ABC de la sostenibilidad en empaques (I)

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La tendencia de la feria interpack 2008, definitivamente, estuvo marcada por la sostenibilidad. Materiales, procesos, diseños -todos ellos se presentaron con soluciones que, de alguna manera, buscan dar respuesta a esta creciente preocupación mundial.

La temática de los bioplásticos cobró un gran interés en el desarrollo del foro presentado en el Parque de Innovaciones o Innovation Parc en la feria de Dusseldorf. Estuvo acompañado de una exposición de más de 40 compañías, todas ellas presentado soluciones a diferentes problemas de materiales convencionales. Este primer artículo, de una serie de tres sobre bioplásticos en empaques, pretende definir y explicar los principales conceptos y terminologías sobre el tema, para orientar al lector y aclarar muchas de las dudas y confusiones que hoy se presentan alrededor del tema.

Existen dos conceptos en el manejo de los residuos sólidos, que podrían significar el desarrollo de soluciones diferentes para su control. La primera tendencia se puede denominar: "De lo natural a lo natural". Esto significa que nada debe convertirse en basura y todo debe volver a su ciclo, siendo la compostabilidad su objetivo final. Esta es una tendencia que en Europa tiene una amplia aceptación y marcará la presentación de los productos en los lineales, dado que además ofrece beneficios económicos para los productos que utilicen estos materiales. Lo anterior se debe a que estos materiales están exentos del pago del impuesto de recolección.

El segundo gran concepto es el de la reducción de los residuos en los rellenos sanitarios. Esto significa que, al incluir resinas específicas a ciertos materiales de empaque, éstos de degradarán, de acuerdo a las condiciones del lugar. Esta práctica no tiene mucho eco en Europa, y ha sido fuertemente criticada.

Sin embargo, no existe un método mejor que otro. Habrá que definir la problemática de cada lugar, país y región, para darle la solución que realmente mitigue el impacto ambiental, tanto en la problemática de las basuras, como en la del cambio climático.

Aclaración de los términos y, por supuesto, en las aplicaciones
Probablemente mi conclusión más clara es que, debido a la complejidad del tema, los términos se prestan para una gran confusión. Revisemos algunos: Degradable, biopolímero, biodegradable, compostable, oxodegradable, etcétera. Todo esto está generando una falta de claridad en los consumidores finales, convertidores y compradores. Para tal efecto presento, a continuación, una sencilla definición de los términos más importantes.

Definición empaques degradables
Un envase plástico degradable es aquel constituido --por un material plástico tal que le permite mantener completamente la integridad física durante su manufactura, posterior almacenamiento, envasado, vida en estantería y uso por parte del consumidor-- y que al ser desechado al final de su vida útil comienza a cambiar químicamente por influencia de agentes ambientales que lo transforman en sustancias simples, o en componentes menores que eventualmente se asimilan al medio ambiente. Si esos agentes son entes biológicos, fundamentalmente microorganismos (bacterias, mohos, etc.), el material se denomina biodegradable, y los productos de la degradación aeróbica son principalmente dióxido de carbono y agua. Si la degradación es anaeróbica los productos principales son el metano y el dióxido de carbono.

Básicamente, un empaque puede degradarse debido a la acción de diferentes medios o agentes como:

• La luz (fotodegradación)
• La humedad o el agua (hidrodegradables o hidrosolubles)
• Oxígeno - calor - luz (oxodegradables)
• por la presencia de ciertos aditivos o catalizadores que favorezcan o aceleren la descomposición y la degradación

Los métodos de degradación se pueden combinar ya que, en algunos casos, comienzan a partir de un medio físico o agente externo y, después, el proceso continúa por la presencia de bacterias o microorganismos y, por lo tanto, tenemos empaques como los hidrodegradables, oxobiodegradables o fotobiodegradables.

