Del residuo de plástico a la industria farmacéutica

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

• Ingurumena
• Farmakologia

Los plásticos son el producto de consumo sintético más abundante del mundo, alcanzando en 2021 una producción anual de 390 millones de toneladas métricas. Sus propiedades, tales como peso ligero, bajo coste y facilidad de propulsión, permiten una gran variedad de aplicaciones, como envases ligeros, construcción, electrónica, dispositivos biomédicos y almacenamiento de energía.

A nivel molecular, los plásticos son cadenas de monómeros largas, es decir, cadenas creadas por las repeticiones de una molécula, cuyas propiedades de los materiales dependen del movimiento y organización de las mismas. A pesar de las importantes ventajas que el uso de polímeros ha supuesto para la sociedad, la gestión de los plas­ticos no se ha desarrollado en la misma rit­ma de producción, dando lugar a las pilas de residuos de plástico y a la presencia de microplásticos.

Aunque la sociedad está concienciando sobre la insostenible gestión de los plásticos y el consumo de plásticos se ha reducido en 10 millones de toneladas desde 2017, se espera que siga produciendo mucho plástico. Por ello, se ha visto la necesidad de gestionar los plásticos post-consumo y, en la medida de lo posible, dar una nueva vida, que es el objetivo de mi tesis doctoral.

Reciclabilidad de polímeros

La Comisión de Medio Ambiente de la Unión Europea está tratando de incrementar la sostenibilidad de los plásticos comerciales mediante la aplicación de políticas y programas específicos. Entre estos esfuerzos, pretende transformar la producción lineal hasta ahora a la producción circular, potenciando el reciclaje, es decir, recomienda el uso de residuos plásticos después del consumo como fuente de alta calidad para la producción de nuevos plásticos.

En la producción lineal, para la formación del polímero se toman los mono­me­ros y se realiza la síntesis del polímero. A continuación se procesa este polímero para obtener el producto deseado, es decir, se le da forma y color. Una vez consumido el producto, el residuo de plástico se almacena en vertedero o se utiliza para recuperar energía (Figura 1).

En la producción circular se pretende dar una nueva vida al plástico, convirtiéndolo de nuevo en un producto de consumo. En este caso, primero se sintetiza y procesa el polímero, del mismo modo que se realiza en la producción lineal, pero una vez finalizada la utilización del polímero se recogen los residuos y se trasladan a las industrias especializadas. En estas industrias se aplica un proceso de reciclaje al plástico y se vuelve a utilizar (Figura 1).

A pesar del desarrollo de los procesos de reciclaje, queda aún un largo camino por recorrer, ya que el 23,4% de los residuos recogidos en 2020 terminaron en vertedero, el 42% se destinaron a la recuperación de energía y sólo el 34,6% de los residuos dieron una nueva vida (figura 2). Sin embargo, es evidente que poco a poco se recicla más: Desde 2006, el uso de material reciclado ha aumentado en un 117% y los residuos depositados en vertederos han disminuido en un 47%.

¿De qué hablamos cuando hablamos de reciclaje?

En la actualidad, el proceso más habitual de reciclaje de residuos de plástico es la reconversión mecánica. Sin embargo, en este proceso el polímero pierde propiedades. Por ello, el reciclaje mecánico sólo admite ciclos concretos, por lo que el plástico no puede reciclarse de esta manera.

Afortunadamente es posible dar al plástico un ciclo infinito de reciclaje, sustituyendo el reciclado mecánico por el químico. Este método de reciclado permite la reconversión de cadenas de polímeros en monómeros, lo que permite una nueva síntesis del polímero inicial. Por lo tanto, se puede producir una y otra vez plástico reciclado con las mismas propiedades, reduciendo la necesidad de utilizar nuevas materias primas.

¿De dónde proceden los polímeros?

La mayoría de los polímeros de importancia industrial están basados en el petróleo, las materias primas se refinan del petróleo y se utilizan para polimerizaciones. En el proceso de refino se emplean condiciones drásticas como temperaturas y presiones elevadas y además se emiten a la atmósfera metano y dióxido de carbono responsables del cambio climático.

Con el objetivo de reducir estos daños, el uso industrial de polímeros de base biológica ha comenzado a aumentar. Uno de los polímeros más conocidos es el ácido poliláctico (PLA), que en ocasiones se emplea para envasar alimentos. Los monómeros de este polímero se obtienen de las plantas, lo que contribuye a reducir el uso del petróleo. Junto al polímero PLA, en los últimos años existe otro polímero biobasado que está adquiriendo interés: el polihidroxibutirato (PHB).

¿Por qué es tan especial el polihidroxibutirato?

El polímero PHB tiene excelentes propiedades barrera, es decir, no permite filtrar moléculas pequeñas a través del polímero, por lo que es un material muy apropiado para la conservación de los alimentos. Sin embargo, la principal peculiaridad de este polímero reside en su origen, ya que es producido internamente por unos microorganismos. En consecuencia, el polímero se extrae de microorganismos y se utiliza para producir productos como cubiertos de un solo uso y envases ligeros para alimentos (figura 3).

Este polímero es además biodegradable, lo que aumenta el interés por él, ya que con el tiempo volverá a la naturaleza en forma de agua, dióxido de carbono y biomasa. Sin embargo, el principal inconveniente del PHB es su elevado precio, superior al de los polímeros convencionales basados en el petróleo. Por ello, se ha visto la necesidad de proceder a una recolección de PHB para que sea un polímero rentable para las aplicaciones de un solo uso.

El plástico PHB no se puede reciclar mecánicamente, ya que se degrada a la temperatura requerida por el proceso y además perdería las pro­piets durante el proceso. Por lo tanto, hemos recalculado que el mejor proceso de reciclaje para este polímero es el reciclaje químico.

Reciclado químico de polihidroxibutirato

Dependiendo del polímero, el reciclaje químico puede realizarse de una u otra manera, pero hemos visto que lo más adecuado es la hidrólisis. En el proceso de hidrólisis se utiliza agua para fragmentar el polímero y obtener así monómeros.

Lo ideal para la hidrólisis del polímero PHB es sumergirlo y elevar la temperatura a 180ºC, como hemos visto. Para ayudar en el proceso se ha añadido un catalizador natural que se ha dejado hacer reaccionar durante 12 horas. Después de este tiempo, el pro-ducto se ha estudiado mediante una técnica denominada resonancia magnética nuclear y se ha observado que el monómero obtenido es ácido 3-hidroxibutírico.

La molécula de ácido 3-hidroxibutírico ofrece varias vías de reciclaje. Por un lado, permite sintetizar de nuevo el polímero PHB, cerrando así el ciclo de reciclaje completamente. Sin embargo, existen otras aplicaciones de mayor interés, especialmente las relacionadas con las industrias cosméticas y farmacéuticas (figura 4).

En cosmética, el ácido 3-hidroxibutírico se utiliza para el tratamiento de determinadas enfermedades de la piel, como el fotoenvejecimiento, el acné, los trastornos de la pigmentación y la psoriasis. Asimismo, es la materia prima para la síntesis de numerosos compuestos que contienen ácido farmacéutico, como agentes antitumorales, agentes anti-obesidad, antibióticos y vitaminas.

El ácido 3-hidroxibutírico también se puede obtener por otras vías, pero son procesos muy difíciles y se obtienen cantidades muy pequeñas de producto. Se concluye, por tanto, que la hidrólisis del polímero PHB es una forma fácil y sostenible de obtener esta interesante molécula. Además, permite preservar la naturaleza, ya que partiendo de un residuo de plástico se obtiene una materia prima de gran importancia.

Bibliografía