Con una creciente producción mundial de plástico, cifrada por la ONU en 430 millones de toneladas anuales, la generación de desechos de ese material se duplicó entre 2000 y 2019, lo que se traduce en una severa crisis internacional de contaminación por plásticos y microplásticos. No se trata de un problema solamente ambiental, sino también una amenaza a la salud, por lo que desde diversos sectores se multiplican iniciativas para impulsar cambios tanto en la producción como en el consumo de plásticos.

A nivel global se está negociando un tratado vinculante sobre este tema, a nivel local se avanza en leyes para reducir la generación de residuos plásticos y promover su reciclaje, y desde la industria se han presentado alternativas menos contaminantes.

Un elemento fundamental para las industrias es la innovación que, en mucho casos, va de la mano de la academia, tanto para la investigación y el desarrollo, como para la validación de las características de los materiales que ofrecen. Es el caso de DICTUC, “una empresa asociada a la Universidad Católica que ofrece una gran cantidad de servicios a la comunidad, como por ejemplo análisis de laboratorio, asesorías, y muchas otras actividades de investigación y desarrollo, usando la capacidad instalada de la universidad”, según explica el director del Laboratorio de Energías Renovables y Residuos de la entidad, César Sáez Navarrete.

El laboratorio que dirige Sáez es el encargado de realizar los ensayos para determinar si un plástico es o no biodegradable, un aspecto fundamental a la hora de aplicar las medidas para enfrentar la crisis de contaminación por plásticos. Gracias a su equipamiento tecnológico, el Laboratorio de Energías Renovables y Residuos realiza todas las pruebas necesarias para certificar que un material o producto se biodegrada y en qué condiciones: compostaje, relleno sanitario (o vertedero), medio ambiente.

En concreto, se trata de las certificaciones ISO 14.855:2012, Determinación de la biodegradabilidad aeróbica final de materiales plásticos en condiciones de compostaje controladas. Método según el análisis de dióxido de carbono generado; ISO 14.853:2016, Determinación de la biodegradabilidad anaerobia final de los materiales plásticos en medio acuoso. Método por medición de la producción de biogás; y del ensayo de Biodegradabilidad Todo Ambiente, licenciado a la Pontificia Universidad Católica de Chile, donde se utilizan hongos filamentosos del género Penicillium en fases sólida y líquida por un periodo de 6 meses.

Sáez, quien lleva más de 25 años en la UC, cuenta que fundaron el Laboratorio Energías Renovables y Residuos “hace muchos años, con el objetivo de realizar investigación en áreas específicas, como procesos de biodegradación y procesos de biorrecuperación de suelos, agua, etc.” Posteriormente, relata, toda esa capacidad se pasó también al área de servicios, “aprovechando que teníamos el conocimiento y el equipamiento necesario para medir biodegradabilidad de diferentes materiales en diversos ambientes, naturalmente basados en normas que están vigentes de forma internacional”.

Una de las empresas que ha certificado sus productos en DICTUC es Bioelements, que produce, entre otros, bolsas para retail y envases para alimentos, que se biodegradan en un máximo de 20 meses, es decir, que se reintegran al ambiente por la acción de hongos y microorganismos. Esta compañía trabaja desde sus inicios, hace una década, con la Dirección de Investigaciones Científicas y Tecnológicas de la Universidad Católica de Chile (DICTUC), por lo que han desarrollado una alianza estratégica en cuanto a asesorías, investigaciones y certificación.

Para conocer en qué consisten las certificaciones para comprobar la biodegradabilidad de un plástico, y sobre la colaboración entre empresa y academia, País Circular conversó con el director del Laboratorio de Energías Renovables y Residuos de DICTUC, César Sáez Navarrete, quien es Ingeniero Civil Químico y Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Postdoctorado en la Universidad de Edimburgo.

-¿En qué consisten las certificaciones internacionales ISO 14.855 e ISO 14.853?

Una certificación es una prueba que se hace en el tiempo respecto de las características que tiene un cierto material que se usa, en el caso de Bioelements, para producir films con composiciones específicas. Por ejemplo, una característica que tienen esos films es ser biodegradable en condiciones aeróbicas; es decir, si está en contacto con compost, que es el producto de degradación biológica aeróbica de ciertos materiales que se descomponen, que se pudren.

