Revolucionarios materiales para envases que desafían un apremiante problema global

Revolucionarios materiales para envases que desafían un apremiante problema global

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Una imagen impactante acecha la mente de muchos habitantes en el mundo entero: se pronostica que en los océanos veremos en el año 2050 más plásticos que peces. Las prácticas comunes de los consumidores, en las que los artí­culos plásticos se utilizan una sola vez y luego se descartan, al igual que el uso generalizado de materiales no degradables y la ausencia de una cultura de reciclaje, contribuyen diariamente a que la imagen vaya cobrando forma. La presencia del plástico es ineludible; su utilidad innegable lo convierte en un material esencial para la vida cotidiana de miles de millones de personas, que aprovechan sus propiedades de resistencia, bajo peso e impermeabilidad, entre muchas otras ventajas, para integrarlos en sus rutinas como envases, embalajes y utensilios asequibles y económicos. De hecho, se espera que en veinte años la producción y el consumo se hayan duplicado.

La preocupación por los plásticos es punto de debate en encuentros y foros mundiales, pero las soluciones hasta el momento no parecen contrarrestar efectivamente el creciente flujo de residuos que se desechan. En el pasado Foro Económico de Davos, se señalaba que anualmente llegan a las aguas de los océanos ocho millones de toneladas de plásticos, y aunque existen esfuerzos internacionales orientados a su limpieza, estos apenas logran remediar el desastre en un 0,5 por ciento.

(También puede interesarle: La Economí­a Circular en acción: un millón de dólares para nuevos materiales para abordar causas de plástico oceánico)

Respaldo económico a desarrollos innovadores

En este mismo escenario, que tuvo lugar a comienzos de este año en Suiza, y dentro de la iniciativa global denominada la Nueva Economí­a del Plástico, adelantada por empresas y organizaciones lí­deres en el mundo para repensar y rediseñar el futuro de este material, empezando por los envases, uno de sus miembros, la Fundación Ellen MacArthur, anunció la entrega de un millón de dólares a cinco proyectos adelantados en distintos paí­ses del mundo para respaldar el avance hacia un nuevo sistema para el diseño y producción, uso, reutilización, compostaje y reciclaje del plástico, que funcione y permita responder a los retos que se enfrentan hoy.

Basados en el principio de que es necesario enfrentar la crisis del plástico mediante medidas innovadoras y con el respaldo de los gobiernos y las industrias, la Fundación, respaldada por la socia filantrópica Wendy Schmidt, con la participación de NineSigma en la identificación de soluciones potenciales alrededor del mundo, presentó las cinco iniciativas ganadoras del premio Circular Materials Challenge. Reunidos en dos categorí­as, los proyectos ganadores se enfocan a dos objetivos esenciales: lograr que los envases no reciclables se vuelvan reciclables, y encontrar combinaciones de materiales que la naturaleza pueda procesar.

Los organizadores del premio esperan que, con una infraestructura adecuada, estas innovaciones ayuden a evitar la generación de un volumen de residuos plásticos equivalente a cien bolsas de basura por segundo. Para eso, además del incentivo económico a cada ganador, equivalente a 200.000 dólares, los proyectos entrarán a un programa de aceleración en el que trabajarán al lado de expertos para lograr que sus soluciones alcancen una dimensión que les permita ingresar en mercados de consumo amplios y consolidados.

Nanoingenierí­a para envases reciclables

Una perspectiva desde el mundo académico y de la investigación fue una de las ganadoras del premio Circular Materials Challenge en la categorí­a de Envases no reciclables que se vuelven reciclables. Un equipo conformado por Eric J. Beckman, Sachin Velankar y Susan Fullerton, docentes de la Facultad de Ingenierí­a Quí­mica de la Universidad de Pittsburgh, en Estados Unidos, desarrolló un material reciclable que puede remplazar el utilizado en la producción de envases multicapas.

El nuevo sustrato altera la nanoestructura del polietileno de maneras que permiten reflejar las propiedades de capas como las de PET, EVOH, e incluso la de aluminio, sin cambiar la quí­mica. “El año pasado, la Fundación Ellen MacArthur lanzó su desafí­o para crear nuevas estructuras que permitan el reciclaje rápido… y aunque durante dos años habí­amos estado explorando el diseño para la economí­a circular en el área de textiles, muchos de los problemas en esta industria son similares a los de los plásticos”, le dijo a El Empaque+Conversión Eric Beckman, lí­der del equipo desarrollador del nuevo material.

