La contaminación plástica es uno de los desafíos ambientales más apremiantes de nuestro tiempo. Sin embargo, una innovación pionera liderada por investigadores de la Universidad de California en San Diego ofrece un rayo de esperanza.
Han desarrollado un nuevo tipo de bioplástico, un poliuretano termoplástico (TPU) biodegradable, que podría reducir significativamente el impacto medioambiental de la industria del plástico. El TPU es un material común utilizado en productos como calzado, tapetes, cojines y espuma viscoelástica debido a su durabilidad y flexibilidad.
Esporas bacterianas: la clave para la biodegradabilidad
El secreto de este nuevo bioplástico reside en la integración de esporas bacterianas de una cepa específica de Bacillus subtilis. Estas esporas están incrustadas dentro de la matriz de TPU y, en las condiciones adecuadas, pueden descomponer el plástico. Cuando el bioplástico se desecha y se expone a los nutrientes presentes en el compost, estas esporas germinan e inician el proceso de degradación, convirtiendo el plástico en subproductos inofensivos.
«Es una propiedad inherente de estas bacterias», dijo Jon Pokorski, profesor de nanoingeniería en UC San Diego y coautor principal del estudio publicado en Nature Communications . «Tomamos algunas cepas y evaluamos su capacidad para utilizar TPU como única fuente de carbono, luego elegimos la que creció mejor».
El uso de esporas bacterianas es crucial porque son altamente resistentes a condiciones ambientales extremas. A diferencia de las esporas de hongos, que cumplen principalmente una función reproductiva, las esporas bacterianas tienen una capa proteica protectora que les permite sobrevivir en un estado latente hasta que encuentran condiciones favorables para volver a activarse.
Para crear este material innovador, los investigadores combinaron esporas de Bacillus subtilis con gránulos de TPU utilizando una extrusora de plástico. Esta máquina mezcló y fundió los componentes a 135 grados centígrados, formando finas tiras del nuevo bioplástico.
Para probar su biodegradabilidad, estas tiras se colocaron en ambientes de abono, uno microbianamente activo y el otro estéril. El compost se mantuvo a 37 grados centígrados con una humedad relativa del 44-55%. Sorprendentemente, en cinco meses, el bioplástico logró una degradación del 90% incluso en el compost estéril, que carecía de acción microbiana adicional.
«Lo que es notable es que nuestro material se descompone incluso sin la presencia de microbios adicionales», señaló Pokorski. “Lo más probable es que la mayoría de estos plásticos no terminen en instalaciones de compostaje ricas en microbios. Por tanto, esta capacidad de autodegradarse en un entorno libre de microbios hace que nuestra tecnología sea más versátil”.
Esta propiedad de autodegradación es una ventaja significativa, ya que sugiere que el bioplástico podría descomponerse en una gama más amplia de entornos, no sólo en instalaciones de compost especialmente gestionadas.
Si bien los investigadores todavía están estudiando lo que queda después de que el bioplástico se degrada, son optimistas. Bacillus subtilis generalmente se considera seguro para humanos y animales, y se encuentra comúnmente en los probióticos. También se sabe que beneficia la salud de las plantas, lo que sugiere que las esporas residuales probablemente sean inofensivas.
Para permitir que las esporas resistieran las altas temperaturas de la producción de TPU, los investigadores utilizaron un proceso llamado evolución adaptativa de laboratorio. Esto implicó exponer repetidamente las esporas a temperaturas extremas y seleccionar las que sobrevivieron. Con el tiempo, este método produjo una cepa de bacterias lo suficientemente robusta como para tolerar el proceso de extrusión.
«Continuamente evolucionamos las células una y otra vez hasta que llegamos a una cepa que está optimizada para tolerar el calor», dijo Adam Feist, científico investigador de bioingeniería en UC San Diego y coautor principal del estudio. «Es sorprendente lo bien que funcionó este proceso de evolución y selección bacteriana para este propósito».
Más allá de su papel en la biodegradabilidad, estas esporas bacterianas también mejoran las propiedades mecánicas del TPU. Actúan como agentes reforzantes, de forma similar a cómo las barras de refuerzo de acero fortalecen el hormigón. El resultado es una variante de TPU que no sólo es biodegradable sino también más fuerte y elástica.
«Ambas propiedades mejoran enormemente simplemente añadiendo las esporas», explicó Pokorski. «Esto es fantástico porque la adición de esporas lleva las propiedades mecánicas más allá de las limitaciones conocidas donde antes existía un equilibrio entre resistencia a la tracción y capacidad de estiramiento».
Ampliación y direcciones futuras
Actualmente, el equipo se centra en producir cantidades a pequeña escala de este bioplástico en el laboratorio para perfeccionar el proceso y demostrar su viabilidad. Sin embargo, su objetivo final es aumentar la producción a niveles industriales. Esto implica producir el material en mayores cantidades, acelerar el proceso de degradación y aplicar la tecnología a otros tipos de plásticos más allá del TPU.
«Hay muchos tipos diferentes de plásticos comerciales que terminan en el medio ambiente; el TPU es sólo uno de ellos», dijo Feist. «Uno de nuestros próximos pasos es ampliar el alcance de los materiales biodegradables que podemos fabricar con esta tecnología».
Mientras el mundo lidia con las consecuencias ambientales de los desechos plásticos, innovaciones como este TPU biodegradable ofrecen un camino prometedor a seguir. Aprovechando las capacidades naturales de las bacterias, los científicos están desarrollando materiales que podrían ayudar a reducir nuestra dependencia de los plásticos tradicionales y allanar el camino hacia un futuro más sostenible.
