En el año 2022, uno de los principales problemas mundiales es el cambio climático. Es un hecho ampliamente aceptado que uno de los factores que más contribuyen al cambio climático negativo es la quema de combustibles fósiles. Quemar combustibles fósiles como el carbón o el petróleo provoca la liberación al aire de grandes cantidades de dióxido de carbono, lo que atrapa el calor en la atmósfera y causa el calentamiento global.
Los plásticos, unos materiales que están presentes en todo tipo de productos, desde las bolsas de los comercios hasta los parachoques de los vehículos e incluso la ropa, suelen estar hechos de polímeros sintéticos derivados del petróleo. Los componentes básicos de estos polímeros se obtienen refinando el crudo o se sintetizan a partir de productos del refinado. Actualmente, se estima que los procesos de fabricación del plástico consumen entre el 8 y el 10 % del suministro de petróleo global, y se espera que este número se duplique antes de 2040.
La producción de productos petroquímicos y plásticos tradicionales sigue dependiendo totalmente del petróleo, un recurso no renovable que se está agotando con rapidez en la Tierra. Así, los plásticos plantean varios problemas: en algún momento, la producción de plásticos tradicionales tendrá que terminar a causa de la escasez de recursos; este método de producción daña nuestro ecosistema y muchos productos de plástico no son reutilizables, lo que genera enormes cantidades de residuos que, a su vez, causan más daños al no desecharse o reciclarse correctamente.
Una persona media puede reducir su huella ecológica y proteger el medioambiente limitando el consumo de plásticos de un solo uso y desechables, reduciendo los residuos derivados de los envases y reciclando de una forma responsable. Del mismo modo, los fabricantes pueden mejorar su huella ecológica usando una fuente diferente al petróleo cuando desarrollan plásticos, lo que requiere elegir biopolímeros en lugar de productos sintéticos.
Aunque el término “biopolímeros” se usa a veces para describir los polímeros biodegradables o biocompatibles (con independencia de su origen), en esta entrada del blog lo utilizamos para referirnos, exclusivamente, a los polímeros bioderivados; es decir, polímeros creados con biomasa. Se generan con fuentes renovables que, además, fijan el CO2 de la atmósfera y reducen las emisiones de gases con efecto invernadero. Muchos biopolímeros son además biodegradables, lo que proporciona mayor flexibilidad a la hora de eliminar los productos fabricados con ellos y permitir el reciclaje.
Tipos de biopolímeros
Hay tres clases principales de biopolímeros que se diferencian por su fuente y su método de producción:
- Clase A: polímeros naturales obtenidos directamente a partir de la biomasa, como el almidón, la celulosa, las proteínas, los aminoácidos y los productos derivados
- Clase B: polímeros que se biosintetizan usando microorganismos y plantas o se preparan directamente a partir de monómeros que son fundamentalmente biosintetizados, como los polihidroxialkanoatos (PHA) y el ácido poliláctico (PLA)
- Clase C: polímeros convencionales a base de petróleo preparados a partir de monómeros alternativos de origen biológico, como el polietileno y el tereftalato de polietileno (PET)
Cada clase de biopolímero es adecuada para diferentes aplicaciones comerciales, ya sea en materiales para envases, agricultura o biomateriales de uso quirúrgico:
- Los polímeros de clase A y B son biodegradables y, casi en todos los casos, de origen biológico, pero sus propiedades son inferiores a las de los plásticos derivados del petróleo, por lo que en muchos casos se usan en combinación con rellenos de refuerzo o modificadores de impacto.
- Los polímeros de clase C son estructuralmente similares a los plásticos derivados del petróleo, pero en su mayoría son no biodegradables y, por tanto, plantean los mismos problemas de eliminación y reciclaje.
El principal obstáculo para una mayor adopción de los biopolímeros es el coste. Las iniciativas dirigidas a mejorar el rendimiento y la eficiencia de la fermentación o a integrar la producción de biopolímeros en plantas de fabricación de alimentos o instalaciones con flujos de residuos orgánicos intentan reducir los elevados costes de fabricación, pero esto sigue siendo un obstáculo importante.
¿Para qué se usan actualmente los biopolímeros?
Los bioplásticos comerciales se usan principalmente en embalajes (tabla 1). El almidón y el PLA son los bioplásticos más fabricados, muy probablemente por su bajo coste. Los PHA, por otra parte, tienen costes de producción elevados y se fabrican en cantidades mucho menores.
Tabla 1. Producción y aplicaciones de los principales biopolímeros comerciales
| Biopolímero | Capacidad global en 2020 (toneladas) | Productores principales | Aplicaciones | ¿Biodegradable? |
| Almidón y mezclas | 435 000 | Futerro, Novamont, Biome | Envases flexibles, bienes de consumo, agricultura | Sí |
| Ácido poliláctico (PLA) | 435 000 | NatureWorks, Evonik, Total Corbion PLA | Envases flexibles, envases rígidos, bienes de consumo | Sí |
| Polihidroxialkanoatos (PHA) | 40 000 | Yield10 Bioscience, Tianjin GreenBio Materials, Bio-on | Envases flexibles, envases rígidos | Sí |
| Polietileno (PE) | 244 000 | Neste, LyondellBasell | Envases flexibles, envases rígidos | No |
| Tereftalato de polietileno (PET) | 181 000 | Toray Industries, The Coca-Cola Company, M&G Chemicals | Envases rígidos | No |
| Tereftalato y adipato de polibutileno (PBAT) | 314 000 | Algix, BASF | Envases flexibles, envases rígidos, agricultura | Sí |
| Succinato de polibutileno (PBS) | 95 000 | Roquette, Mitsubishi Chem., Succinity | Envases flexibles, agricultura | Sí |
Una apuesta con buena prensa: botella PlantBottle™ de Coca-Cola
La innovación sostenible en el campo de los biopolímeros lleva décadas desarrollándose entre bambalinas, pero estos avances no suelen captar la atención del público ni abrir los informativos hasta que las grandes empresas anuncian un producto nuevo.
