sábado, 21 de octubre de 2017

Plástico, producción, vida y destino – Un asunto ambiental

El plástico es un material omnipresente en el mundo actual; desde los envoltorios de los productos comestibles hasta ciertas partes de las naves espaciales. Su producción ha crecido exponencialmente en las últimas seis décadas, al igual que los desechos. Todo esto ha comenzado a generar un gran problema ambiental que debe ser resuelto. Sin embargo, para poder lograrlo, primero es necesario conocer la magnitud del problema, es decir, la cantidad de plástico que se genera y se desecha cada año y las alternativas que se tienen para solucionarlo, sin renunciar a los beneficios que este material aporta a la humanidad. Tres investigadores de la Universidad de California y de la Universidad de Georgia, presentaron el primer análisis global de toda la producción masiva de plástico hecha por la humanidad. El análisis, también incluye proyecciones del futuro de la producción y destino de los plásticos hasta el año 2050 [0].

Baquelita - El nacimiento de un nuevo material


Objetos hechos de bakelita, exhibidos por la
Sociedad Americana de Química.
Aunque ya se conocían compuestos plásticos antes del siglo XX -como el celuloide-, el plástico como lo conocemos actualmente tuvo su origen en el laboratorio del químico estadounidense Leo Hendrik Baekeland (1863-1944). Por aquellos años, de principios del siglo XX, se estaban buscando materiales de revestimiento que suplantaran a la goma laca y a los barnices de aceite. Varios investigadores intentaron resolver este problema, entre ellos Adolf von Baeyer, ganador del premio Nobel de química en 1905, quien había intentado sintetizar algún material a partir de un fenol y un aldehído, sin tener éxito. Baekeland se dio cuenta de que los experimentos realizados por sus colegas no eran sistemáticos ni rigurosos; así que, con ayuda de sus asistentes, llevó a cabo una serie de experimentos variando la presión, temperatura, el tiempo y cualquier otra variable que pudiera relacionarse al momento de la síntesis. Finalmente, en 1907, logró crear un polímero de condensación, al cual llamó Baquelita. Este material sólo podía formarse a una temperatura y presión precisas; era la combinación de un fenol con un formaldehido. Sin embargo, Baekeland no dio a conocer a la Baquelita hasta que ésta pasara por una serie de pruebas rigurosas, que le aseguraran la versatilidad y aplicabilidad que se estaba buscando. El anuncio de la invención de la Baquelita lo hizo en 1909, en el Club de Química en Nueva York [1]. A pesar de su descubrimiento, el auge de los materiales plásticos tuvo que esperar hasta finalizar la segunda guerra mundial.

Plásticos actuales


Los principales plásticos que se usan actualmente se obtienen a partir de hidrocarburos, los cuales son compuestos orgánicos formados por átomos de carbono e hidrógeno. Los monómeros, que son las moléculas más simples, son los principales precursores de los plásticos actuales, entre ellos, el etileno y propileno. Sin embargo, estas moléculas no son biodegradables, y esta es la principal razón por la que se produce la acumulación de plásticos. Si bien, el aumento de la producción de plásticos comenzó al finalizar la Segunda Guerra Mundial, para 1960 los desperdicios plásticos representaban el 1% del total y en 2015 alcanzó el 10%.


Un indicador geológico del Antropoceno 


Sedimentación de los desechos plásticos examinados por el
Museo de Arqueología de Londres en 2010, después de que
estos pasaran 30 años enterrados, su estratificación muestra
que pueden servir como un potencial indicador geológico [2].
A medida que la humanidad se ha desarrollado más, ésta ha tenido un mayor número de capacidades a su disposición para modificar el medio ambiente que la rodea. Estas capacidades han llegado a tal punto, que es posible compararlas con algunas fuerzas de la naturaleza. Entre estas capacidades está la modificación del clima, generando un aumento en las temperaturas a nivel global, la acidificación de los océanos por la emisión de dióxido de carbono o la destrucción de la capa de ozono. El alcance de los efectos de la humanidad en la Tierra, llevó a que en el año 2000, el premio Nobel de química Paul Jozef Crutzen junto con el científico Eugene F. Stoermer, propusieran al “Antropoceno” como una nueva era geológica, caracterizada por el impacto de la acción humana en el ambiente. Aunque el establecimiento del Antropoceno como una nueva era geológica continúa siendo tema de discusión, se ha propuesto al plástico como uno de los indicadores de esta era geológica, debido a que puede ser estudiado fácilmente en los depósitos sedimentarios en todo el mundo [2].   

El final del plástico y la contaminación ambiental


En las imágenes a y b se muestra el plástico encontrado a 1’000 de
profundidad en los cañones del Mediterráneo, c y d muestran el 
plástico encontrado en el círculo polar a una profundidad de 
2’200-2’600 metros [4].
El plástico, como cualquier otro material, posee un tiempo de “vida”, durante el cual cumple su función para la cual fue fabricado. Después de este periodo, el plástico puede sufrir tres destinos diferentes; el primer destino es un proceso de reciclaje, en el cual el plástico es reutilizado o transformado en un producto diferente; el segundo destino es la incineración, de donde se suele obtener energía mediante procesos de desintegración térmica; el tercer final, es  su depósito y acumulación en vertederos o directamente en el medio ambiente.

