PBL

Tecnológico de Monterrey Campus Puebla

“Bioplástico fertilizante.”

Víctor Hugo Blanco Lozano

Equipo #2,  PBL

Introducción

La opción de utilizar materias primas de origen vegetal para la fabricación de bioplásticos es cada vez más factible debido a que el costo de producción no es muy elevado y el periodo de degradación de este material es de 180 días aproximadamente. Los vegetales más utilizados para la elaboración de bioplásticos son maíz, papas, entre otros cereales debido a su capacidad para degradarse, son recursos renovables y el rendimiento por hectárea es muy alto, aparte de que estas especies son de las más cultivadas en los campos mexicanos.

Sin duda la degradación de dicho material es un gran avance, pero sería un mayor aporte el hecho de que no solo se desintegrara en un tiempo considerablemente corto sino que al hacerlo aportara nutrientes a la tierra para volverla más fértil. Esto es posible gracias a la incorporación de fertilizantes 100% de origen natural tales como el plátano. La cáscara de plátano contiene fósforo y potasio en concentraciones considerables que benefician cultivos de flores y ciertos vegetales, ya que al ser de origen natural no alteran el pH de la tierra y aporta macronutrientes que más tarde serán absorbidos por las plantas para favorecer su crecimiento.

El derivado vegetal que se utiliza para la fabricación del plástico biodegradable es el almidón. Es una sustancia que presenta la unión de moléculas de glucosa en forma de cadena y con la cual las plantas almacenan su alimento en las raíces; de hecho, el almidón presenta una estructura muy similar a la de la celulosa, pero a diferencia de ésta el almidón es muy fácil de digerir, mientras que la célula es mas resistente y no puede degradarse con tanta facilidad. También posee la característica de actuar como un antiadherente o como adhesivo, todo depende de cómo sea procesado.

Por otro lado, la cáscara de plátano es utilizada como el fertilizante natural, ya que se pone a hervir durante algunos minutos y es suficiente para que suelte todos los nutrientes que contiene como magnesio, fósforo y potasio. Estos son de gran ayuda en el crecimiento de las plantas ya que la única materia orgánica que pueden consumir las plantas son minerales.

Preguntas de investigación

1.- ¿Es posible producir plástico de calidad en base a almidón?

R= Claro que es posible. Gracias a la investigación se ha descubierto que el almidón actúa como un polímero natural, resistente pero mucho menos duradero que el plástico convencional.

2.- ¿Es viable sustituir el plástico por un producto a base de fécula de maíz?

R=Aunque los plásticos convencionales son de bajo costo y funcionales, su durabilidad indefinida ha puesto en riesgo el bienestar del medio ambiente, así que la idea de sustituir el plástico hecho a base de petróleo por un bioplástico fabricado a base de fécula de maíz podría ser una nueva oportunidad para no tener que escoger entre costo, funcionalidad y fabricación y, al mismo tiempo, ayudar a la naturaleza disminuyendo la contaminación y promoviendo la utilización racional de los recursos naturales y renovables.

3.- ¿Qué tan duradero puede llegar a ser el proceso de manufacturación de estos productos?

Entre la investigación, trabajo de laboratorio y producción del producto, la duración del proceso podría variar entre 4 y 6 semanas, dependiendo de la disponibilidad de equipo y recursos.

4.- ¿Qué tan productivo (económicamente) es producir artículos de este material?
Mucho, ya que en México contamos con suficiente maíz y, en un momento dado, puede utilizarse también la fécula de papa.

Problemática:

Actualmente vivimos en un mundo que produce en exceso artículos para las necesidades humanas cotidianas. Esto conlleva  una generación excesiva de basura que es perjudicable para el ambiente en nuestro planeta. Muchos artículos usados en el comercio están hechos de plástico no biodegradable, de hecho para almacenar o cargar los productos generados en el comercio, se utilizan bolsas de plástico. Estas bolsas de plástico son un gran porcentaje de los desechos en nuestro mundo y desafortunadamente la mayoría de las bolsas no son biodegradables. Al no cumplir con esta característica los productos de plástico tardan muchos años en poder degradarse y mientras tanto afectan a los organismos vivos que lo rodean.

Las repercusiones pueden llegar a ser nocivas para los seres vivos en algunos casos puede causar extinción de ciertas especies, como en una isla en el pacífico solo habitada por aves, dónde los desechos (principalmente de plástico) eran consumidos por las aves nativas de ese lugar haciéndolas morir.

Hipótesis: ¿Será posible producir productos de plástico biodegradables que al ser degradados contengan nutrientes, como el potasio y el fósforo, que sean capaces de actuar como fertilizante para el medio?

Objetivo: El objetivo principal es llegar hasta la producción de bioplástico con los nutrientes necesarios para poder fertilizar la tierra. Lo siguiente sería llegar a establecer un acuerdo con alguna empresa o una industria que nos permita realizar los moldes para los distintos productos hechos con plástico.

Objetivos particulares:

a)    Realizar distintos productos con el bioplástico.

b)    Poder brindar a estos productos una función secundaria como macetas o recipientes que al ser enterrados con una planta beneficien el crecimiento de ésta con los nutrientes que aporta.

Viabilidad: La industria del plástico ha sido una de las más fuertes en los últimos años; sin embargo, el porcentaje de producción de bioplástico mundial incrementa con cada año que pasa pudiendo llegar así a niveles que rebasen a los del plástico convencional en el año 2016 como lo muestra la siguiente gráfica:

Antecedentes: Ha habido trabajos estudiantiles donde utilizan el almidón como una vía alterna para fabricar plástico biodegradable; sin embargo ninguno de ellos ha intentado, además de esto, utilizar un fertilizante, que aunque no muy potente, si pueda ayudar en algo al crecimiento de plantas en el medio donde se degradan.