“Nos concentramos entonces en el empaque multicapa, donde cada capa es por lo general de un material diferente, diseñado para lograr una propiedad fí­sica particular (barrera, resistencia, color). Estos son sistemas muy útiles, pero los múltiples materiales hacen que el reciclaje sea imposible. Decidimos que el mejor camino a seguir era tratar de mantener las propiedades (que son muy importantes para la protección de los alimentos) utilizando un solo material. La única manera de lograr las propiedades que necesitábamos en cada capa era cambiar la microestructura utilizando un solo tipo de polí­mero (en este caso el polietileno)”, cuenta Beckman.

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Para los jurados fue importante que diseñáramos un material para empaques, funcional y a la vez reciclable, sin tener que cambiar drásticamente los métodos utilizados para la recolección de residuos posconsumo y para su reprocesamiento".

Eric Beckman, profesor en la Facultad de Ingenierí­a Quí­mica de la Universidad de Pittsburgh.

El empleo de un solo tipo de polí­mero en un empaque flexible multicapa permite su reciclaje fácil y expedito, “luego de recolectarlo, solo tiene que picarse en trozos pequeños y volverse a fundir para darle forma en algo nuevo”, dice Beckman. Esta propiedad, y las ventajas que proporciona, fueron determinantes para que el jurado le otorgara al desarrollo de la Universidad de Pittsburgh el premio Circular Materials Challenge. “Creo que para los jurados fue muy importante que hubiésemos diseñado un material para empaques que puede ser funcional y que a la vez pueda reciclarse sin tener que cambiar drásticamente los métodos utilizados para la recolección de residuos posconsumo y para su reprocesamiento”, añade el lí­der del equipo.

La inversión del incentivo económico obtenido con el premio y la participación en el programa de aceleración permitirán en un futuro próximo el uso del nuevo material producido con aplicaciones de nanotecnologí­a. “Con el respaldo económico del premio y el programa de aceleramiento avanzaremos rápidamente para llevar al mercado esta tecnologí­a. Todaví­a nos encontramos en la fase de crear los prototipos y esperamos que esta tarea nos tome un año. También estamos tratando de alinear a los socios para agilizar un poco el desarrollo”, concluye Eric Beckman en su entrevista con El Empaque+Conversión.

Atractivo desarrollo para estructuras multicapa

En 2014, tres ganadores de distintos premios de innovación provenientes de Estados Unidos, Rusia y España, se reunieron bajo el nombre Aronax Technologies Group para proponer soluciones innovadoras frente a desafí­os técnicos. El grupo vení­a trabajando desde entonces junto con varios colaboradores externos en diversos proyectos internacionales y se propuso desarrollar una respuesta al reto “Circular Materials Challenge”, lanzado por la Fundación Ellen MacArthur con el soporte económico de la filántropa americana Wendy Schmidt, buscando encontrar alternativas reciclables o compostables para algunos tipos de empaque, incluidos los de plásticos laminados con pelí­culas de aluminio.

David Espinosa Durán, el miembro español del equipo, ideó la propuesta de un aditivo magnético que pudiera aplicarse a un material, para crear un mejor aislamiento frente al aire y la humedad, utilizarlo en empaques de productos delicados como café y medicamentos, y poderlo reciclar luego de su uso.

En la solución, que será desarrollada en España por un equipo independiente y separado del grupo “Aronax Technologies” original, “se ha procurado tener en cuenta la infraestructura existente en la industria del plástico, de forma que sea realizable sin grandes modificaciones a lo largo del proceso. La innovación parte de una base probada (uso de mica como aditivo barrera), pero mejorada para facilitar el reciclaje. Además, es potencialmente aplicable tanto a materiales reciclables (plásticos derivados de combustibles fósiles) como a materiales compostables derivados de biomasa”, señala David Espinosa en su entrevista con El Empaque+Conversión.

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David Espinosa Durán ideó la propuesta de un aditivo magnético que pudiera
aplicarse a un material, para crear un mejor aislamiento frente al aire y la humedad,
utilizarlo en empaques de productos delicados como café y medicamentos,
y poderlo reciclar luego de su uso.

Materiales como la mica, conocidos ya como posibles aditivos en la formulación de plásticos para mejorar su impermeabilidad al oxí­geno y vapor de agua, pueden desmenuzarse en finas capas altamente impermeables, del orden de unas pocas micras de grosor, para ordenarlas con su superficie paralela a la de la pelí­cula a la que se van a añadir. “Con el aditivo y la tecnologí­a de fabricación que proponemos, esperamos que se logre una ordenación de las partí­culas, de forma que se maximicen las propiedades de barrera usando el mí­nimo producto. En principio, esperamos que pueda usarse como un aditivo en la extrusión de pelí­culas de polí­meros termoplásticos, así­ como en forma de recubrimiento de dichas pelí­culas”, dice Espinosa.