Entonces, esa biodegradabilidad aeróbica de materiales plásticos en compost, que es la norma ISO 14.855, es una de las certificaciones basadas en normas que hacemos a sus films plásticos. Esta certificación es como la más importante que tienen, y que muestra si el material es biodegradable cuando alcanza un 90% de reducción de masa en 180 días o 6 meses. Lo interesante es que se mide tanto la variación de la masa como la producción de dióxido de carbono, que es el producto metabólico del carbono que contiene la bolsa, o el film.

Entonces, se mide la variación de peso y la producción de CO2 y se concluye experimentalmente que efectivamente ese material en contacto con microorganismos degradadores que están en el compost, en condiciones aeróbicas, se transforma en dióxido de carbono. Ahí uno puede decir que el material es biodegradable aeróbicamente.

También tenemos con ellos la certificación de biodegradabilidad anaerobia de materiales plásticos en un medio acuoso, o lodo, por producción de biogás. Es como emular la codisposición de estos materiales en un relleno sanitario, donde las condiciones son anaerobias, porque los residuos se disponen y se tapan con tierra. En esas condiciones se mide lo mismo: si el material es biodegradable, si alcanza un 90% de degradación en un periodo de, por ejemplo, 90 días. Y se contrasta con el producto metabólico. El carbono que tenía el film se sopesa con el biogás que se genera. El biogás es una mezcla de metano y dióxido de carbono que es típica de degradación biológica anaeróbica.

Así que, bajo esas condiciones experimentales, midiendo el producto metabólico, aeróbico o anaeróbico, contrastado con la baja de peso, se decide experimentalmente que el material cumple con la norma ISO 14.855 o la 14.853, según sea, si el proceso es aeróbico o anaeróbico. Y eso abarca una gran cantidad de ambientes o entornos donde podrían ocurrir este tipo de descomposiciones.

-Y en el caso del ensayo de Biodegradabilidad Todo Ambiente, ¿cómo es?

La Biodegradabilidad Todo Ambiente es un ensayo que tenemos patentado, que lo desarrollamos con mi grupo, producto de las actividades de investigación que teníamos en las líneas de biodegradabilidad y biotratamientos de recursos en general (suelos, aguas, etc.). Producto de esas investigaciones nos dimos cuenta de que los que inician los procesos de degradación biológica, tanto aeróbica como anaerobia, son mayoritariamente hongos ambientales.

Identificamos esos hongos degradadores y con ellos hacemos un ensayo donde exponemos el material a estos hongos, que se alimentan directamente del material a ensayar. Naturalmente, si el material no es biodegradable o es derivado del petróleo, no lo van a tocar, no lo usan como sustrato, pero si el material es biodegradable lo van a usar como sustrato y, literalmente, lo van a desintegrar. Entonces, medimos el cambio de volumen y peso de ese material al exponerlo a hongos ambientales, que son los que parten los procesos de degradación en cualquier ambiente. Es un ensayo complementario a los ensayos de biodegradabilidad aeróbica y anaeróbica de materiales plásticos.

-Esos hongos ambientales, ¿son los que están habitualmente en las casas, o se producen en lugares especiales?

Son los que están en las casas y en todas partes. Por ejemplo, cuando uno deja un limón o un tomate por ahí, y se empiezan a llenar de hongos filamentosos o se empiezan a poner verdes o peludos -como uno les dice- si se analiza ese hongo filamentoso, peludo, del tomate o del limón, ese típicamente es un hongo del género Penicillium. Son hongos filamentosos degradadores en general, pero, por ejemplo, puede haber un tomatito que presenta manchas negras en vez de blancas, entonces uno identifica que ese hongo es Aspergillus, y así, se va evaluando, en general, los hongos que están en el ambiente. De hecho, hay muchas esporas de hongos ambientales dando vueltas, que uno respira de forma natural, y son los que, habiendo la posibilidad de un sustrato, un alimento en degradación o una fruta que quedó olvidada por ahí, caen en contacto y empiezan a desarrollarse y, naturalmente, empiezan a desarrollar o apurar la degradación de ese material.

-¿Eso es lo que pasa con un plástico biodegradable?, ¿si los hongos lo encuentran se van a alimentar de él, o tienen que existir condiciones especiales para eso? 