La fabricación de este plástico parcialmente biodegradable requiere que el almidón –proveniente de papa, maíz o trigo– se combine con una sustancia plastificante, cuya mezcla se somete a un proceso llamado extrusión, durante el cual es comprimida y fundida. Así surge el almidón termoplástico que se une al poliestireno mediante compatibilizantes –sustancias que actúan como enlace entre ambos materiales–, dando lugar al Biorene, nombre comercial del producto.

Desarrollo experimental:

Material:

-2 Vasos de precipitados de 1 litro.

- Parrilla electrónica.

-Bureta de 25ml.

-Pipetas de 2 y 5 ml.

-2 vidrios de reloj.

-Una espátula.

-Agitador magnético

-Piseta

-3 cáscaras de banana

-Almidón

-Glicerina

-Bandeja de cristal

-Azúcar

El experimento se llevó a cabo en el laboratorio de química del instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey Campus Puebla, los materiales que se utilizaron en el proceso y elaboración del bioplástico son los enlistados arriba.

Antes de comenzar con el experimento se dejó reposando agua con las cascaras de plátano y 10 gramos de azúcar durante 15 minutos a una temperatura de 80 grados Celsius, con la finalidad de que la cascara de plátano cediera sus propiedades nutritivas (potasio y fósforo) al agua y así la enriqueciera. Una vez obtenida el agua se extrajo la cascara de plátano y se procedió a realizar el experimento, en un vaso de precipitado de 1000 ml se colocó 80 mililitros del agua enriquecida con potasio y fosforo, posteriormente se agregó 5 gramos de almidón soluble y se agito hasta que la mezcla estuviera homogénea, una vez logrado esto se añadió 10 mililitros de glicerina y 10 mililitros de ácido acético. Se puso a calentar la solución de la mufla a 90 grados Celsius y se agito constantemente durante 15 minutos aproximadamente, posteriormente se retiró la solución del calor y se continuó agitando hasta que se empezó a poner espesa la mezcla. De este punto en adelante la mezcla fue cambiando lentamente de estado líquido a estado sólido, esto duro aproximadamente 20 minutos.

Una vez pasado la etapa de agitación se obtuvo una especie de engrudo el cual se extendió en un recipiente de vidrio y se dejó reposar. Se fueron haciendo chequeos constantes del producto cada 10 minutos, 1 hora y 1 día. El producto final obtenido (bioplástico) fue una masa solida con aspecto gelatinoso y olor avinagrado por el ácido acético, el bioplástico presento propiedades de solubilidad en agua.

 

Análisis de resultados

A partir de los datos recolectados se puede decir que se obtuvo una buena cantidad de producto en base a la cantidad de reactivos iniciales, también nos dimos cuenta que el bioplástico que se había hecho tiene un olor avinagrado desagradable, el cual se debe al uso del ácido acético. También el uso del ácido acético representa una problemática, ya que le da un pH acido al bioplástico, lo cual a la hora de plantarlo ocasionaría que el pH de la tierra sea alterado y de esta forma perjudicaría a la planta. La solución que se tomo es neutralizar este pH por medio de una base, en nuestro experimento usamos el hidróxido de amonio. También nos dimos cuenta que el bioplástico hecho es soluble en agua, lo cual representa una gran problemática, ya que de dejarlo así no serviría para muchas cosas. El equipo trabaja en la investigación de como volver este plástico resistente a cierta clase de líquidos. Fuera de todo esto el producto obtenido es de una buena calidad, además de que se trató de hacer lo más orgánico posible sin usar tantos químicos y si logro la meta.

El producto final obtenido fue satisfactorio. La estética tal vez no sea la más adecuada debido al olor vinagroso y las manchas cafés producidas por el agua con nutrientes de plátano; no obstante el bioplástico adquirió una buena forma y en una industria que pueda brindar los moldes necesarios para los distintos productos saldrá bien

Conclusión

Podemos concluir en base a los resultados obtenidos durante la experimentación que es viable producir bioplástico en base al almidón, sin embargo la gran problemática surge del hecho de poder controlar el pH y la solubilidad del producto. El pH puede ser resuelto a través de neutralizarlo con una base débil como lo es el hidróxido de amonio y la solubilidad usando un producto que contrarreste las propiedades del almidón que hace que sea extremadamente soluble en agua. Omitiendo estos pequeños imperfectos, es un proyecto que a nivel de desarrollo y crecimiento, resulta sumamente rentable ya que los materiales que se requieren así como del nivel de inversión no resultan tan elevados y con un buen seguimiento podría convertirse  en una empresa a futuro.

Referencias:

- Acosta Chacón, Carlos. “Bioplástico a base de almidón”. Agosto, 2011. Extraído el día 29 de abril de 2013 de http://www.revistanova.org/index.php?option=com_content&view=article&id=143&Itemid=217.

- Gómez, María Alejandra. “¿Qué es el almidón?”. Abril, 2003. Extraído el día 29 de abril de 2013 de http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Curiosid/Rc-58.htm.

- “Make Potato Plastic!”. Instructables.com (2007-07-26). Extraído el 15 de abril de 2013 de http://www.instructables.com/id/Make-Potato-Plastic!/