La innovación del equipo investigador presenta ventajas tangibles frente a los revestimientos de aluminio utilizados en la industria de empaques, que Espinosa detalla, resaltando los beneficios que podrí­a brindar en términos de sostenibilidad ambiental. “Un problema que presenta el aluminio usado junto con plásticos es que hace muy difí­cil el reciclaje del envase o su uso final como compost. Esto es así­ tanto si el aluminio se usa como una pelí­cula o como un recubrimiento aún más fino. En la alternativa propuesta, el aditivo (silicatos modificados) no forma una pelí­cula continua sobre el plástico. Esperamos que el envase que lo incluya, una vez usado, pueda separarse con imanes en una planta de reciclaje. Alternativamente, si añadimos este material a plásticos compostables (derivados de biomasa), la presencia del aditivo desde un punto de vista de la descomposición en la naturaleza, serí­a comparable a la de añadir arena fina, de forma que con el tiempo no quedarí­an residuos observables, a diferencia de lo que ocurrirí­a si intentamos compostar un envase que incluya una pelí­cula de aluminio”.

En la alternativa propuesta, el aditivo no forma una pelí­cula continua sobre el plástico. Esperamos que el envase que lo incluya, una vez usado, pueda separarse con imanes en una planta de reciclaje".

David Espinosa Durán, miembro del equipo que propone el desarrollo de un aditivo magnético.

El material, que inició ya el programa de aceleración, y para el cual se espera una oferta en un futuro próximo, tiene como objetivo principal remplazar a las pelí­culas de aluminio en plásticos laminados (PAL), utilizadas extensivamente en productos de consumo como alimentos, bebidas, medicinas y productos higiénicos, presentes en muchos hogares, y que al final de su uso no se reciclan. La razón del uso extendido del aluminio es que es una barrera muy efectiva para la humedad y el oxí­geno, con efectos benéficos en la preservación de los contenidos de los empaques. “Pretendemos que esta solución sea una opción más que los fabricantes elijan; una alternativa a la inclusión de pelí­culas de aluminio como barrera. El aluminio ya ha comprobado su eficiencia y viabilidad económica. Queda por demostrar que la alternativa que proponemos, una vez desarrollada y ensayada, sea también viable para su uso industrial. La solución no reemplaza completamente los plásticos multicapa, pero sí­ posibilita la eliminación del uso del aluminio en los mismos, ya que cumple las mismas funciones”, concluye Espinosa.

Plástico de base biológica compostable

Del conocimiento y la experiencia de tres protagonistas de las industrias de plásticos y de envases surgió la idea de un material compostable de alto desempeño, producido a partir de materiales renovables, subproductos agrí­colas y residuos de alimentos, para empacar una amplia variedad de bienes de consumo masivo, que comprenden desde barras de granola y galletas hasta detergentes para el lavado de ropa. Resultado de un trabajo conjunto entre las empresas estadounidenses Full Cycle Bioplastics, Elk Packaging, y Associated Labels and Packaging, la solución, ganadora en la categorí­a de Combinación de materiales que la naturaleza puede procesar, se materializó en un empaque fabricado a partir de madera y de residuos de plantas, con el que pueden alimentarse bacterias, y convertirse de nuevo en plástico.

Ofrecemos no solo un plástico de base biológica producido mediante un proceso competitivo en costos, sino que superamos los aspectos débiles que le son inherentes, como una barrera frente al oxí­geno menor de la deseada".

Andrew Falcon, CEO de Full Cycle Bioplastics.

“Al comienzo de mi carrera en el mundo de los plásticos y los envases tradicionales, me sentí­a enormemente frustrado por las consecuencias imprevistas del consumo masivo de plásticos: malos diseños que conducí­an a un reciclaje ineficiente, polución, falta de materiales alternativos, y la volatilidad relacionada con el ví­nculo a la economí­a basada en el petróleo. Al buscar alternativas, me di cuenta de que uno de los principales retos de la sociedad consiste en hallar soluciones que sean económicamente viables para manejar los crecientes volúmenes de residuos orgánicos y las emisiones que se derivan de estos. Nuestra solución puede responder a estos dos problemas crí­ticos”, señala Andrew Falcon, CEO de Full Cycle Bioplastics, al responder una encuesta realizada por los organizadores del Premio Circular Materials Challenge.