Exactamente. Se van a alimentar de él y tienen que concurrir varios elementos. Lo principal es que exista el organismo o varios microorganismos, que sean degradadores, que sean ambientales. Y esos están presentes en todos lados, así que no nos preocupa. Lo otro es que exista la humedad suficiente. Ahí ya hay restricciones, porque hay zonas que son más secas y otras más húmedas. Y lo otro es que ese material pueda ser usado como fuente de carbono, es decir, para construir más microorganismos degradadores, para transformarlos en CO2, y como fuente de energía para los procesos metabólicos del organismo.

Entonces, si tenemos un plástico derivado del petróleo, por ejemplo, tiene varias características en contra. De partida, no hay ningún microorganismo que lo vea como alimento, como sustrato. Tampoco hay humedad, porque los materiales plásticos derivados del petróleo suelen ser hidrofóbicos, se usan inclusive para tapar cosas cuando se quiere mantener lejos el agua.

Los materiales que hemos analizado de Bioelements tienen características bastante particulares. Por ejemplo, algunos de ellos son hidrófilos, empiezan a capturar humedad, y eso naturalmente facilita que se alojen microorganismos degradadores en su superficie y empiece la degradación. Además, algunos contienen, por ejemplo, almidones u otro tipo de materiales o biomateriales que, además de usarlos de sustrato o de más fácil degradación, catalizan o activan el proceso de degradación del resto de los materiales biodegradables que contiene la formulación. Esto es bien interesante, porque provoca una cascada de degradación, partiendo por los más biodegradables hacia los que, en realidad, si están solitos les cuesta más, pero si están acompañados se degradan más rápido, promoviendo una degradación del conjunto, que es una de las innovaciones principales de Bioelements.

-Estos materiales hidrófilos, al absorber agua con más facilidad, ¿se degradan mejor en medios marinos o acuosos?

La gran gracia que tiene este material hidrófilo en medios marinos es que, al adquirir suficiente humedad y absorber, por ejemplo, minerales, sales del océano, etc., alcanza una densidad mayor que el agua circundante, lo que los hace hundirse y llegar al fondo, donde se produce la degradación biológica; en el sedimento están los microorganismos degradadores.

Otra gran ventaja es que, al quedar en el fondo y no quedar flotando, como ocurre con los otros plásticos que son hidrofóbicos, no están al alcance de la fauna marina que los puede confundir con alimento. Entonces, inmediatamente los aleja de la fauna y los lleva al fondo, donde están los microorganismos y las condiciones de degradación de ese material. Eso lo hace muy interesante para aplicaciones y cuidado de los recursos oceánicos.

-Algunos envases para alimentos requieren una barreras muy fuerte contra el oxígeno y el vapor de agua, para asegurar su conservación. En entrevista con País Circular, la especialista en biopolímeros del laboratorio de Bioelements, Valentina Ratmiroff, explicó que para esos casos utilizan un polímero llamado etileno vinil alcohol (EVOH), pero en una proporción muy baja, menos de 5%, que no altera la biodegradación ¿Qué ocurre en los ensayos en esos casos?

Cuando se hacen las certificaciones basadas en normas como las ISO 14.855 y 14.853, se analiza el peso total de la muestra. De hecho uno no ve la composición del producto, porque eso es resorte de la innovación del cliente. El cliente podría pedirnos también que analizáramos la composición, pero en el caso de Bioelements le interesa medir la biodegradabilidad completa de su producto.

Como el criterio es alcanzar 90% de reducción de masa en 180 días, si se alcanza o no, es mucho más sencillo decidir. Si hay algún compuesto que es menos lábil, menos biodegradable que otro, uno esperaría que eso se demore más en degradar. Ahora, lo interesante es que lo que hemos observado -por lo menos desde el principio de nuestra interacción con Bioelements y en mi experiencia con tratamientos de biorremediación de sitios contaminados (un postdoctorado en 2007, y proyectos en la ENAP de Magallanes)- es un proceso de co-degradación (…).

Ese proceso de co-degradación de compuestos más lábiles con otros menos lábiles, o inclusive no biodegradables con estos compuestos lábiles, es lo que nos permite explicar cuando hay mezclas o materiales que tienen mezclas de compuestos que son unos más lábiles y otros menos lábiles, siempre y cuando los menos lábiles estén en baja proporción. Entonces, en esos casos se produce el efecto de degradación del compuesto más lábil, pero por co-degradación se empieza a degradar también el compuesto menos lábil.

Esto es bien interesante, porque es uno de los mecanismos que podría explicar por qué varias formulaciones que funcionan como empaques de alimento, donde se necesita una barrera efectiva del oxígeno y de la humedad, se degradan también y cumplen con estas normas, la 14.855, la 14.853, de igual forma.

