Investigadores han creado un nuevo tipo de biomaterial que podría utilizarse para sustituir los recubrimientos plásticos de los envases de alimentos y otros productos, reduciendo la contaminación derivada de su uso y producción.
Completamente compostable, el material —un complejo polielectrolítico de polisacáridos— está compuesto por partes casi iguales de pulpa de celulosa tratada, procedente de madera o algodón, y quitosano, que se obtiene de la quitina, el principal componente de los exoesqueletos de artrópodos y crustáceos.
La principal fuente de quitina son las enormes cantidades de caparazones sobrantes de langostas, cangrejos y camarones que consume la gente.
Según el investigador principal, Jeffrey Catchmark, profesor de ingeniería agrícola y biológica en Penn State, estos recubrimientos de barrera respetuosos con el medio ambiente tienen numerosas aplicaciones: desde papel resistente al agua y recubrimientos para placas de techo y paneles de pared hasta recubrimientos alimentarios que ayudan a conservar la frescura.
«Las inesperadas propiedades adhesivas, resistentes e insolubles del material son útiles para los envases y otras aplicaciones, como los compuestos de fibras de madera totalmente naturales, de mejor rendimiento, para la construcción e incluso los suelos», afirma. «Además, existe la posibilidad de incorporar esta tecnología a los alimentos para reducir la absorción de grasa durante la fritura y mantenerlos crujientes. Como el recubrimiento está compuesto esencialmente de fibras, es una forma de añadir fibra a la dieta».
Explicó que la clave es la unión extraordinariamente resistente y duradera entre la carboximetilcelulosa y el quitosano. Estos dos polisacáridos muy económicos —que ya se utilizan en la industria alimentaria y en otros sectores industriales— tienen cargas moleculares diferentes y se enlazan para formar un complejo que sirve de base para películas, recubrimientos, adhesivos y otros productos impermeables.
Catchmark señala que la posible reducción de la contaminación sería enorme si estos recubrimientos de barrera sustituyeran los millones de toneladas de plástico derivado del petróleo asociados a los envases de alimentos que se utilizan cada año en Estados Unidos, y muchas más a escala mundial.
Señala que la producción mundial de plástico se acerca a los 300 millones de toneladas al año. En un año reciente, más de 29 millones de toneladas de plástico se convirtieron en residuos sólidos municipales en Estados Unidos, y casi la mitad correspondía a envases de plástico. Se prevé que el 10 por ciento de todo el plástico producido en el mundo termine como desecho en los océanos, lo que representa una amenaza importante para los ecosistemas y la salud humana.
Los recubrimientos de complejo polielectrolítico de polisacáridos dieron buenos resultados en una investigación, cuyos hallazgos se publicaron recientemente en Green Chemistry. El cartón recubierto con el biomaterial, compuesto por partículas fibrosas nanoestructuradas de carboximetilcelulosa y quitosano, mostró buenas propiedades de barrera contra el aceite y el agua. El recubrimiento también resistió el tolueno, el heptano y las soluciones salinas, y presentó mejores propiedades mecánicas en condiciones húmedas y secas, así como mejores propiedades de barrera frente al vapor de agua.
«Estos resultados muestran que los materiales basados en complejos polielectrolíticos de polisacáridos podrían competir con los polímeros sintéticos como alternativas de barrera en muchas aplicaciones comerciales», afirma Catchmark, quien, junto con Penn State, ha solicitado una patente para los recubrimientos.
«Además, este trabajo demuestra que de los sistemas mult polisacáridos que participan en una complejación electrostática surgen propiedades nuevas e inesperadas, lo que posibilita nuevas aplicaciones de alto rendimiento».
Hace aproximadamente una década, Catchmark comenzó a experimentar con biomateriales que pudieran utilizarse en lugar de los plásticos, debido a su preocupación por la sostenibilidad. Se interesó por la celulosa, el principal componente de la madera, porque es el material sostenible y renovable de mayor volumen en la Tierra. Catchmark estudió su nanoestructura: cómo se organiza a escala nanométrica.
Creía que podía desarrollar materiales naturales más resistentes y mejorar sus propiedades para que pudieran competir con materiales sintéticos que no son sostenibles y generan contaminación, como el laminado de polietileno de baja densidad que se aplica al cartón, el poliestireno expandido y el plástico rígido que se utiliza en vasos y botellas.
«El reto es que, para lograrlo, hay que poder fabricarlo y tiene que costar menos que el plástico», explica Catchmark. «Cuando se cambia a algo más ecológico o sostenible, hay que asumir el coste de la transición. Por eso tiene que ser menos costoso para que las empresas obtengan algún beneficio. Esto crea un problema para los materiales sostenibles: hay que superar la inercia reduciendo los costos».
Catchmark trabaja actualmente para encontrar socios de comercialización en distintos sectores industriales para una amplia variedad de productos.
«Ahora intentamos dar el último paso y tener un impacto real en el mundo, y conseguir que la gente de la industria deje de usar plásticos y utilice estos materiales naturales», afirma. «Así, los consumidores tienen una opción: después de usar los biomateriales, pueden reciclarlos, enterrarlos o compostarlos, y se descompondrán. O pueden seguir utilizando plásticos que acabarán en los océanos, donde persistirán durante miles de años».
El Departamento de Agricultura de Estados Unidos apoyó este trabajo. Southern Champion Tray, de Chattanooga, Tennessee, proporcionó cartón e información sobre su producción para los experimentos.
