ANIPH: Estrategias técnicas para minimizar los impactos ambientales negativos de los materiales plásticos en contextos humanitario
La proliferación de residuos en entornos abiertos y la consiguiente contaminación por sustancias nocivas que liberan, especialmente materiales plásticos, se ha convertido en una emergencia mundial. Esta crisis afecta gravemente la calidad del suelo y el agua, así como la biodiversidad de los ecosistemas terrestres y marinos. En este contexto, la biodegradabilidad de materiales y productos para aplicaciones específicas podría ofrecer soluciones viables al final de su vida útil, siempre que la biodegradación se produzca de forma segura y sostenible, ya sea en entornos abiertos o en condiciones controladas. Los productos plásticos de base biológica y biodegradables ( BBpP ) están surgiendo como una parte crucial de la solución a este problema generalizado. Sin embargo, su implementación segura y sostenible requiere abordar varios desafíos clave.
Desafíos críticos en el despliegue de plásticos de base biológica y biodegradables
- Garantizar la alineación del ciclo de vida con los principios de la economía circular: Para alcanzar el máximo potencial de los BBpP es necesario alinear todo su ciclo de vida con los principios de la economía circular. Esto incluye el uso de materias primas renovables y el establecimiento de procesos de producción circulares para maximizar el impacto ambiental positivo.
- Diseño a medida para rutas de fin de vida útil y biodegradación: Algunos productos, debido a su propensión a generar residuos o a escenarios de uso específicos (p. ej., películas de acolchado agrícola, productos de ayuda humanitaria), son inherentemente difíciles de recolectar al final de su vida útil. Si bien los materiales biodegradables ofrecen una posible solución en estos contextos, su uso en entornos abiertos sigue siendo un desafío. Para los nuevos diseños de plásticos, la biodegradación debe concebirse como una propiedad del sistema, considerando rigurosamente las características del material, el entorno receptor y un plazo con base empírica para prevenir daños ambientales.
Además, las definiciones actuales de biodegradación suelen considerar únicamente el componente orgánico del polímero, ignorando otras sustancias como aditivos inorgánicos, adhesivos y recubrimientos, que pueden socavar las afirmaciones sobre la huella ambiental y afectar la biodegradabilidad de los polímeros. Esta omisión conlleva el riesgo de acumulación de sustancias nocivas en los ecosistemas, lo que subraya la urgente necesidad de polímeros diseñados con una "biodegradación programada segura", que incorporen únicamente sustancias seguras. - Reproducibilidad y exhaustividad de las normas de evaluación de la biodegradación: Los métodos de ensayo estándar actuales para evaluar la biodegradación de plásticos en entornos abiertos presentan una reproducibilidad deficiente y, a menudo, no abarcan todos los factores ambientales y las propiedades de los materiales que influyen en el proceso de biodegradación. Estos métodos requieren ser complementados con especificaciones estándar, como la definición de niveles de aprobación para cada compartimento ambiental, que aún se encuentran en desarrollo. Por consiguiente, las certificaciones existentes (p. ej., «degradable en el medio marino») deben actualizarse para evitar la confusión del consumidor.
- Establecer un entorno propicio y prevenir afirmaciones engañosas: Un entorno propicio es crucial para garantizar que los BBpP y sus externalidades no afecten negativamente a la salud humana ni al medio ambiente, a la vez que fomenta la adopción de cadenas de valor de base biológica y biodegradables. Si bien los enfoques de Diseño Seguro y Sostenible (SSbD) se reconocen como instrumentos clave para la transición industrial ecológica, es necesario profundizar en su aplicación. Además, etiquetar un producto como «biodegradable» no debe inducir a error a los consumidores ni fomentar la eliminación inadecuada que conduzca a la acumulación de residuos plásticos. Por lo tanto, las etiquetas deben basarse en sistemas de certificación nuevos o adaptados que contextualicen las afirmaciones de biodegradabilidad y respalden las iniciativas de información al usuario.
Una aplicación particularmente relevante en la que los BBpP pueden mitigar significativamente la contaminación es en artículos de un solo uso en contextos humanitarios (por ejemplo, desastres naturales, conflictos armados), donde los sistemas robustos de gestión de residuos a menudo son inviables. Los residuos plásticos, predominantemente de atención médica y envases, son un importante contribuyente a los residuos no controlados en estos entornos, lo que impulsa una creciente conciencia de sus impactos ambientales.
En particular, cada año se generan grandes cantidades de residuos de apósitos para heridas en hospitales y hogares (solo en el Reino Unido, 16 680 toneladas de residuos al año).⁷ Estos residuos no pueden reciclarse debido a sus riesgos biológicos inherentes. En situaciones de emergencia, al liberarse al medio ambiente, no solo producen contaminación plástica, sino que, si estos apósitos contienen antibióticos, estos también se liberan al medio ambiente⁸, lo que aumenta la contaminación y tiene consecuencias para la resistencia a los antibióticos, una de las mayores amenazas para la salud mundial.
Por consiguiente, en los últimos años se han desarrollado estudios para desarrollar materiales biodegradables y seguros para apósitos de heridas. En estos casos, los plásticos biodegradables y de base biológica seguros pueden constituir una medida de remediación eficaz.
