Un estudio apunta caminos para transformar la basura en materiales de la industria avanzada

Científicos brasileños y colaboradores internacionales demuestran que la biomasa desechada de bajo costo puede convertirse en bioplásticos, productos electrónicos, equipos de generación, almacenamiento y transmisión de energía y otros dispositivos de alto valor agregado

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – Todos los años se generan en el mundo entre 118 y 138 millones de toneladas de basura orgánica. De ellas, alrededor de 100 millones de toneladas corresponden a residuos de la cadena de producción y distribución de alimentos. Tan solo el 25 % se reaprovecha. El otro 75 % sencillamente “se tira a la basura”, lo cual configura un gigantesco desperdicio de recursos potenciales, con un enorme impacto sobre el medio ambiente.

Estas cifras se dieron a conocer en un informe publicado en el año 2018 por la Agencia Europea de Medio Ambiente. Aunque las mismas constituyen el más reciente intento de totalización disponible, se encuentran probablemente subestimadas, pues corresponden a una base de datos de 2011.

La transformación de residuos en recursos –o, como dicen en Estados Unidos, transitar from trash to cash (“de la basura al dinero”)– es uno de los vectores de la denominada economía circular. Cuando esos residuos provienen de la biomasa, se la caracteriza como bioeconomía circular. Este tema se exploró en el marco de un estudio publicado recientemente en la revista Advanced Materials, en un artículo que apareció destacado en la contratapa de dicho periódico científico, uno de los de mayor impacto en el área.

“Nosotros ya vislumbrábamos distintos tipos de residuos como materia prima desde hace más de una década, pero aun así realizamos una revisión crítica de toda la literatura y reposicionamos el estado del arte en las estrategias tendientes a transformar pérdidas y desperdicios agroalimentarios en bioplásticos y materiales avanzados. Bien que los buscamos, pero no encontramos argumentos como para no hacerlo. Es un gana-gana”, dice Caio Gomide Otoni, docente del Departamento de Ingeniería de Materiales de la Universidad Federal de São Carlos (DEMa-UFSCar), en el estado de São Paulo, Brasil, ideador del grupo maTREErials y primer autor del artículo.

Como alternativa a las modalidades más rústicas y ambientalmente dudosas de aprovechamiento de los residuos agroindustriales, como su empleo en la alimentación del ganado, por ejemplo, el estudio muestra que la biomasa desechada o subutilizada, de bajo costo, puede convertirse en bioplásticos y materiales avanzados, utilizables en una amplia gama de dispositivos de alto valor agregado.

Las aplicaciones comprenden envases multifuncionales, incluso antivirales, antimicrobianos y antioxidantes; equipos electrónicos flexibles; dispositivos biomédicos; equipos de generación, almacenamiento y transmisión de energía; sensores; materiales para aislamiento termoacústico; cosméticos, etc.

“El nexo entre alimentos, materiales y energía es sumamente relevante para la bioeconomía circular. Nuestro objetivo consistió en presentar las estrategias más avanzadas con miras a desmenuzar residuos agroalimentarios, convertir el resultado en bloques de construcción monoméricos, poliméricos y coloidales y, con base en ellos, sintetizar materiales avanzados”, afirma Daniel Souza Corrêa, investigador del Laboratorio de Nanotecnología para el Agronengocio (LNNA) de la estatal Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria (Embrapa), con sede en la localidad paulista de São Carlos, docente y director de tesis en los programas de Posgrado en Química y Biotecnología de la UFSCar, y otro de los autores del artículo.

La conversión de pérdidas y desperdicios de la cadena de producción y distribución de alimentos en “materiales verdes” destinados a la industria avanzada constituye una opción emergente en las políticas de los países más desarrollados, como el European Green Deal (Pacto Ecológico Europeo). Puede leerse en la página oficial de la Comisión Europea: “La bioeconomía circular maximiza el uso de flujos laterales y residuales de la agricultura, el procesamiento de alimentos y las industrias de base forestal, reduciendo así la cantidad de residuos depositados en rellenos sanitarios”.

Tal como se añade en el artículo mencionado, si se toma a la estratósfera como un límite, no existe el desechado. No existe la opción de “tirar afuera la basura” pues no existe “afuera” en donde sea factible desechar la basura. Por eso mismo, entre cubrir el planeta de basura, tal como aún se lo hace, o transformar la basura en una formidable fuente de recursos, como es posible hacerlo, la decisión racional parece muy clara.