La solución ganadora es la primera pelí­cula multicapa económica fabricada por completo a partir de PHA, un biopolí­mero que se produce de manera natural, al que se suman materiales basados en celulosa producidos a partir de material vegetal. Con su empleo se brinda una importante alternativa para los sustratos basados en petróleo. Debido a que el PHA se fabrica a partir de residuos orgánicos, el compostaje del material después del uso del empaque puede proporcionar la materia prima para fabricar plástico nuevo.

El respaldo de esta innovadora pelí­cula a los esfuerzos que se orientan a una economí­a circular de los plásticos fue un elemento fundamental en la decisión de otorgar el premio a las tres empresas que participaron en su desarrollo. “Abordamos tanto la polución del plástico como los residuos orgánicos con un enfoque sistémico. La transformación de los residuos en un material de alto valor los mantendrá fuera de los vertederos y reducirá las emisiones de gases de efecto invernadero. Ofrecemos no solo un plástico de base biológica producido mediante un proceso competitivo en costos, sino que superamos los aspectos débiles que le son inherentes, como una barrera frente al oxí­geno menor de la deseada. Al combinarlo con otros materiales compostables, creamos una alternativa viable a las pelí­culas no reciclables multicapa que existen hoy en el mercado”, señala Andrew Falcon en su entrevista con los organizadores del premio.

Plástico de celulosa

Un verdadero giro en términos de innovación fue también premiado en Davos: un material que luce y se comporta como plástico, pero que se produce usando recursos naturales como la celulosa de madera utilizada en la fabricación de papel, o a partir de plantas de rápido crecimiento como el arroz o la caña de azúcar, o con fibras recicladas, residuos textiles y agrí­colas. Esta es la solución con la que el Centro de Investigación Técnica de Finlandia (VTT) se hizo acreedor a un premio Circular Materials Challenge en la categorí­a de Combinación de materiales que la naturaleza puede procesar. Gracias a sus propiedades de barrera contra gases, grasas, aceites minerales y la humedad, el material se adapta de manera ideal al empaque de productos alimenticios como granolas, nueces y quesos, en aplicaciones como materiales flexibles, bolsas parables y contenedores para lí­quidos. El Profesor, Dr. Ali Harlin nos habló sobre el origen de esta iniciativa y de su impacto previsto en la reducción de residuos vertidos a los océanos.

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El material premiado se fabrica a partir de dos tipos de celulosa transparente de madera,
una de fibras y otra que se asemeja al plástico, ambas con propiedades de
barrera complementarias reunidas en una pelí­cula de tres capas.

“En el equipo de VTT hemos aprendido más sobre la celulosa en los últimos diez años que en toda la historia previa, y llegamos a una encrucijada: habí­a que encontrarle un nuevo uso ante el descenso en el consumo de papel. Nos enfocamos entonces en la obtención de un uso que sustituyera de alguna manera al plástico”, nos dice este investigador finlandés por teléfono, una frí­a mañana de invierno desde su oficina en Helsinki.

El material se comporta como un plástico, de manera que puede fundirse y moldearse, y hacerse con él una pelí­cula que ofrece muy buenas propiedades de barrera frenre a otras alternativas".

Dr. Ali Harlin, profesor e investigador del Centro de Investigación Técnica de Finlandia.

El material premiado se fabrica a partir de dos tipos de celulosa transparente de madera, una de fibras y otra que se asemeja al plástico, ambas con propiedades de barrera complementarias reunidas en una pelí­cula de tres capas. Una de los principales problemas que enfrentaron los investigadores durante la creación del nuevo material fue la sensibilidad a la humedad de las pelí­culas de celulosa de fibras, para lo cual crearon una pelí­cula parecida al plástico con excelentes propiedades de barrera. Mediante la combinación de los dos tipos de pelí­culas se obtuvo un producto único con las propiedades requeridas. “El material se comporta como un plástico, de manera que puede fundirse y moldearse, y hacerse con él una pelí­cula que ofrece muy buenas propiedades de barrera frente a otras alternativas”, dice el Profesor, Dr. Harlin.

La pelí­cula desarrollada en Finlandia por el equipo de VTT es completamente compostable, bajo algunas condiciones ambientales especí­ficas. “Es recomendable que se haga en una compostadora donde se puedan controlar la humedad y la temperatura. Si se consideran las condiciones de un paí­s como Finlandia, donde usualmente no tenemos temperaturas de dí­a superiores a 20 grados centí­grados, excepto un mes en el año, y donde la humedad del ambiente usualmente no es muy baja, el material se tardará más de un año en degradarse; definitivamente lo hará de forma natural debido a sus componentes orgánicos, pero tardará más en hacerlo que el estándar”, señala el Profesor, Dr. Harlin.