La familia de polímeros de los polihidroxialcanoatos (PHA) es muy prometedora para aplicaciones liberadas intencionalmente en entornos naturales. Ofrecen funcionalidades deseables, son biocompatibles, sintetizados por microorganismos y totalmente biodegradables en entornos relevantes, como el suelo, el agua dulce y el medio marino, sin causar contaminación por microplásticos.⁹ Dentro de la familia de los PHA, el copolímero PHBV (poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato)) destaca por su flexibilidad modulable, mientras que el PHN (ácido 3-hidroxinonanoico) se ha consolidado recientemente como un material prometedor para adhesivos y recubrimientos de base biológica y biodegradables gracias a sus propiedades elastoméricas.
Sin embargo, los PHA ocupan actualmente nichos de mercado reducidos debido a las dificultades de procesamiento y los altos costos. Además, sus tasas de biodegradación dependen de la forma del producto, el procesamiento, la formulación y el entorno específico en el que se encuentran, lo que requiere mayor investigación para garantizar una biodegradación segura en diversos contextos.
El proyecto ANIPH: una solución basada en PHAs para un futuro circular
El proyecto ANIPH busca revolucionar la ciencia de los materiales mediante la demostración del desarrollo de una amplia gama de polihidroxialcanoatos (PHA), incluyendo variantes de PHBV semicristalino y PHN elastomérico. Nuestro objetivo principal es integrar estrategias de circularidad y enfoques de Diseño Seguro y Sostenible (SSbD) a lo largo de su ciclo de vida. Estos PHA se caracterizarán por su biodegradación programada, ofreciendo al mismo tiempo el rendimiento técnico necesario para dos casos de uso clave: apósitos modernos para heridas y envases reciclables con barrera de agua. Fundamentalmente, estos materiales serán totalmente biodegradables en todos los entornos naturales relevantes (suelo, agua dulce y marino).
Las capacidades de biodegradación se controlarán y programarán meticulosamente en múltiples etapas: durante la producción de PHA, la formulación y la composición, y la conversión (mediante impresión 3D para desarrollar los apósitos y extrusión por colado/soplado, en combinación con recubrimiento por pulverización para desarrollar el envase). Para alcanzar estos ambiciosos objetivos, una herramienta predictiva de inteligencia artificial (IA) pronosticará la biodegradación, las propiedades del material y la ecotoxicidad, mientras que una herramienta de trazabilidad digital garantizará el seguimiento transparente de los materiales y productos a lo largo de toda la cadena de valor de ANIPH.
Soluciones innovadoras basadas en PHA para desafíos clave
ANIPH propone una solución innovadora basada en PHAs, demostrada a través de dos aplicaciones críticas, apósitos para heridas y sus correspondientes envases flexibles, diseñados para superar los urgentes desafíos ambientales y materiales:
Mejorando la circularidad a lo largo del ciclo de vida de ANIPH,
El proyecto prioriza la circularidad en cada etapa:
- Producción de PHA: utilizamos residuos renovables como materia prima, específicamente residuos agroalimentarios como residuos cerveceros y agrícolas, y recirculamos activamente los flujos de residuos dentro del proceso de producción.
- Ecodiseño y fabricación: ANIPH reduce significativamente los residuos industriales mediante procesos optimizados. Esto incluye el uso de la impresión 3D para apósitos y la implementación de estrategias de reciclaje para los residuos preindustriales generados durante la extrusión de películas/casts para envases.
- Rutas de fin de vida a medida: Para los envases, facilitamos el reciclaje de alta calidad mediante el desarrollo de productos monomateriales, que sustituyen directamente las soluciones multimateriales convencionales no reciclables. Simultáneamente, garantizamos una biodegradación segura en entornos abiertos cuando es necesario.
Programación de la biodegradación de materiales y productos PHA
ANIPH controla rigurosamente los factores clave que influyen en la biodegradación a lo largo de todo el ciclo de vida del desarrollo:
- Etapa de producción: Gestionamos con precisión la composición y la cristalinidad del polímero PHA optimizando la selección de materia prima y las condiciones de producción.
- Formulación y composición: La biodegradación se modula aún más controlando cuidadosamente la cristalinidad y la capacidad de adsorción de agua utilizando aditivos seguros, de base biológica y totalmente biodegradables, incluidos adhesivos y recubrimientos de PHA innovadores.
- Fabricación: Utilizamos técnicas de fabricación avanzadas, como la impresión 3D para apósitos y la extrusión por soplado/colado con recubrimiento por pulverización para envases flexibles. Esto nos permite controlar la relación superficie-volumen e incorporar aditivos médicos sostenibles, como probióticos y celulosa, como alternativas seguras a los antibióticos peligrosos.
Evaluación innovadora de la biodegradación
ANIPH emplea un sólido sistema de pruebas de tres niveles para garantizar la reproducibilidad y precisión de las evaluaciones de biodegradación. Este sistema integral incluye la evaluación de la biodegradación en condiciones ambientales relevantes, la evaluación de la vida útil del material, la persistencia y el tiempo de residencia en entornos específicos, y el análisis de los efectos ambientales generales mediante enfoques sinérgicos.
Contribuir a un entorno propicio
ANIPH se compromete a fomentar un ecosistema de apoyo mediante:
- Desarrollar nuevos enfoques de diseño seguro y sostenible (SSbD) que integren evaluaciones ambientales, sociales y económicas.
- Contribuir activamente a los Sistemas de Información y Etiquetado (SIE). Esto incluye proponer especificaciones estándar, métodos de prueba, estándares de comunicación y esquemas/etiquetas de certificación para plásticos de origen biológico y biodegradables (BBP), facilitando así la toma de decisiones informadas tanto para los consumidores como para la industria.
[Este contenido procede de Innovation News Network Lee el original aquí]