“La composición compleja y heterogénea de la biomasa derivada de FLW [food loss and waste, es decir, pérdida y desperdicio de comida, en inglés] constituye un reto tecnológico y económico. Debemos enfrentar lo que denominamos como ‘resistencia de la biomasa a degradarse’. Otro factor adverso es la estacionalidad de la producción agroindustrial. Ciertos residuos son abundantes en determinadas épocas del año y escasos en otras. Cuando se encuentran disponibles, su propia composición es generalmente variable. Pero el principal obstáculo a un upcycling [una reutilización] a gran escala es de naturaleza política. La esperanza radica en que startups y empresas altamente innovadoras superen esas barreras y lleven adelante este proceso”, pondera Gomide Otoni.

Las vías tecnológicas para ello existen, tal como lo muestra el artículo. Y sus autores ya las dominan, a escala de laboratorio o, dependiendo del caso, a escalas semipiloto o piloto. “Existen varios ejemplos que pueden mencionarse, que comprenden trabajos con producción de materiales a base de residuos de mango, plátano, trigo, anacardo, etc.”, describe Henriette Monteiro Cordeiro de Azeredo, otra autora del artículo e investigadora del LNNA de Embrapa.

En las imágenes que pueden verse en este reportaje, los materiales resultantes del procesamiento mínimo de la zanahoria ejemplifican el potencial para la conversión en bioplástico mediante el proceso realizado a escala semipiloto en el LNNA.

Asimismo, los investigadores producen espumas antimicrobianas con base en el bagazo de la caña de azúcar; envases derivados de la quitina extraída del caparazón de crustáceos e insectos, y partículas para estabilizar emulsiones, con potencial de aplicación en las industrias de fármacos, cosméticos y pinturas.

Tal como puede notarse, estas investigaciones están fuertemente sintonizadas con la economía de Brasil, que descuella como el mayor productor mundial de caña de azúcar y de frutas cítricas, aparte de ocupar también un lugar destacado mundialmente en la producción de muchos otros alimentos. Asimismo, debe considerarse que una fuente altamente significativa de pérdidas y desperdicios de alimentos está asociada a frutas y hortalizas, de las cuales alrededor de una tercera parte de la producción se pierde lo largo de la cadena. 

“Muchos de esos FLW contienen elevados niveles de vitaminas, minerales, fibras y proteínas que, idealmente, podrían convertirse nuevamente en alimentos. Sin embargo, debido a los patrones alimentarios, la mayoría de los FLW son microbiológicamente y sensorialmente inadecuados, y por ello dejados de lado. De allí la alternativa de convertir los residuos en plataformas químicas y materiales útiles potencialmente en dispositivos con alto valor agregado. Debido al grande y creciente volumen de FLW, existe un interés genuino por parte de los productores de alimentos en poner en valor tales flujos”, subraya Gomide Otoni.

Un ejemplo de ello es la producción de bioplásticos comestibles desarrollada por Luiz Henrique Capparelli Mattoso, uno de los líderes de esa línea de investigación en el LNNA de Embrapa.

La investigación se lleva a cabo en red, con aportes de decenas de investigadores comprometidos en el tema. El artículo en cuestión está también firmado por Bruno Mattos, investigador de la Aalto-yliopisto (Finlandia); Marco Beaumont, investigador en la BOKU Wien (Austria), y Orlando Rojas, director del BioProducts Institute de la University of British Columbia (Canadá).

Según Mattos, “la calidad de los building blocks [bloques para armar] obtenidos de la biomasa residual es la misma cuando se la compara con fuentes más puras y menos procesadas, tales como el algodón o la pulpa celulósica. Así y todo, al contener otras moléculas residuales, tales como pectinas o lignina, los residuos ofrecen un abanico mayor de propiedades que pueden explorarse para la introducción de funcionalidades en los bioplásticos”.

La financiación concedida por la FAPESP a esta línea de investigación comprende los siguientes proyectos: 14/23098-9; 17/12174-4; 17/22401-8; 18/22214-6 y 20/11104-5. 

Puede accederse a la lectura completa del artículo intitulado The Food-Materials Nexus: Next Generation Bioplastics and Advanced Materials from Agri-Food Residues en forma gratuita en el siguiente vínculo: onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202102520.