva industrial. Sin embargo, también tiene varios retos de sostenibilidad que superar, como la logística de la recuperación de los plásticos usados, el consumo de energía durante los procesos de despolimerización y la evaluación de si los polímeros despolimerizados están libres de subproductos de degradación e impurezas antes de ser reutilizados en nuevos productos.

El segundo reto en el uso de los plásticos de forma más sostenible se centra en el diseño de los plásticos para que sean más respetuosos con el medio ambiente en primer lugar. Este reto tiene dos facetas. En primer lugar, el diseño del plástico para que pueda degradarse fácilmente. Y en segundo lugar, la fabricación del polímero a partir de materias primas de origen biológico. Las materias primas de origen biológico tienen muchas ventajas de sostenibilidad, como que son renovables y pueden requerir menos energía para convertirse en polímeros. Por ejemplo, las materias primas del petróleo suelen requerir una etapa de oxigenación muy contaminante y de alto consumo energético. Por el contrario, las principales fuentes de materias primas de origen biológico, es decir, la celulosa, la hemicelulosa y la lignina, son inherentemente muy oxigenadas. De ahí que se pueda evitar por completo la etapa de consumo de energía y generación de contaminación. Así que nos planteamos otra pregunta: ¿Podrían obtenerse más polímeros a partir de materias primas de origen biológico y diseñarse para que se degraden?

Ligninas: ¿una alternativa más sostenible al petróleo?

Las ligninas (latín lignum = madera) dan a las plantas su forma y robustez. Funcionalmente, los biopolímeros de lignocelulosa refuerzan la pared celular de las plantas y están formados por tres componentes principales, en los que la celulosa y la hemicelulosa forman un entramado en el que un tercer componente, la lignina, actúa como adhesivo que conduce a la solidificación (lignificación) de la pared celular. La lignificación refuerza las paredes celulares de las plantas de los tejidos del xilema y proporciona a las plantas protección contra el viento, las plagas y ofrece resistencia frente a otros factores externos. Y todos estos beneficios estructurales y funcionales que la vida vegetal terrestre obtiene de las ligninas son también útiles desde el punto de vista industrial: se puede pensar en las ligninas como una especie de almacén sostenible de productos químicos finos.

La magia de las ligninas no se detiene ahí porque, de hecho, tenemos las llaves de ese almacén. Y esa llave es la despolimerización. Una vez despolimerizada la lignina, sus materias primas poliaromáticas pueden sustituir a menudo a las materias primas esenciales de los materiales derivados del petróleo. Estos productos químicos basados en la lignina pueden utilizarse para producir los mismos plásticos, medicamentos, pinturas y productos electrónicos fabricados a partir del petróleo tradicional, sólo que de forma más sostenible y con un resultado más biodegradable. A diferencia de los polímeros derivados del petróleo, las ligninas pueden obtenerse de recursos renovables como la madera, la paja e incluso el Miscanthus, una hierba gigante, resistente y de rápido crecimiento que florece en suelos pobres en nutrientes, lo que puede minimizar la competencia de utilizar cultivos alimentarios como fuentes de lignina. Incluso los residuos industriales -como la pasta de papel- pueden utilizarse como fuente de ligninas.

Creo que no hace falta decir que las ligninas tienen un enorme potencial de mercado como materia prima sostenible, pero también tenemos que reconocer que liberar todo el potencial de las ligninas es un área de investigación activa. El futuro de la utilización de las ligninas en la industria química del futuro depende de muchos factores, entre ellos el avance de la investigación científica que permita la transformación responsable y rentable de la lignina en materias primas químicas útiles. Y me complace decir que la Química Analítica va a desempeñar un papel importante en la caracterización completa de las ligninas para sus múltiples aplicaciones y usos industriales.

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