Ácido Poliláctico - Un polímero sostenible?

Ácido Poliláctico - Un polímero sostenible?

James H. Clark and Jeffrey J.E. Hardy

Sustainable Development in Practice: Case Studies for Engineers and Scientists Edited by Adisa Azapagic, Slobodan Perdan and Roland Clift © 2004 John Wiley & Sons, Ltd ISBNs: 0-470-85608-4 (HB); 0-470-85609-2 (PB)

Resumen

Materiales poliméricos, tales como polietileno, poliestireno y polipropileno, son omnipresentes en la sociedad de hoy en día, siendo utilizados en diversos productos, incluyendo envases, edificios y automóviles. La mayoría de estos polímeros provienen de recursos fósiles no renovables, como petróleo crudo y gas natural. Por diversas razones, el reciclado y la reutilización de materiales poliméricos son limitados de manera que la mayoría de los polímeros se depositan en vertederos al final de su vida útil. Además de crear grandes cantidades de residuos no biodegradables, esto representa una pérdida de recursos valiosos no renovables. Además, la legislación de la UE y de otros países se está adaptando cada vez más a la limitación de la eliminación de los polímeros (y otros materiales) por vertederos. Por lo tanto, habrá que encontrar formas alternativas y más sostenibles de producir y eliminar polímeros. Este estudio de caso examina las implicaciones económicas, ambientales y sociales de una de estas alternativas: la posibilidad de sustituir los polímeros no biodegradables derivados de recursos no renovables por un polímero biodegradable, el ácido poliláctico (PLA). Las implicaciones de sostenibilidad del ciclo de vida de PLA se comparan y contrastan con el ciclo de vida de los polímeros convencionales para identificar opciones más sostenibles para el futuro.

7.1 Polímeros en la sociedad actual

La mayoría de los polímeros en uso hoy en día son termoplásticos y polímeros termoestables. Con el 75% del consumo total de polímeros, dominan cinco materiales termoplásticos: el polietileno (PE), el polipropileno (PP), el cloruro de polivinilo (PVC), el poliestireno (PS) y el polietileno tereftalato (PET) (Azapagic et al., 2003). Por lo tanto, el enfoque de este caso está en los polímeros termoplásticos de modo que utilizaremos el término "plásticos" de forma intercambiable con el término "polímeros" para referirnos a estos materiales.1 

La historia de los plásticos se remonta a mediados del siglo XIX, primera resina termoplástica, celuloide, se produjo por reacción de la materia prima renovable, celulosa, con ácido nítrico. Los polímeros naturales como el caucho eran de uso común para los próximos 100 años, pero el verdadero avance para la comercialización a gran escala de plásticos vino como resultado de la Segunda Guerra Mundial. En este momento, los polímeros naturales eran escasos y el uso a gran escala se encontró primero para polietileno de baja densidad (LDPE) (desarrollado en 1932/33 por ICI) y luego PS (desarrollado en 1937). En la década de 1950, los otros principales plásticos sintéticos - polietileno de alta densidad (HDPE) y PP - fueron desarrollados para la fabricación a gran escala.

Hoy en día, los plásticos son omnipresentes en la sociedad moderna, siendo utilizados en numerosos productos de gran volumen, incluyendo embalajes, textiles, tuberías, automóviles, muebles, aviones, espumas y revestimientos de suelos. El mayor de ellos es el envasado que representa alrededor del 35% del total (Figura 7.1) de más de 100.000 X 106 t / año en todo el mundo (Gómez, 1997, SUFRES, 1998, Stevens, 2002). Los plásticos de embalaje se utilizan en películas, láminas, bolsas, botellas, sacos y espumas. Las mejoras en las propiedades de los plásticos y el uso de materiales más delgados y resistentes pueden conducir a una reducción del peso de plástico requerido, por ejemplo, en bolsas portadoras. Los beneficios de peso a través del uso de plásticos son de enorme importancia en la industria del automóvil, donde el peso de un automóvil puede reducirse entre 100 y 200 kg mediante la sustitución de materiales metálicos convencionales en partes tales como depósitos de combustible, capós, paragolpes, asientos, aislamiento y así. Esto tiene un efecto beneficioso directo sobre el consumo de combustible, que puede compensar parcialmente los efectos negativos del uso de recursos no renovables para la fabricación de plásticos.

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El noventa por ciento de los materiales plásticos utilizados actualmente se sintetizan utilizando recursos fósiles no renovables, aunque, notablemente, esto sólo representa alrededor del 4% de la producción total de petróleo (la gran mayoría se utiliza como fuente de energía). Algunas de las razones clave para el continuo (y creciente) uso a gran escala de plásticos son:

- son sólidos de baja densidad que permiten la fabricación de objetos ligeros;

- pueden ser moldeados en diversas formas;

- muchos plásticos son de bajo coste; y

- la mayoría de los plásticos tienen alta resistencia a la corrosión, son duraderos y tienen baja conductividad térmica y eléctrica.

