Miles de millones de toneladas de desechos plásticos abarrotan nuestro mundo. La mayor parte se ha acumulado en el suelo y en los océanos o se ha desintegrado en partículas diminutas conocidas como microplásticos que contaminan el aire y el agua, penetrando en la vegetación y en el torrente sanguíneo de los seres humanos y otros animales. El alcance del peligro que plantean los plásticos aumenta cada año que pasa, ya que están hechos de moléculas enormes, conocidas como polímeros, que no se biodegradan fácilmente. Actualmente, los plásticos biodegradables representan menos de una quinta parte de la cantidad total de plástico producido, y los procesos necesarios para descomponerlos son relativamente engorrosos.
En un estudio, la Dra. Angelica Niazov-Elkan, el Dr. Haim Weissman y el Prof. Boris Rybtchinski del Departamento de Química Molecular y Ciencia de los Materiales del Instituto de Ciencias Weizmann han creado un nuevo plástico compuesto que se degrada fácilmente mediante bacterias.
Este nuevo material, producido mediante la combinación de un polímero biodegradable con cristales de una sustancia biológica, tiene tres ventajas principales:
- Es barato
- Es fácil de preparar
- Es muy resistente.
También participaron en el estudio el difunto Dr. Eyal Shimoni, el Dr. XiaoMeng Sui, el Dr. Yishay Feldman y el Prof. H. Daniel Wagner.
En la actualidad, muchas industrias están adoptando con entusiasmo los plásticos compuestos, que se obtienen combinando dos o más materiales puros y poseen diversas propiedades beneficiosas, como ligereza y resistencia. Estos plásticos ahora sirven para fabricar piezas clave de una amplia variedad de productos industriales, desde aviones y automóviles hasta bicicletas.
En su afán por crear un plástico compuesto que satisficiera las necesidades de la industria y que al mismo tiempo fuera respetuoso con el medio ambiente, los investigadores de Weizmann decidieron centrarse en materiales básicos de uso común y económico cuyas propiedades pudieran mejorarse. Descubrieron que las moléculas de tirosina (un aminoácido muy común que forma nanocristales excepcionalmente fuertes) podrían utilizarse como un componente eficaz en un plástico compuesto biodegradable.
Después de examinar cómo se combina la tirosina con varios tipos de polímeros, eligieron la hidroxietilcelulosa, un derivado de la celulosa que se utiliza ampliamente en la fabricación de medicamentos y cosméticos.
La hidroxietilcelulosa es un material débil que se desintegra fácilmente. Para combinarla con la tirosina, se mezclaron los dos materiales en agua hirviendo. Cuando se enfriaron y se secaron, se formó un plástico compuesto excepcionalmente fuerte, hecho de nanocristales de tirosina similares a fibras que crecieron dentro de la hidroxietilcelulosa y se integraron con ella.
En un experimento que reveló la resistencia del nuevo plástico, una tira de 0,04 milímetros de espesor del material soportó una carga de 6 kilogramos. Además, el equipo descubrió que el nuevo material tenía otras características únicas que lo hacían aún más útil para la industria.
Por lo general, cuando un material se fortalece, pierde plasticidad. Sin embargo, este nuevo plástico compuesto, además de ser muy fuerte, también es más dúctil (maleable) que su componente principal, la hidroxietilcelulosa. En otras palabras, la combinación de los dos materiales creó una sinergia que se manifiesta en la aparición de propiedades extraordinarias y, en consecuencia, tiene un potencial industrial enorme.
Como tanto la celulosa como la tirosina (cuyos cristales se encuentran en diversos tipos de queso duro) son comestibles, este plástico compuesto biodegradable se puede comer. ¿Y además es sabroso? Habrá que esperar para saberlo: como el proceso de producción en el laboratorio no es lo suficientemente higiénico para los alimentos, los investigadores aún no han probado nada.
Rybtchinski resume: “El estudio de seguimiento que ya hemos iniciado podría hacer avanzar el potencial comercial de este nuevo material, ya que hemos sustituido la ebullición en agua por la fusión, como es más habitual en la industria. Esto significa que calentamos los polímeros biodegradables hasta que se vuelven líquidos y luego los mezclamos con la tirosina u otros materiales adecuados.
Si logramos superar los desafíos científicos y técnicos que implica este proceso, podremos explorar la posibilidad de producir este nuevo plástico compuesto a escala industrial”.
La investigación del profesor Boris Rybtchinski cuenta con el apoyo del Centro Tom y Mary Beck de Materiales Avanzados e Inteligentes y del Wolfson Family Charitable Trust y la Wolfson Foundation.