Son materiales que se degradan por la acción de los rayos ultravioleta de la radiación solar, de tal manera que pierden resistencia y se fragmentan en partículas diminutas. Todos los plásticos de uso comercial en envasado son fotodegradables por la naturaleza misma del polímero, en mayor o menor grado. Este proceso se basa en que la energía de la luz ultravioleta procedente de la luz solar es mayor que la energía de unión de los enlaces moleculares C-C y C-H y, por lo tanto, rompen las cadenas moleculares reduciendo su peso molecular y propiedades mecánicas. Como ejemplo práctico tenemos que una película de polietileno común, con un espesor medio, se degrada completamente (se desintegra) al estar expuesta continuamente a la luz solar durante los meses de máxima radiación --primavera, verano y otoño. Cabe señalar que, desde la década de los setenta, existen patentes de aditivos que, agregados al polietileno, aceleran la fotodegradación considerablemente, reduciendo así el período de degradación a solo semanas de exposición al sol.

Solubles en agua
Son materiales que se solubilizan en presencia de agua, usualmente dentro de un rango específico de temperatura, y luego se biodegradan mediante la acción de los microorganismos. Pueden ser de origen natural como los polisacáridos, por ejemplo el almidón y la celulosa, o de origen sintético o petroquímico, como el alcohol polivinílico o copolímeros de arcrilamida con derivados del ácido acrílico.

Los polímeros de origen sintético no se usan en la fabricación de envases porque no se pueden transformar por los métodos de extrusión, inyección, etc. Se utilizan como espesantes para alimentos, pinturas, tratamiento de agua, etc. Además pueden usarse como recubrimientos en la industria textil y del papel, y como adhesivos.

Oxo-degradables
También denominados oxo-biodegradables, son materiales que desarrollan la descomposición vía un proceso de etapas múltiples usando aditivos químicos para iniciar la degradación. La primera etapa de degradación puede ser iniciada por la luz ultravioleta (UV) de la radiación solar, calor y/o tensión mecánica que inician el proceso de degradación por oxidación. De ésta manera se reduce el peso molecular del polímero debido a la rotura de las cadenas moleculares, quedando un remanente con suficientemente bajo peso molecular que sería susceptible de desarrollar un proceso de biodegradación con el tiempo.

Biodegradables
Son materiales capaces de desarrollar una descomposición aeróbica o anaeróbica por acción de microorganismos tales como bacterias, hongos y algas, bajo condiciones que naturalmente ocurren en la biosfera. Son degradados por acción enzimática de los microorganismos bajo condiciones normales del medio ambiente.

En resumen, el polímero se trasforma en energía, metano, agua, CO2 y materias inorgánicas o biomasa.

Compostables
Dentro de los materiales biodegradables, están los compostables, que son aquellos que van a degradarse completamente ¿Qué se debe tener en cuenta?

• Periodo de tiempo determinado. Bajo la norma ASTM D 6400 y en la EN 13432 el tiempo especificado es de 180 días.
• Ciertas condiciones específicas.
• Además de lo anterior, no debe dejar residuos de metales pesados, ni toxinas.
• También debe ser un medio favorable para ayudar a la vida vegetal

La degradación aeróbica (dióxido de carbono y agua), es la que generalmente se utiliza para la generación de compost. Si la degradación es anaeróbica los productos principales son: el metano y dióxido de carbono, los cuales son utilizados como fuente de energía.

Por otro lado, se define como "plástico compostable" a aquel que es biodegradable, generando básicamente dióxido de carbono, agua, y humus, a una velocidad similar a la de los materiales orgánicos sencillos (por ejemplo la celulosa), y que no deja residuos tóxicos ni visibles. Existe regulación en la Unión Europea, como la Norma EN 13432 en vigencia desde enero de 2005, entre otras, que permite certificar los plásticos compostables y los envases fabricados a partir de éstos, de forma tal que el consumidor pueda distinguirlos fácilmente.

La certificación y el etiquetado de los bioplásticos como biodegradables/ compostables, permitiría tratar estos materiales post-consumo junto con la fracción orgánica (restos de comida, poda, papeles) de los residuos sólidos urbanos en plantas de compostaje, obteniéndose un compost de alta calidad que puede ser usado en fruti-horticultura o jardinería, entre otras aplicaciones.