Como parte del Programa de aceleración de las iniciativas ganadoras de los premios, la solución de VTT avanza en su proceso de viabilidad comercial. “El desarrollo depende mucho de las compañí­as interesadas. Hemos tenido el respaldo del gobierno de Finlandia, con un sistema de financiación que depende del Ministerio de Economí­a y Empleo y de algunas agencias de financiamiento; hay algún dinero de la Comisión Europea, y de compañí­as que son activas en su desarrollo. Creo entonces que estamos a dos o tres años de lograr la producción industrial”, afirma el Profesor, Dr. Harlin, especializado en la investigación de procesamiento y productos de biomasa en VTT.

Sus expectativas acerca de la consolidación de esta solución, en los mercados, se refleja en sus palabras finales en la entrevista con El Empaque+Conversión: “Necesitamos un nuevo tipo de soluciones de envases plásticos para proteger la naturaleza y hacer que desaparezcan los residuos plásticos contaminantes de los suelos y los océanos. Nos sentimos muy complacidos de poder haber realizado y de avanzar en el objetivo central de nuestro trabajo, que es hacer un mundo mejor. Dirí­a que estoy muy entusiasmado con este trabajo y me siento feliz de poder llevarlo a cabo”.

Recubrimiento orgánico parea plásticos

El rediseño de un recubrimiento desarrollado en Alemania por el Instituto Fraunhofer para la Investigación sobre el Silicato, ISC, fue la tercera innovación premiada en el concurso Circular Materials Challenge a comienzos de este año. Desde hace algún tiempo, los investigadores de este centro vení­an trabajando en la solución denominada ORMOCER®, un recubrimiento de alta barrera basada en materiales con estructuras semejantes a las del vidrio, que combina propiedades esenciales de sus componentes como alta transparencia, dureza (tipo la del polí­mero), estabilidad quí­mica y térmica, bajas temperaturas de procesamiento, gran funcionalidad y rigidez. “Debido a que los principales problemas de los plásticos de base biológica se relacionan con sus propiedades de barrera, desarrollamos en el Instituto una nueva clase de recubrimientos biodegradables que denominamos bioORMOCER®, como una alternativa compostable a los empaques multicapa que no son reciclables”, señala la doctora Sabine Amberg-Schwab, directora del Departamento de Recubrimientos Funcionales del Instituto Fraunhofer para la Investigación sobre el Silicato, en entrevista con los organizadores del Premio.

Nuestra innovación es un buen ejemplo de un material circular, puesto que utilizamos residuos orgánicos como los de frutas para producir recubrimientos, y no competimos por lo tantro con los cultivos de alimentos".

Sabine Amberg-Schwab, directora del Departamento de Recubrimientos Funcionales del Instituto Fraunhofer para la Investigación sobre el Silicato.

Estos nuevos recubrimientos mejoran el desempeño de los empaques de base biológica y de los biodegradables, que por sí­ solos no podrí­an garantizar la vida útil mí­nima de muchos productos alimenticios, y se convierte en una alternativa competitiva para las pelí­culas multicapa no reciclables. “Nuestra innovación es un buen ejemplo de un material circular, puesto que utilizamos residuos orgánicos como los de frutas para producir los recubrimientos, y no competimos por lo tanto con los cultivos de alimentos. De esos residuos biológicos se extraen los biopolí­meros, que modificamos quí­micamente para que funcionen como nuevos precursores biobasados y biodegradables para nuestros recubrimientos”, afirma la doctora Amberg-Schwab. Los materiales son transparentes, mejoran de manera significativamente la capacidad de los plásticos de base biológica para preservar los alimentos y tienen la capacidad de ser compostables.

La idea, que surgió de la preocupación por los problemas ocasionados por los plásticos no reciclables, en especial los utilizados en el empaque de alimentos, encuentra en el programa de aceleración una oportunidad de lograr una escala de producción comercial y potenciar así­ sus beneficios medioambientales. “Estamos muy entusiasmados en el Instituto con la posibilidad de trabajar con pioneros y expertos de las industrias de plásticos, envases y del reciclaje, y con el hecho de saber que todos los participantes se beneficiarán de una valiosa transferencia de conocimiento. Estamos convencidos de que nuestra innovación cuenta con el potencial de contribuir de manera importante a consolidar una industria del envase más sostenible”, concluye la directora del Departamento de Recubrimientos Funcionales del Instituto Fraunhofer.

Este artí­culo viene de la revista impresa con el código 0218SOSTENIBILIDAD

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