Además, los plásticos se pueden utilizar para fabricar materiales compuestos, que tienen una resistencia añadida mediante la incorporación de otros materiales, especialmente vidrio, carbono y sílice. Los materiales compuestos pueden tener excelentes propiedades tecnológicas y se convierten en esenciales para las principales industrias, incluyendo aeroespacial, equipos deportivos y coches de alto rendimiento. En los últimos años nuevas y emocionantes aplicaciones para materiales plásticos incluyen computación, comunicación y otros dispositivos electrónicos, así como en órganos artificiales e implantes médicos. Podemos asumir con seguridad que el futuro seguirá viendo aplicaciones nuevas e importantes para estos materiales notables.

Preguntas I

1. ¿ El consumo per cápita de plásticos en Europa Occidental aumentó de aprox. 1kg en 1960 a 70kg en 2000. ¿Espera que este nivel de crecimiento de uso continúe y cómo espera que la distribución del uso de plástico que se muestra en la Figura 7-1 cambie en el futuro? ¿Por qué?
2. ¿Cuáles son los principales problemas relacionados con la fabricación y el uso de materiales plásticos? En su opinión, ¿cuáles serían las alternativas a este tipo de material?

7.2 Principales tipos de polímeros de uso común

Los termoplásticos sufren un reblandecimiento cuando se calientan a una temperatura particular debido a la ausencia de enlaces fuertes entre cadenas poliméricas. Esta propiedad es particularmente útil para el reciclaje, ya que permite la reprocesamiento de residuos plásticos por calentamiento y re-moldeo. Como ya se ha mencionado, los plásticos comerciales más importantes de esta categoría son PE (baja y alta densidad), PP, PS, PVC y PET. Estos representan el mayor grupo de plásticos comerciales (alrededor del 75% en todo el mundo), con PE y PP representando casi la mitad del total de plásticos (Azapagic et al., 2003).

Los termoestables, por otro lado, tienen fuertes enlaces covalentes entre las cadenas (Figura 7.3) que conducen a redes tridimensionales de manera que, una vez establecidas, no pueden ser remoldeadas. Esta es una limitación obvia a su potencial de reutilización. Los termoestables comercialmente importantes incluyen poliuretanos, resinas epoxi y resinas de fenolformaldehído. Estos plásticos comerciales importantes se fabrican tradicionalmente a partir de materias primas fósiles no renovables.

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7.3 Cuestiones de sostenibilidad asociadas a los materiales poliméricos

Hay una serie de razones por las cuales el uso de los polímeros comerciales actuales es insostenible. Las bajas tasas de reciclaje de polímeros significan que la mayoría de los residuos de polímero se depositan en vertederos. Además de crear grandes cantidades de residuos sólidos no biodegradables, esto también conduce a una pérdida de valiosos recursos no renovables. Aunque hay un esfuerzo considerable para aumentar las tasas de reciclado de polímeros, el potencial de reciclado está limitado por una serie de factores económicos, ambientales y sociales. Estas incluyen las dificultades en la recolección y separación de los residuos plásticos del usuario final, los costos de construcción y operación de las instalaciones de reciclaje y los impactos ambientales potenciales del reciclaje. Los factores técnicos también limitan el reciclaje; por ejemplo, la introducción de diversos aditivos para mejorar las propiedades del polímero conduce a la contaminación de materiales poliméricos y dificulta su reciclado. Algunas de estas cuestiones se analizan con más detalle a continuación. Para más información sobre el tema de las cuestiones de sostenibilidad asociadas con los polímeros comerciales, el lector puede consultar el libro de Azapagic et al. (2003).

7.3.1 Uso de recursos no renovables

La dependencia de materias primas no renovables en la fabricación de los materiales plásticos hace que su ciclo de vida entera sea insostenible debido a la disminución de los recursos que se convierten en un producto que a menudo tiene un solo uso y crea un desperdicio con una vida útil muy larga. Las alternativas deben ponerse en marcha rápidamente porque probablemente tendrán que superar las materias primas no renovables dentro de aproximadamente 30-40 años. Los recursos renovables agrícolas tienen el potencial de convertirse en una fuente sostenible de materias primas para la industria del plástico. Se estima que menos del 1% de los ca. 7 X 1010 t / año de carbono renovable producido en la biosfera es suficiente para satisfacer la demanda mundial total de plásticos (Gradel, 2002).

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