Do residuo de plástico á industria farmacéutica

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

• Ingurumena
• Farmakologia

Os plásticos son o produto de consumo sintético máis abundante do mundo, alcanzando en 2021 unha produción anual de 390 millóns de toneladas métricas. As súas propiedades, talles como peso lixeiro, baixo custo e facilidade de propulsión, permiten unha gran variedade de aplicacións, como envases lixeiros, construción, electrónica, dispositivos biomédicos e almacenamento de enerxía.

A nivel molecular, os plásticos son cadeas de monómeros longas, é dicir, cadeas creadas polas repeticións dunha molécula, cuxas propiedades dos materiais dependen do movemento e organización das mesmas. A pesar das importantes vantaxes que o uso de polímeros supuxo para a sociedade, a xestión dos plasticos non se desenvolveu na mesma ritma de produción, dando lugar ás pilas de residuos de plástico e á presenza de microplásticos.

Aínda que a sociedade está a concienciar sobre a insosteible xestión dos plásticos e o consumo de plásticos reduciuse en 10 millóns de toneladas desde 2017, espérase que siga producindo moito plástico. Por iso, viuse a necesidade de xestionar os plásticos post-consumo e, na medida do posible, dar unha nova vida, que é o obxectivo da miña tese doutoral.

Reciclabilidad de polímeros

A Comisión de Medio Ambiente da Unión Europea está a tratar de incrementar a sustentabilidade dos plásticos comerciais mediante a aplicación de políticas e programas específicos. Entre estes esforzos, pretende transformar a produción lineal até agora á produción circular, potenciando a reciclaxe, é dicir, recomenda o uso de residuos plásticos despois do consumo como fonte de alta calidade para a produción de novos plásticos.

Na produción lineal, para a formación do polímero tómanse os monomeros e realízase a síntese do polímero. A continuación procésase este polímero para obter o produto desexado, é dicir, dáselle forma e cor. Unha vez consumido o produto, o residuo de plástico almacénase en vertedoiro ou se utiliza para recuperar enerxía (Figura 1).

Na produción circular preténdese dar unha nova vida ao plástico, converténdoo de novo nun produto de consumo. Neste caso, primeiro sintetízase e procesa o polímero, do mesmo xeito que se realiza na produción lineal, pero unha vez finalizada a utilización do polímero recóllense os residuos e trasládanse ás industrias especializadas. Nestas industrias aplícase un proceso de reciclaxe ao plástico e vólvese a utilizar (Figura 1).

A pesar do desenvolvemento dos procesos de reciclaxe, queda aínda un longo camiño por percorrer, xa que o 23,4% dos residuos recolleitos en 2020 terminaron en vertedoiro, o 42% destináronse á recuperación de enerxía e só o 34,6% dos residuos deron unha nova vida (figura 2). Con todo, é evidente que aos poucos se recicla máis: Desde 2006, o uso de material reciclado aumentou nun 117% e os residuos depositados en vertedoiros diminuíron nun 47%.

De que falamos cando falamos de reciclaxe?

Na actualidade, o proceso máis habitual de reciclaxe de residuos de plástico é a reconversión mecánica. Con todo, neste proceso o polímero perde propiedades. Por iso, a reciclaxe mecánica só admite ciclos concretos, polo que o plástico non pode reciclarse desta maneira.

Afortunadamente é posible dar ao plástico un ciclo infinito de reciclaxe, substituíndo a reciclaxe mecánica polo químico. Este método de reciclaxe permite a reconversión de cadeas de polímeros en monómeros, o que permite unha nova síntese do polímero inicial. Por tanto, pódese producir unha e outra vez plástico reciclado coas mesmas propiedades, reducindo a necesidade de utilizar novas materias primas.

De onde proceden os polímeros?

A maioría dos polímeros de importancia industrial están baseados no petróleo, as materias primas refínanse do petróleo e utilízanse para polimerizaciones. No proceso de refino empréganse condicións drásticas como temperaturas e presións elevadas e ademais emítense á atmosfera metano e dióxido de carbono responsables do cambio climático.

Co obxectivo de reducir estes danos, o uso industrial de polímeros de base biolóxica comezou a aumentar. Un dos polímeros máis coñecidos é o ácido poliláctico (PLA), que en ocasións se emprega para envasar alimentos. Os monómeros deste polímero obtéñense das plantas, o que contribúe a reducir o uso do petróleo. Xunto ao polímero PLA, nos últimos anos existe outro polímero biobasado que está a adquirir interese: o polihidroxibutirato (PHB).

Por que é tan especial o polihidroxibutirato?

O polímero PHB ten excelentes propiedades barreira, é dicir, non permite filtrar moléculas pequenas a través do polímero, polo que é un material moi apropiado para a conservación dos alimentos. Con todo, a principal peculiaridade deste polímero reside na súa orixe, xa que é producido internamente por uns microorganismos. En consecuencia, o polímero extráese de microorganismos e utilízase para producir produtos como cubertos dun só uso e envases lixeiros para alimentos (figura 3).

Este polímero é ademais biodegradable, o que aumenta o interese por el, xa que co tempo volverá á natureza en forma de auga, dióxido de carbono e biomasa. Con todo, o principal inconveniente do PHB é o seu elevado prezo, superior ao dos polímeros convencionais baseados no petróleo. Por iso, viuse a necesidade de proceder a unha recolección de PHB para que sexa un polímero rendible para as aplicacións dun só uso.

O plástico PHB non se pode reciclar mecanicamente, xa que se degrada á temperatura requirida polo proceso e ademais perdería as propiets durante o proceso. Por tanto, habemos recalculado que o mellor proceso de reciclaxe para este polímero é a reciclaxe química.

Reciclaxe química de polihidroxibutirato

Dependendo do polímero, a reciclaxe química pode realizarse dunha ou outra maneira, pero habemos visto que o máis axeitado é a hidrólisis. No proceso de hidrólisis utilízase auga para fragmentar o polímero e obter así monómeros.

O ideal para a hidrólisis do polímero PHB é mergullalo e elevar a temperatura a 180ºC, como vimos. Para axudar no proceso engadiuse un catalizador natural que se deixou facer reaccionar durante 12 horas. Despois deste tempo, o prol-ducto estudouse mediante unha técnica denominada resonancia magnética nuclear e observouse que o monómero obtido é acedo 3-hidroxibutírico.

A molécula de ácido 3-hidroxibutírico ofrece varias vías de reciclaxe. Por unha banda, permite sintetizar de novo o polímero PHB, pechando así o ciclo de reciclaxe completamente. Con todo, existen outras aplicacións de maior interese, especialmente as relacionadas coas industrias cosméticas e farmacéuticas (figura 4).

En cosmética, o ácido 3-hidroxibutírico utilízase para o tratamento de determinadas enfermidades da pel, como o fotoenvejecimiento, a acne, os trastornos da pigmentación e a psoriasis. Así mesmo, é a materia prima para a síntese de numerosos compostos que conteñen ácido farmacéutico, como axentes antitumorais, axentes anti-obesidade, antibióticos e vitaminas.

O ácido 3-hidroxibutírico tamén se pode obter por outras vías, pero son procesos moi difíciles e obtéñense cantidades moi pequenas de produto. Conclúese, por tanto, que a hidrólisis do polímero PHB é unha forma fácil e sostible de obter esta interesante molécula. Ademais, permite preservar a natureza, xa que partindo dun residuo de plástico obtense unha materia prima de gran importancia.

Bibliografía