Biopolímero es uno de esos términos que ha ingresado al léxico especializado sin que exista para él una clara definición. Sin embargo, la definición que presenta Ernesto Silva, gerente de tecnología y desarrollo de polímeros industriales y de empaques de Dupont América Latina, considera ayuda a dar claridad al tema.

Ernesto Silva afirma "En lo que refiere al término de biopolímeros, son aquellos materiales que pueden ser procesados en equipos de inyección o extrusión convencionales, y que están fabricados a partir de materiales de fuentes renovables y/o que pueden ser biodegradables. Los biopolímeros se utilizan para la producción de bioplásticos". Revisemos ahora la definición de bioplásticos de acuerdo con la institución European Bioplastics:

1. Son plásticos cuyo origen está en los recursos renovables, como azúcares, celulosa y almidón.
2. Polímeros biodegradables, que cumplan todos los criterios científicamente reconocidos en las normas de biodegradabilidad y compostabilidad de los plásticos y productos plásticos. En Europa están regulados por la norma EN 13432 ó EN 14995 y, en Estados Unidos, por la norma ASTM D-6400.

Los bioplásticos no son una sola clase de polímeros, pero sí un grupo de materiales que varia considerablemente uno del otro. No existe un acuerdo en una definición general, y se están estudiando detalles que aún hoy no se precisan con claridad.

Ya se han desarrollado también tintas y aditivos fabricados a partir de recursos renovables, esto significa que algunos materiales bioplásticos se acercan al 100% de esta definición.

Las empresas globales fabricantes de materiales plásticos están orientando sus esfuerzos en investigación y desarrollo hacia materiales producidos a partir de recursos renovables como alternativa a los combustibles fósiles, y utilizando como modelo el ciclo del carbono que se da en la naturaleza. Si hasta ahora los esfuerzos empresariales en este ámbito se concentraban sobre todo en Europa, Japón y Estados Unidos, ya han comenzado a surgir empresas muy activas también en Australia, Brasil, Canadá, China, Corea, India y Taiwán. Respecto a los años anteriores, el incremento en la capacidad productiva ha causado un gran crecimiento relativo de su aplicación en la industria del envasado.

En Europa, el consumo de bioplásticos en envases y embalajes alcanzó en el año 2003 las 40.000 toneladas, duplicando el consumo de 2001. Los envases y embalajes ecológicos compostables pueden encontrarse hoy en numerosos supermercados de toda Europa. Algunas grandes cadenas comerciales de Francia, Gran Bretaña, Italia y Países Bajos han comenzado a utilizarlos principalmente para el envasado de productos frescos como frutas y verduras, y para productos de higiene personal. También se los utiliza en el agro.

Su elevado precio, en comparación con los materiales plásticos sintéticos commodities no biodegradables, es una variable que paulatinamente se está modificando.

Debido a que durante el último año el precio de los plásticos sintéticos convencionales creció entre 30 y 80%, algunos bioplásticos ya han alcanzado competitividad en costos. Dado que en el año 2005 el azúcar y el almidón han sido materias primas más económicas que el petróleo, se cree que optimizando los procesos de fabricación, y mejorando la relación costo-producción, el futuro de los bioplásticos a largo plazo (20 a 30 años) sería promisorio. Es por eso que muchas empresas han comenzado a invertir en la fabricación de estos materiales.

En el mercado actual, los expertos opinan que los bioplásticos tienen inserción en algunos nichos de mercado, pudiendo llegar a cubrir hasta 10% del mercado total de aplicaciones en plásticos en Europa, que es de 40 millones de toneladas. De acuerdo con este potencial, el presupuesto para investigación, desarrollo y lanzamiento de productos con aprovechamiento de materias primas renovables se ha duplicado en Alemania en 2005, alcanzando la cifra de 54 millones de euros.