En el verano de 2015, The Coca-Cola Company dio a conocer PlantBottle™, la primera botella de plástico del mundo fabricada íntegramente con recursos renovables. Estas botellas tienen el mismo aspecto, funcionan igual y se reciclan con los mismos procedimientos que las botellas de plástico tradicionales, pero tienen un impacto mucho menor en el planeta porque no proceden del petróleo. Anuncios como este son alentadores para el desarrollo de los biopolímeros e impulsan su adopción en productos de consumo dirigidos al público general en todo el mundo.
Ideas equivocadas y realidades sobre los biopolímeros
La percepción pública de los biopolímeros también es importante para aumentar la adopción de estos productos. Aunque en general se reconocen los importantes beneficios de estas alternativas sostenibles a los plásticos tradicionales, también han sido objeto de algunas críticas. Algunas de estas críticas tienen su origen en ideas erróneas o confusiones, pero otras son más extrañas. La tabla 2 recoge nuestras opiniones sobre algunos de los temas más debatidos.
Tabla 2. Ideas equivocadas y realidades sobre los biopolímeros.
PBAT = tereftalato y adipato de polibutileno; PBS = succinato de polibutileno; PLA = ácido poliláctico.
| Idea equivocada | Realidad |
| Biopolímeros = polímeros biodegradables | No necesariamente. Que un biopolímero sea biodegradable dependerá en última instancia de su estructura y no del método de producción. Aunque la mayoría de los biopolímeros de clase A y clase B son biodegradables, solo algunos de los de clase C (como el PBS y el PBAT) lo son. |
| Los biopolímeros no son biodegradables, en contra de lo que se dice, y por tanto no resolverán la crisis de los plásticos. | Los biopolímeros y los bioplásticos no resuelven directamente la acumulación de residuos plásticos; los plásticos biodegradables y el reciclaje de los plásticos son las principales formas de reducir los residuos. La principal ventaja de los bioplásticos es el uso de biomasa renovable como materia prima, en lugar de fuentes no renovables como el petróleo y el gas. |
| Los bioplásticos, aunque sean biodegradables, no se degradan suficientemente deprisa en condiciones normales, lo que obliga a usar centros de compostaje. | La biodegradabilidad solo es un beneficio secundario de algunos biopolímeros. Los biopolímeros, al igual que los plásticos convencionales, presentan grandes variaciones en cuanto a la velocidad de degradación. Los PHA, por ejemplo, se degradan muy deprisa en condiciones ambientales, mientras que el PLA y el PBAT necesitan el calor del compost industrial. Además, una degradación demasiado rápida mermaría la utilidad de los productos de plástico. |
| Los bioplásticos solo sirven para las aplicaciones de envasado y no sustituirán a todos los plásticos convencionales. | Las aplicaciones de los biopolímeros se han diversificado mucho, en especial con los avances en los biopolímeros de clase C. La proporción de biopolímeros producidos para el envasado en 2020 fue del 47 %, solo ligeramente superior al 40 % de los plásticos convencionales. |
| La producción de biopolímeros requiere una gran extensión de tierra agrícola y afecta a la producción de alimentos para los humanos y los animales. | En 2019, el 0,016 % de toda la superficie agrícola del mundo se usó para producir materias primas para biopolímeros. Eso significa que, incluso si todos los plásticos producidos en la actualidad fueran de origen biológico, y suponiendo que la superficie usada aumentara en proporción al volumen de producción, la proporción de tierras de cultivo empleadas no superaría el 2 %. |
El panorama de investigación de los biopolímeros
La investigación de biopolímeros se ha multiplicado en los últimos años y fue elegida como una de las diez principales tecnologías emergentes de 2019. La investigación y la innovación que lo han hecho posible llevan dos décadas desarrollándose, como se puede ver en CAS Content Collection™ (figura 1), respondiendo constantemente a las fluctuaciones en los precios del petróleo y al esfuerzo general por aumentar la sostenibilidad y hacer frente al cambio climático. Los volúmenes de publicaciones de revistas y de patentes empezaron a aumentar primero lentamente, pero se aceleraron a un ritmo similar más o menos a partir de 2009. Alrededor de 2014, el crecimiento del volumen de publicaciones de patentes se ralentizó bastante, lo que contrastó con el fuerte aumento de los números de publicaciones de revistas registrado hasta 2020.
Dado que los biopolímeros se desarrollan principalmente como alternativas renovables a los plásticos de origen fósil, las grandes subidas en los precios de los combustibles fósiles incrementan la competitividad de los biopolímeros, además de reforzar el entusiasmo y la confianza entre los investigadores y los inventores. Los precios de los plásticos están estrechamente ligados a los del petróleo, que han experimentado un fuerte aumento desde mediados de la década de 2000 con un pico excepcionalmente agudo en 2008, lo que podría explicar el punto de inflexión, especialmente visible en la curva del número de publicaciones de patentes en torno a 2008. Los precios del petróleo se desplomaron después de 2014, lo que volvió a aumentar el coste relativo de los biopolímeros y pudo desanimar a los inventores y estabilizar el volumen de publicaciones de patentes en aquel año.
Lea nuestro informe de CAS Insights para obtener más información sobre las ventajas, las limitaciones y la popularidad de las distintas clases de biopolímeros y para entender cómo ha cambiado el interés por la investigación y el desarrollo de estas alternativas a los plásticos tradicionales a lo largo de las dos últimas décadas.