-La relación entre DICTUC y Bioelements es calificada por ambas entidades como una “alianza estratégica” entre academia y empresa privada, ¿cómo funciona esa relación?

La relación es una simbiosis bien interesante, porque el proyecto educativo de la universidad se financia en parte con el resultado económico de la actividad de DICTUC, mientras DICTUC usa los recursos de la universidad, laboratorio, infraestructura, capital humano, alumnos, para prestar muchos de esos servicios a la empresa privada y a la comunidad. Hay una retroalimentación, en términos del servicio que se entrega y los recursos que se obtienen.

Cuando se realiza un servicio a través de DICTUC, y llega a mi área, en general son mis alumnos de posgrado los que realizan los ensayos o ayudan a resolver esos problemas; en ese momento se produce otro efecto bien interesante: que la problemática asociada a la empresa inmediatamente pasa a ser parte de la formación del capital humano avanzado, que típicamente son alumnos de doctorado. Ellos se están conectando, en ese momento, con el quehacer local y global de lo que está pasando en la industria química, donde hay innovación y desarrollo. O de la industria, en este caso del packaging, donde se están realizando investigaciones y desarrollos.

Entonces, hay dos simbiosis bien interesantes, una es de recursos y la otra es del problema y solución que va y viene desde la empresa, desde fuera de la universidad hasta el capital humano avanzado, alumnos de doctorado, y de vuelta en términos de las respuestas, informes o certificaciones que se generan.

-En marzo pasado Bioelements inauguró en Santiago un laboratorio, tanto para sus desarrollos, como para que los clientes puedan conocer sus procesos, y también para compartir con la academia ¿DICTUC tiene algún vínculo con ese laboratorio?

Sí, muchísimo. Partió como un laboratorio demostrativo para clientes y para futuros clientes asociados, pero ha ampliado su alcance. De hecho, está por concretarse un convenio de colaboración entre Bioelements y el Doctorado en Ciencia y Tecnología de la Universidad Católica, para poder trabajar como empresa asociada, para que alumnos de doctorado vayan allá a investigar resolviendo problemas específicos de la empresa, pero obteniendo el grado de doctor en ingeniería en la Universidad Católica. Va a ser muy interesante esa relación, porque tienen equipamiento que podemos no tener acá, o lo tenemos saturado de uso, y ellos tienen disponibilidad para poder realizar investigación en el área que también les interesa.

-¿Por qué considera relevante esta cooperación y seguir desarrollando materiales biodegradables?

La verdad es que pensar que seguimos usando materiales que duran tan poquito, que se usan unos minutos y luego están 400 o más años en el entorno…, bueno, es lo que tenemos, pero hay desarrollos, como los de Bioelements, que nos permiten generar una transición, reduciendo estos materiales que son tan recalcitrantes, que permanecen tanto en el entorno y se acumulan, como los plásticos derivados del petróleo.

Estos desarrollos, estas innovaciones, se debiesen masificar para otras aplicaciones. Entiendo que films, envases, embalajes, pueden ser una primera aplicación pero, si pensamos en los usos de los plásticos derivados del petróleo, los tenemos en construcción, en los automóviles, en el diseño de aeronaves, y todos estos podrían ser materiales biodegradables.

Una de los aspectos a considerar, desde mi punto de vista, es que para reciclar plástico tradicional tiene que separarlo, porque el polietileno no conversa con el polipropileno ni con el PVC, hay una dificultad para separar cada tipo de plástico para poder reciclarlo por sí solo, y cada vez que se calienta y extruye -que es el proceso para producir- hay una degradación de los polímeros, y eso genera fallas en los productos finales; por eso la industria del plástico no incorpora más de un 5% -dependiendo del material- de material reciclado (…).

En cambio, en el caso de los materiales que son biodegradables, uno los puede mezclar todos y llevarlos a una planta de compostaje industrial, valorizarlo como mejorador de suelo; una de las tantas aplicaciones que uno podría realizar para gestionar estos materiales de forma mucho más fácil porque no hay que separar nada. Tiene ventajas bien interesantes y lo que viene ahora es masificarlo hacia otros usos, mientras encontramos una mejor solución, porque siempre tenemos que estar avanzando hacia una solución mejor para las personas, para el ambiente, para la economía.