La biodegradación de los bioplásticos y su impacto ambiental a través del proyecto POLBIO

Sara Boo González.

Investigadora del área de bioenergía. 
Centro Tecnológico EnergyLab.

Con el objetivo de avanzar hacia alternativas al plástico más ecológicas y responsables, el proyecto POLBIO está allanando el camino para una comprensión más profunda de los bioplásticos y su relación con el medio ambiente.

Durante los últimos 60 años la producción de plástico ha aumentado de forma exponencial debido al bajo coste de su producción, la versatilidad que ofrecen sus derivados y sobre todo por la durabilidad y el bajo peso de dichos compuestos. Actualmente está aumentando la preocupación sobre la degradación parcial de los bioplásticos en entornos naturales e industriales, así como el destino en el medio ambiente de los residuos de bioplásticos provenientes de la gestión de residuos. En consecuencia, existe la necesidad de ampliar el conocimiento sobre la degradación de los biopolímeros en la gestión de residuos para lograr procesos de degradación aeróbicos y anaeróbicos eficaces y mejorar sus rendimientos.

En un esfuerzo por abordar esta creciente preocupación por los residuos plásticos nace el proyecto POLBIO, coordinado por el Grupo de Biología Ambiental de la Universidad de Vigo y en colaboración con el centro tecnológico EnergyLab. Esta ambiciosa iniciativa consta de dos subproyectos clave, cada uno enfocado en aspectos fundamentales de los bioplásticos y su impacto en el medioambiente.

El subproyecto AD-BIO, coordinado por EnergyLab, se centra en la caracterización y la evaluación de los procesos de biodegradación de biopolímeros como el polihidroxibutirato (PHB) y el ácido poliláctico (PLA) a través de la digestión anaerobia.

El subproyecto POLENV, coordinado por la UVIGO, busca analizar la implicación ecológica de los bioplásticos e incluye el estudio de la trazabilidad, ecotoxicidad y biodegradabilidad de materiales, tanto en entornos naturales como en condiciones controladas de laboratorio.

La digestión anaerobia es un proceso clave en la gestión de la fracción orgánica de los residuos municipales (FORM), transformando materiales orgánicos en biogás y digestato, un subproducto rico en nutrientes que puede ser utilizado como fertilizante. Sin embargo, la introducción de bioplásticos en esta fracción de residuos plantea una serie de retos y cuestionamientos sobre su viabilidad y las consecuencias medioambientales de su uso.

La presencia de bioplásticos, como el PLA y el PHB, dentro de la FORM, puede interferir con la eficiencia del proceso de digestión anaerobia. Aunque se ha considerado que la co-digestión de estos bioplásticos con residuos orgánicos puede aumentar la producción de biogás, también existe la posibilidad de que la presencia o acumulación de bioplásticos puede afectar negativamente la estabilidad del sistema digestor. Esto se debe a que los bioplásticos, especialmente aquellos que no son completamente biodegradables en condiciones anaerobias, pueden introducir impurezas que complican el manejo del digestato y afectan la calidad del biogás producido. Además, su descomposición puede generar residuos sólidos que obstruyen el sistema de digestión, disminuyendo la eficiencia del proceso y eventualmente requiriendo un mayor mantenimiento. Por tanto, la integración de bioplásticos en la fracción orgánica requiere un manejo cuidadoso y metodológico para optimizar los beneficios del biogás sin comprometer la funcionalidad del sistema.

En EnergyLab se realizaron ensayos en un sistema en discontinuo, para evaluar el efecto de la temperatura (a 37 ºC y 55 ºC), así como las interacciones que se producen entre la FORM y los bioplásticos. Se observó que la mayor biodegradabilidad se obtiene en la co-digestión de los sustratos ricos en lípidos y los bioplásticos a 55 ºC, y que la descomposición más clara de los bioplásticos se observa a partir de 19 días. Los ensayos en continuo de los bioplásticos junto con la FORM, para evaluar el efecto a largo plazo, indican que la operación en rango termófilo puede presentar ciertas inestabilidades, y que los valores de producción de biogás en co-digestión con PLA fueron ligeramente superiores a los de PHB.