De estos tres finales, el más probable de ellos es su depósito en los vertederos. Sin embargo, una vez que llegan a su destino, los plásticos comienzan un proceso de fragmentación en partículas de tamaño microscópico. Las micropartículas se filtran y alcanzan los depósitos de agua dulce de los ecosistemas contaminándolos [3]. Otro problema de contaminación ocurre cuando los plásticos llegan a los océanos sin que estos se hayan fragmentado; investigaciones conjuntas de Francia, Estados Unidos y el Reino Unido muestran que estos desechos se acumulan incluso a profundidades de más de 2’600 metros, alcanzando lugares tan remotos como el círculo polar [4].

¿Cuánto plástico ha producido la humanidad?


Para poder determinar la cantidad de plástico que se ha producido por toda la humanidad, los investigadores recurrieron a las estadísticas de producción generadas por las organizaciones gubernamentales de Estados Unidos, Europa, China e India. La estimación que obtuvieron de toda la información fue que la humanidad ha generado aproximadamente 8’300 millones de toneladas métricas (Mt) hasta el año 2015. Los investigadores señalan que la mayor incertidumbre se encuentra en las estadísticas de los primeros años de producción del plástico, pero ésta, a su vez, se ve compensada por la menor producción que había en ese periodo. 

La “VIDA” de los plásticos


Para poder estudiar el tiempo de vida de los plásticos, es útil diferenciarlos en función del sector industrial al cual pertenecen; empaque, productos de consumo e institucionales, textiles, eléctrico y electrónico, transportación, maquinaria industrial y, por último, el sector de la construcción. Los plásticos que se producen para cada uno de estos 8 sectores poseen una vida útil con un comportamiento aleatorio, por lo que los investigadores usan para su estudio un modelo de distribución normal logarítmica, similar al empleado en el estudio del crecimiento de tejidos. Con este modelo, y con la información de los datos de producción, los investigadores fueron capaces de calcular la probabilidad del tiempo que pasan los plásticos en uso antes de ser desechados. De todo esto, se desprende que los plásticos empleados dentro del sector de empaque son los que poseen un tiempo de vida más corto (~1 año), mientras que los del sector de la construcción poseen el tiempo de vida más largo (~60 años). Tomando en cuenta las diferencias en los tiempos de vida de los 8 sectores de plásticos y los cálculos en la producción mundial, los investigadores estiman que cerca del 30% ó 2’500 Mt de todo el plástico generado se encuentra aún en uso hoy en día.

Las funciones de distribución de probabilidad, obtenidas por los investigadores para los 8 sectores de clasificación del plástico (Imagen adaptada del artículo original) [0].

Destino del plástico


Los investigadores estiman que cerca de 6’300 Mt de plástico han sido desechados hasta finales del 2015, de los cuales, el 60% (4’900 Mt) se ha depositado en vertederos o se encuentra disperso en el medio ambiente, el 12% (800 Mt) ha sido incinerado y sólo el 9% (600 Mt) ha sido reciclado. En cuanto a los plásticos vistos a partir de los 8 sectores de producción se observó que en 2015, los plásticos de envase representaron el 42% (146 Mt) de la producción total de plásticos y el 54% (141 Mt) de los desechos plásticos. Mientras que los plásticos del sector de la construcción constituyeron el 19 % (65 Mt) de la producción total y el 5% (12 Mt) de los desechos plásticos totales, permitiendo identificar, como el principal responsable de la contaminación a los plásticos que se producen dentro del sector de envase, tanto por su producción como por su desecho. 

Ciclo de vida del plástico; producción, uso y desecho, calculado en Millones de Toneladas métricas (Mt). (Imagen adaptada del artículo original) [0].

¿Qué futuro se pronostica para el plástico?


Se espera que en el futuro, la producción de plástico continúe aumentando y alcance las 34’000 Mt para el año 2050. Los investigadores pronostican que el mismo año se habrán producido 26’000 Mt de desperdicios plásticos, de los cuales, 9’000 Mt se habrán reciclado, 12’000 Mt se habrán incinerado y otras 12’000 Mt se habrán almacenado en los vertederos. Sin embargo, los investigadores son consientes de que estas estimaciones cuentan con grado de error considerable, estimado en unas 100 Mt. Los errores de las estimaciones provienen principalmente a la incertidumbre en la “vida” de los diferentes productos plásticos y a la información disponible respecto a los ritmos de incineración y reciclaje fuera de los Estados Unidos y Europa.

Las líneas punteadas muestran el pronóstico de la generación de desechos plásticos calculado hasta el 2050, separados por destino final (Imagen adaptada del artículo original) [0].