La mayor parte de la materia prima para la producción de bioplásticos proviene de los residuos agrícolas. Para la obtención de almidón se utiliza maíz, otros cereales y papa, por ejemplo en los Países Bajos. Los carbohidratos de estas fuentes naturales, se utilizan para la producción de plásticos biodegradables como ácido poliláctico (PLA) y polihidroxialcanoatos (PHAs). También pueden obtenerse a partir de subproductos obtenidos en la elaboración de alimentos, como el suero de leche. Esta vía tecnológica permitiría reducir y aprovechar los residuos sólidos de la industria alimentaria, así como el compostaje haría otro tanto a nivel de los residuos sólidos urbanos.

Para mencionar algunos ejemplos de nuevas inversiones encaradas por grandes productores de materia prima cabe destacar:

• Toyota (Japón) construyó una planta piloto para la producción de PLA (1000 toneladas anuales).
• Hycail (Países Bajos) abrió una planta de 50.000 toneladas anuales de PLA de capacidad instalada.
• En China, Tianan opera una planta de PHA.
• En Europa, Procter and Gamble Chemicals está planeando instalar una planta para producir PHA.

Aplicaciones de bioplásticos
Entre las aplicaciones de bioplásticos más destacadas que vieron en la feria interpack 2008, en Düsseldorf, Alemania, se pueden mencionar:

• Películas de PLA para envasar productos frescos: Frutas y verduras, quesos y productos de panadería;
• Bandejas termoformadas rígidas de PLA cristal con tapa, para productos de confitería, pastas frescas y otros productos frescos (ensaladas y ensaladas de fruta, etc.);
• Botellas de PLA para agua mineral y productos lácteos;
• Envases de PLA para CDs y componentes electrónicos;
• Bandejas de PLA para dispositivos descartables de uso en medicina humana y diagnóstico;
• Vajilla descartable de PLA (por ejemplo, vasos descartables para dispensadores de agua);
• Bandejas de polímero sobre la base de almidón de maíz, solubles en agua, utilizadas para bombones de chocolate y galletitas;
• Películas biodegradables sobre la base de almidón, con macro y microperforaciones para permitir la respiración de frutas y vegetales envasados;
• Películas de celulosa modificada para envases de dulces, chocolates y productos de panadería;
• Cintas adhesivas de celulosa modificada;
• Bandejas fabricadas con Mater-Bi® expandido (de Novamont) --mezclas de almidón y polímeros sintéticos biodegradables-- para productos frescos;
• Películas de Ecoflexâ (de Basf) o poliésteres biodegradables para bolsas de residuos orgánicos; películas para uso en agricultura (plasticultura); envases de frutas, ensaladas, hortalizas frescas y productos congelados. Se lo puede biorientar para obtener películas stretch, similares a las usados en nuestros hogares para envolver alimentos). Puede usarse también como recubrimiento de bandejas de celulosa o almidón. Películas de mezclas de Ecoflex® con PLA y almidón, para envasado de alimentos con atmósfera modificada (MAP), etc.

Como se puede observar, el tema de los bioplásticos, en sus diversas facetas, tiene un gran potencial a futuro por su evidente aporte ecológico y aprovechamiento de recursos naturales renovables, lo que constituye sus principales fortalezas. Sin embargo, en el estado actual de la técnica, podrían ocupar nichos de mercado acotados debido, entre otras cosas, a su alto costo y a su baja resistencia a la acción de los microorganismos en aplicaciones a la intemperie y en productos de larga vida útil.

Ello debe ser tenido en cuenta por las empresas en el momento del desarrollo de nuevos productos, y por las autoridades, para encarar legislaciones racionales referentes al manejo de los residuos sólidos urbanos, en función de las capacidades tecnológicas actuales y de la realidad socio-económica de cada comunidad.

En el siguiente artículo de esta serie, la autora explicará las dos tendencias principales en la degradación de los plásticos en el manejo de residuos sólidos, y presentará algunas de las innovaciones más interesantes en bioplásticos presentadas en interpack 2008.