La importancia de los métodos de validación para tecnologías emergentes: el caso de las alternativas para los plásticos de un solo uso

Alejandro Quintero Vélez y Fabián Steven Mosquera Rodríguez, estudiantes del Programa de Ingeniería Química y autores de la investigación. Crédito: cortesía estudiantes.

La alta concentración de residuos en fuentes hídricas, especialmente de plásticos de un solo uso como las bolsas, empaques y botellas, se ha convertido en una amenaza para el medio ambiente a nivel mundial. Frente a este panorama, se han venido desarrollando nuevas tecnologías que buscan ofrecer alternativas sostenibles. Buscando ofrecer mayores bases que den cuenta de los posibles beneficios que traería la adopción de estas tecnologías, una investigación planteó un método de análisis para una de dichas alternativas. 

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De la anécdota a la investigación 

Antes de embarcarse en su proyecto de grado, el estudiante del programa de Ingeniería Química de la Universidad del Valle, Fabián Steven Mosquera Rodríguez, decidió realizar un pequeño experimento, sin saber que los resultados lo llevarían a plantearse la necesidad de enfocar sus esfuerzos académicos en una línea similar. Se trataba de poner a prueba la capacidad de degradabilidad de un pequeño tarro de plástico con el que se había topado en un almuerzo, que aseguraba ser compostable en un plazo de seis meses, una cualidad que le parecía bastante adecuada a las necesidades actuales del mundo.  

Pero el experimento no dio los resultados esperados: el vaso seguía intacto, cuatro meses después. 

A pesar de que el deseo de Fabián era el de realizar la producción de un biocompuesto que sí fuera biodegradable, la propuesta dio un giro. Gracias a la dirección del profesor e investigador de la Escuela de Ingeniería Química, Howard Ramírez Malule, y la participación del investigador y profesor de la Escuela de Ingeniería de Materiales, José Herminsul Mina Hernández, y del profesor e investigador de la Universidad Tecnológica del Chocó, Estivinson Córdova Urrutia, y la colaboración del LASA (Laboratorio de aguas) de la Universidad del Valle, la investigación de Fabián Steven Mosquera Rodríguez, en compañía del también estudiante de la Escuela de Ingeniería Química, Alejandro Quintero Vélez, se enfocó en un estudio de degradabilidad que buscaba determinar en qué condiciones y cuánto tiempo le tomaría a un biocomposito de características innovadoras cumplir su ciclo de degradación.  

Los resultados de esta investigación fueron publicados en la revista Polymers, lo que brinda una ventana de análisis para el creciente campo de los biocompuestos y su aplicación en la sociedad. 

Una oportunidad de evaluar biocompuestos disponibles 

Luego de exponer su interés de investigación con los demás investigadores, se determinó evaluar la degradabilidad de un biocomposito elaborado a partir de una mezcla binaria de almidón termoplástico de banano (TPS) y policaprolactona (PCL) reforzado con fibras de fique (F), una apuesta desarrollada por el investigador Estivinson Córdoba Urrutia a propósito de su tesis para el Doctorado en Bioingeniería que ofrece la Universidad del Valle en asocio con la Universidad Autónoma de Occidente. Para dicha evaluación, los estudiantes Mosquera Rodríguez y Quintero Vélez desarrollaron un diseño experimental que sometía el biomaterial a tres condiciones: suelo y composta (a 5, 10 y 20cm de profundidad) y una adicional en un ambiente acuoso (a 20 cm de profundidad); este último se determinó pensando que, en muchas ocasiones, estos residuos terminan en fuentes hídricas. 

Biocomposito elaborado a partir de una mezcla binaria de almidón termoplástico de banano (TPS) y policaprolactona (PCL) reforzado con fibras de fique (F) utilizado para realizar las pruebas de degradabilidad. Crédito: cortesía estudiantes.

La evaluación se dio en un periodo que comprendió 90 días, dentro de los cuales se hizo el seguimiento al estado de las muestras cada 30 días, por medio de la espectroscopia infrarroja (IR, por sus siglas en inglés), que les permitió identificar las modificaciones que sufrían los grupos funcionales de los compuestos que conforman el biomaterial.  