Incineración y pirolisis


La incineración es el proceso por el cual se someten a los materiales plásticos a altas temperaturas hasta que éstos se desintegran. Durante el proceso, es posible extraer energía eléctrica y su principal beneficio está en evitar que los desperdicios plásticos se acumulen en los vertederos; sin embargo, el principal inconveniente es que durante el proceso se generan gases que son tóxicos, además de gases de efecto invernadero que contribuyen al calentamiento global. Otro destino es el de la pirólisis, el cual es un proceso de destrucción térmica similar al de la incineración, pero con la principal diferencia de que el aumento de la temperatura a la que se someten los materiales se hace dentro de una atmósfera sin la presencia de oxigeno, disminuyendo la generación de gases de efecto invernadero. Incluso, ya se están estudiando técnicas de pirólisis capaces de transformar los desechos plásticos en combustible líquido [5]. Al igual que la incineración, su principal beneficio es que evita la acumulación del plástico en el medio ambiente, y además tiene la ventaja de proporcionar una fuente de energía secundaria.

Reciclaje con impacto


En primera instancia, la mayoría de la gente suele pensar que el acto de reciclar, cualquier que sea la cantidad, disminuye la contaminación generada por el consumo de plástico, pero los autores señalan que esto no es cierto. Para que el reciclaje tenga un impacto real en la disminución de la contaminación de plásticos es necesario que la cantidad de plástico que se recicla sea superior a la cantidad de plástico nuevo que se produce. Cuando esta cantidad es menor, como ocurre actualmente, lo único que logra hacer el reciclaje es retardar su momento para ser desechado. Los investigadores señalan que, de las 600 Mt de plástico que se han reciclado, solo un 10% (60 Mt) ha sido reciclado, al menos, una segunda vez. Esto quiere decir que la mayoría del plástico que se recicla, después de volver a ser usado una segunda vez, tiene como destino la destrucción térmica o, más probablemente, su desecho en los vertederos o en el medio ambiente. Si bien la producción de plástico nuevo no desaparecerá, ya que siempre será necesario ingresar más plástico para los nuevos consumidores y para remplazar las pérdidas que se tienen durante el proceso de reciclaje, sí que puede disminuir. Lo principal sería buscar la manera de prolongar la vida de los plásticos, enfocándose en el plástico de los empaques o envases, puesto que son los que más contaminan; esto con la finalidad de que el plástico se concentre en su fase de vida útil y no en la de desecho contaminante. Para lograrlo, es necesario que cualquier producto plástico sea reciclado el mayor número de veces posible, y sea éste el principal destino de los desperdicios plásticos. 

Comentario final


Los plásticos representan actualmente un problema de contaminación ambiental debido a su acumulación en los vertederos. Sin embargo, debido a las múltiples propiedades y su versatilidad, es probable que sea un material que nunca sea remplazado del todo, y renunciar a los beneficios que de éste obtenemos resultaría más costoso. La mejor solución, parece estar en el manejo eficiente del plástico, reutilizándolo el mayor número de veces posible y evitando, ya sea por la incineración o pirólisis, su acumulación en el medio ambiente. Para lograr esto, se requerirán de varias décadas, puesto que es necesario llevar a cabo una gran inversión económica, principalmente para la construcción de la infraestructura necesaria; plantas de reciclaje, incineración y pirólisis, y el desarrollo de nuevas tecnologías; todo un problema que deberán abordar los próximos estudios científicos en el área. Podemos tener una mirada optimista de la búsqueda por la eficiencia en el uso del plástico, si nos damos cuenta que esto implicaría la creación de nuevas fuentes de empleo, inversión y crecimiento. Lo que parece en un principio un problema, podría ser una fuente de oportunidades.

REFERENCIAS


[0] Geyer, R., Jambeck, J. R., & Law, K. L. (2017). Production, use, and fate of all plastics ever made. Science Advances, 3(7), e1700782.
[1] Leo Baekeland’s Legacy – 100 Years of Plastics, Burkhard E. Wagner
[2] Zalasiewicz, J., Waters, C. N., do Sul, J. A. I., Corcoran, P. L., Barnosky, A. D., Cearreta, A., ... & McNeill, J. R. (2016). The geological cycle of plastics and their use as a stratigraphic indicator of the Anthropocene. Anthropocene, 13, 4-17.
[3] Wagner, M., Scherer, C., Alvarez-Muñoz, D., Brennholt, N., Bourrain, X., Buchinger, S., ... & Rodriguez-Mozaz, S. (2014). Microplastics in freshwater ecosystems: what we know and what we need to know. Environmental Sciences Europe, 26(1), 12.
[4] Barnes, D. K., Galgani, F., Thompson, R. C., & Barlaz, M. (2009). Accumulation and fragmentation of plastic debris in global environments. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 364(1526), 1985-1998.
[5] Mohanraj, C., Senthilkumar, T., & Chandrasekar, M. (2017). A review on conversion techniques of liquid fuel from waste plastic materials.

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