Del residu de plàstic a la indústria farmacèutica

2023/09/01 Gabirondo Amenabar, Elena - Kimikan doktorea Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Ingurumena
• Farmakologia

Els plàstics són el producte de consum sintètic més abundant del món, aconseguint en 2021 una producció anual de 390 milions de tones mètriques. Les seves propietats, com ara pes lleuger, sota cost i facilitat de propulsió, permeten una gran varietat d'aplicacions, com a envasos lleugers, construcció, electrònica, dispositius biomèdics i emmagatzematge d'energia.

A nivell molecular, els plàstics són cadenes de monòmers llargues, és a dir, cadenes creades per les repeticions d'una molècula, les propietats de la qual dels materials depenen del moviment i organització d'aquestes. Malgrat els importants avantatges que l'ús de polímers ha suposat per a la societat, la gestió dels plasticos no s'ha desenvolupat en la mateixa ritma de producció, donant lloc a les piles de residus de plàstic i a la presència de microplàstics.

Encara que la societat està conscienciant sobre la insostenible gestió dels plàstics i el consum de plàstics s'ha reduït en 10 milions de tones des de 2017, s'espera que continuï produint molt plàstic. Per això, s'ha vist la necessitat de gestionar els plàstics post-consum i, en la mesura que sigui possible, donar una nova vida, que és l'objectiu de la meva tesi doctoral.

Reciclabilitat de polímers

La Comissió de Medi Ambient de la Unió Europea està tractant d'incrementar la sostenibilitat dels plàstics comercials mitjançant l'aplicació de polítiques i programes específics. Entre aquests esforços, pretén transformar la producció lineal fins ara a la producció circular, potenciant el reciclatge, és a dir, recomana l'ús de residus plàstics després del consum com a font d'alta qualitat per a la producció de nous plàstics.

En la producció lineal, per a la formació del polímer es prenen els monomeros i es realitza la síntesi del polímer. A continuació es processa aquest polímer per a obtenir el producte desitjat, és a dir, se li dona forma i color. Una vegada consumit el producte, el residu de plàstic s'emmagatzema en abocador o s'utilitza per a recuperar energia (Figura 1).

En la producció circular es pretén donar una nova vida al plàstic, convertint-lo de nou en un producte de consum. En aquest cas, primer se sintetitza i processa el polímer, de la mateixa manera que es realitza en la producció lineal, però una vegada finalitzada la utilització del polímer es recullen els residus i es traslladen a les indústries especialitzades. En aquestes indústries s'aplica un procés de reciclatge al plàstic i es torna a utilitzar (Figura 1).

Malgrat el desenvolupament dels processos de reciclatge, queda encara un llarg camí per recórrer, ja que el 23,4% dels residus recollits en 2020 van acabar en abocador, el 42% es van destinar a la recuperació d'energia i només el 34,6% dels residus van donar una nova vida (figura 2). No obstant això, és evident que a poc a poc es recicla més: Des de 2006, l'ús de material reciclat ha augmentat en un 117% i els residus dipositats en abocadors han disminuït en un 47%.

De què parlem quan parlem de reciclatge?

En l'actualitat, el procés més habitual de reciclatge de residus de plàstic és la reconversió mecànica. No obstant això, en aquest procés el polímer perd propietats. Per això, el reciclatge mecànic només admet cicles concrets, per la qual cosa el plàstic no pot reciclar-se d'aquesta manera.

Afortunadament és possible donar al plàstic un cicle infinit de reciclatge, substituint el reciclatge mecànic pel químic. Aquest mètode de reciclatge permet la reconversió de cadenes de polímers en monòmers, la qual cosa permet una nova síntesi del polímer inicial. Per tant, es pot produir una vegada i una altra plàstic reciclat amb les mateixes propietats, reduint la necessitat d'utilitzar noves matèries primeres.

D'on procedeixen els polímers?