Los datos obtenidos concluyen que la co-digestión de residuos orgánicos con bioplásticos a temperaturas controladas puede incrementar la producción de biogás. La introducción de bioplásticos en los sistemas de digestión anaerobia representa una oportunidad para fomentar prácticas de manejo de residuos más sostenibles, pero también plantea desafíos significativos que deben ser abordados. Es recomendable que futuras investigaciones se centren en la mejora de las condiciones de digestión anaerobia y el desarrollo de políticas adecuadas que regulen el uso de bioplásticos en la gestión de residuos. Solo a través de un enfoque coordinado y bien fundamentado se podrá lograr una integración eficaz y sostenible de estos materiales, contribuyendo así a una economía circular y a la reducción del impacto ambiental de los residuos plásticos.

Por su parte, los investigadores de la Universidad de Vigo han clasificado sus actividades en dos grandes áreas: el estudio en el medio natural y las pruebas en laboratorio. A través de diversas metodologías, se han llevado a cabo investigaciones sobre microplásticos en el río Louro y se han analizado las interacciones entre los biopolímeros y el medioambiente.

En el medio natural se llevó a cabo un estudio en el río Louro, donde se realizaron ocho campañas de muestreo entre 2023 y 2024 para evaluar la contaminación por microplásticos (MPs). Los resultados fueron inquietantes; se detectaron microplásticos en todas las muestras analizadas, con concentraciones comparables a los niveles encontrados en otros ríos europeos, aunque significativamente más bajos que en algunos ríos asiáticos. Este hallazgo resalta la ubicuidad del problema de los microplásticos en el ecosistema.

También se desarrolló un experimento en la Isla de Sálvora, parte del Parque Nacional Marítimo-Terrestre de las Islas Atlánticas, donde los investigadores analizaron el impacto de los microplásticos en la dieta de las nutrias. Tras recoger y analizar 250 excrementos, se descubrió que el 67% contenía microplásticos, sugiriendo un efecto en toda la cadena trófica, afectando incluso a los depredadores como las nutrias.

Los ensayos sobre biodegradación en el medio edáfico han revelado que el PHB es el único bioplástico que se descompone eficazmente en suelos, alcanzando un 80% de biodegradación en 100 días. En contraste, el PLA y el polipropileno (PP) mostraron tasas mínimas de descomposición. En experimentos realizados en ambientes naturales, el PHB se degradó completamente en un año, mientras que el PLA experimentó cambios estructurales y fragmentación, y el PP permaneció prácticamente intacto.

En el ámbito del compostaje, se validó la compostabilidad del PLA, que se degradó al 100% en solo 42 días en condiciones óptimas. Sin embargo, se están realizando pruebas que simulan condiciones más habituales en vertederos, para evaluar su comportamiento en situaciones menos controladas.

Además, se están llevando a cabo experimentos de ecotoxicidad con lombrices de tierra y larvas de tricópteros. Los primeros resultados indican que, aunque no se observó mortalidad significativa, sí hubo ingesta de bioplásticos y producción de microplásticos a partir de estos organismos, lo que sugiere un ciclo preocupante de contaminación.

El proyecto POLBIO está allanando el camino para una comprensión más profunda de los bioplásticos y su relación con el medio ambiente. Estos hallazgos no solo destacan la necesidad de alternativas sostenibles a los plásticos convencionales, sino que también subrayan la importancia de la investigación continua para abordar la crisis global de los residuos. En un mundo donde la preocupación por los plásticos es cada vez mayor, iniciativas como POLBIO son cruciales para avanzar hacia soluciones más ecológicas y responsables.

Este proyecto de I+D+i recibe la ayuda TED2021-131278B-C22, que está financiada por el Ministerio de Ciencia e Innovación (MCIN), la Agencia Estatal de Investigación (AEI) 10.13039/501100011033, y por la Unión Europea Next GenerationEU y el Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia (PRTR).