“Nosotros miramos que, con el almidón termoplástico de plátano y reforzado con fibras de fique, ese compuesto tiene muchos enlaces hidroxilo (OH). Cuando usamos la técnica de IR, al inicio tenían una intensidad bastante alta, pero cuando pasó un mes esa intensidad se redujo, y así continuó en los dos siguientes meses. Eso era un indicativo de que se estaba reduciendo la cantidad de esos enlaces. Es decir: se estaban consumiendo de alguna forma porque probablemente algún tipo de microorganismo los estaba degradando”, explica el estudiante Fabián Steven Mosquera Rodríguez, y añade que al mismo tiempo llevaban a cabo un análisis físico a las muestras, buscando determinar la pérdida de masa con respecto al tiempo y así confirmar el proceso de degradación.  

De igual manera, para el proceso de análisis se utilizó la microscopía electrónica de barrido (SEM, por sus siglas en inglés), que, al igual que la IR, les permitió ver con mayor detalle el proceso de degradación al interior del biomaterial, junto con ensayos que buscaron evaluar las propiedades mecánicas del biomaterial, para estimar su capacidad de resistencia -cuánto se podía elongar antes de que se fracturara- previo a ser sometida al experimento y después de éste. Este ensayo también contribuyó a estimar con certeza la existencia de degradación en el biocomposito. 

Biocomposito analizado en condiciones de suelo. Crédito: cortesía estudiantes.

Resultados: un espaldarazo al trabajo en conjunto 

Una vez transcurridos los 90 días, las muestras dieron señales de degradación. Los mejores resultados se obtuvieron en la condición de composta a una profundidad de 20cm (hubo una pérdida de masa del 34 ± 4% y una disminución de la resistencia a la tracción del 77,3%: evidencia de que el material evaluado perdió propiedades mecánicas). En la condición de suelo, la pérdida se situó en 26%. Por su parte, la evaluación en medio acuoso fue la que presentó los resultados más bajos, con solo un 20% de pérdida de masa con referencia al inicio.  

Si bien la degradación de este biocomposito era algo que preveían desde un comienzo, para el estudiante Mosquera Rodríguez los resultados obtenidos en los ambientes de suelo y de compost, probablemente se debieron a la sinergia entre la diversidad de microorganismos existentes en estos medios, junto con el crecimiento fúngico que se puede encontrar en el suelo y el compost; en él entran a jugar un papel importante aspectos como la humedad y la acidez, distinto a lo que ocurre en el medio acuoso. 

“Con base en esta experiencia, y con las revisiones que nosotros hicimos, se podría contribuir bastante al desarrollo de otros materiales, e incluso se podría extrapolar estas conclusiones a materiales futuros que algún otro investigador desee generar, y de esta manera producir más interés hacia el final del proceso de esos biomateriales que se están generando”, dice el estudiante Fabián Steven Mosquera Rodríguez a cerca de la utilidad de su método de análisis con referencia a la diversidad de apuestas que se están haciendo en la actualidad, y que intentan mitigar el impacto que trae consigo el uso de plásticos de un solo uso.  

Según el estudiante, al final del proceso entendió que, más allá de la necesaria producción de materiales biodegradables a disposición de la población, resulta igual o más importante establecer hasta qué punto dichas alternativas pueden cumplir con el propósito para el que son desarrolladas. 

“Materiales bioplásticos o alternativas a los plásticos convencionales hay muchos, pero no existe tanta información sobre cómo se degrada cada uno de dichos materiales. Esta investigación ayuda, incluso, a aumentar las bases de lo que uno puede encontrarse cuando se enfrenta a la generación de un nuevo biocompuesto”, dice. 

Si le interesa contactar a los estudiantes o conocer más sobre la investigación, escriba a la Oficina de Comunicaciones Facultad de Ingeniería: comunicaingenieria@correounivalle.edu.co.