La majoria dels polímers d'importància industrial estan basats en el petroli, les matèries primeres es refinen del petroli i s'utilitzen per a polimeritzacions. En el procés de refinament s'empren condicions dràstiques com a temperatures i pressions elevades i a més s'emeten a l'atmosfera metà i diòxid de carboni responsables del canvi climàtic.

Amb l'objectiu de reduir aquests danys, l'ús industrial de polímers de base biològica ha començat a augmentar. Un dels polímers més coneguts és l'àcid poliláctico (PLA), que a vegades s'empra per a envasar aliments. Els monòmers d'aquest polímer s'obtenen de les plantes, la qual cosa contribueix a reduir l'ús del petroli. Al costat del polímer PLA, en els últims anys existeix un altre polímer biobasado que està adquirint interès: el polihidroxibutirato (PHB).

Per què és tan especial el polihidroxibutirato?

El polímer PHB té excel·lents propietats barrera, és a dir, no permet filtrar molècules petites a través del polímer, per la qual cosa és un material molt apropiat per a la conservació dels aliments. No obstant això, la principal peculiaritat d'aquest polímer resideix a l'origen, ja que és produït internament per uns microorganismes. En conseqüència, el polímer s'extreu de microorganismes i s'utilitza per a produir productes com a coberts d'un sol ús i envasos lleugers per a aliments (figura 3).

Aquest polímer és a més biodegradable, la qual cosa augmenta l'interès per ell, ja que amb el temps tornarà a la naturalesa en forma d'aigua, diòxid de carboni i biomassa. No obstant això, el principal inconvenient del PHB és el seu elevat preu, superior al dels polímers convencionals basats en el petroli. Per això, s'ha vist la necessitat de procedir a una recol·lecció de PHB perquè sigui un polímer rendible per a les aplicacions d'un sol ús.

El plàstic PHB no es pot reciclar mecànicament, ja que es degrada a la temperatura requerida pel procés i a més perdria les propiets durant el procés. Per tant, hem recalculat que el millor procés de reciclatge per a aquest polímer és el reciclatge químic.

Reciclatge químic de polihidroxibutirato

Depenent del polímer, el reciclatge químic pot realitzar-se de l'una o l'altra manera, però hem vist que el més adequat és la hidròlisi. En el procés d'hidròlisi s'utilitza aigua per a fragmentar el polímer i obtenir així monòmers.

L'ideal per a la hidròlisi del polímer PHB és submergir-ho i elevar la temperatura a 180 °C, com hem vist. Per a ajudar en el procés s'ha afegit un catalitzador natural que s'ha deixat fer reaccionar durant 12 hores. Després d'aquest temps, el pro-ducto s'ha estudiat mitjançant una tècnica denominada ressonància magnètica nuclear i s'ha observat que el monòmer obtingut és àcid 3-hidroxibutírico.

La molècula d'àcid 3-hidroxibutírico ofereix diverses vies de reciclatge. D'una banda, permet sintetitzar de nou el polímer PHB, tancant així el cicle de reciclatge completament. No obstant això, existeixen altres aplicacions de major interès, especialment les relacionades amb les indústries cosmètiques i farmacèutiques (figura 4).

En cosmètica, l'àcid 3-hidroxibutírico s'utilitza per al tractament de determinades malalties de la pell, com el fotoenvelliment, l'acne, els trastorns de la pigmentació i la psoriasi. Així mateix, és la matèria primera per a la síntesi de nombrosos compostos que contenen àcid farmacèutic, com a agents antitumorals, agents anti-obesitat, antibiòtics i vitamines.

L'àcid 3-hidroxibutírico també es pot obtenir per altres vies, però són processos molt difícils i s'obtenen quantitats molt petites de producte. Es conclou, per tant, que la hidròlisi del polímer PHB és una forma fàcil i sostenible d'obtenir aquesta interessant molècula. A més, permet preservar la naturalesa, ja que partint d'un residu de plàstic s'obté una matèria primera de gran importància.

Bibliografia