Plásticos biodegradables: Un proyecto ecoamigable

Marzo 5, 2021

Por: 

Micaela Puertas Montoya

Micaela Puertas Montoya

Noemi Zheyla Miguel Granza

Noemi Zheyla Miguel Granza

Gretty Villena

Gretty Villena es bióloga especialista en Biotecnología Industrial con un enfoque de bioeconomía, cuenta con experiencia en producción biotecnológica de enzimas y diseño de sistemas de cultivo con énfasis en biopelículas de hongos para optimización de bioprocesos y obtención de productos de valor agregado, utilizando para ello herramientas de genómica funcional y biología sintética. Los principales aspectos abordados incluyen la producción de enzimas, incluyendo estudios microestructurales mediante cryoSEM, SEM y microscopía láser confocal; el diseño y operación de reactores; estudios cinéticos y modelamiento matemático del cultivo de biopelículas y análisis de Expresión Diferencial de genes mediante técnicas de transcriptómica, proteómica y genómica funcional. Además, metagenómica y bioprospección molecular de genes de enzimas de utilidad industrial.

La bióloga Gretty Villena. (Foto: El Comercio.)

En los últimos años, ha aumentado la conciencia ambiental y con ello la demanda de productos ecoamigables con el ambiente. Uno de los proyectos más resaltantes en esta área es el de Gretty Villena y su equipo, denominado: “Obtención de nanocristales de celulosa para la elaboración de plástico biodegradable”.

Con el fin de introducirnos a la entrevista, ¿nos puede comentar un poco más sobre su proyecto?

En primera instancia, quería mencionarles que llevo 20 años trabajando en investigación en una línea que tiene que ver con el uso de hongos para generar diferentes productos de utilidad biotecnológica. Lo cual tiene relación con el modelo económico de la bioeconomía, que trata de utilizar biomasa y recursos renovables para generar productos de valor agregado.

En este caso, hemos centrado la investigación en utilizar algunos residuos, particularmente madereros y agroindustriales, para que mediante biotecnología y procesos netamente biológicos podamos convertirlos en productos de valor agregado como enzimas, materiales y otro tipo de productos. Específicamente, el proyecto de bioplásticos tiene por objetivo solucionar la contaminación que están generando los residuos de madera. Básicamente del aserrín de bolaina, un árbol no nativo que se está utilizando para la reforestación en la selva. Este proceso de reforestación ya lleva algunos años y  ya ha entrado en la fase productiva de manufactura, asociado a esto se han empezado a generar residuos madereros. Es cierto que esos residuos pueden tener diferentes usos como la producción directa de energía o la producción de materiales prensados de madera, pero también es verdad que son productos de muy bajo valor en el mercado y no llegan a solucionar del todo el problema de contaminación. Existe un excedente de estos residuos que se vierten a los ríos y otro tanto que se queman.

Etapa final en la elaboración del bioplástico compuesto. (Foto: Cortesía de Gretty Villena).

Entonces, la idea es desligar un proceso de reforestación hacia una cadena de valor que incluya utilizar, incluso, los residuos. El proceso de la transformación justamente está de acuerdo con este modelo de bioeconomía. En  resumen, lo que nosotros estamos haciendo es utilizar el aserrín de esta madera para que mediante un proceso de transformación biológica podamos convertirlo en insumos para la síntesis de bioplásticos. Es un proyecto que tiene un alto nivel de tecnología, porque no solamente estamos utilizando la materia prima como tal, sino que estamos haciendo una conversión biológica.

Entonces, el proyecto consiste en dos cosas: Encontrar aquellos microorganismos que nos permitan convertir estos residuos de madera en nanocristales de celulosa ; así como, hacer la elaboración del material del bioplástico, lo cual implica que podamos utilizar otros residuos agroindustriales para extraer polímeros tipo pectina o almidón. Esto nos va  a permitir mezclar el polímero con el relleno y darnos como resultado este material. Por lo cual, la idea en general del proyecto es convertir esos residuos, que incluso pueden llegar a ser un problema, en productos que sean biotecnológicamente atractivos. Además, poder lograr que se resuelva un problema ambiental como la contaminación y generar este tipo de materiales biodegradables.

¿Cómo nació la idea o la motivación para hacer plástico biodegradable?

Tenemos una historia de investigación con hongos ,y en particular, con los que degradan celulosa con diferentes propósitos. Por ejemplo, se usan para convertir la celulosa en azúcares y luego en etanol, o también para producir enzimas de uso industrial como las celulasas usadas en la industria textil. Por medio de esa tecnología se vienen identificando hongos nativos, lo que hemos hecho es buscar de entre la biodiversidad de hongos aquí en el Perú a aquellos que puedan degradar eficientemente la celulosa de la madera. Mediante esa colección de microorganismos, logramos dar un paso tecnológico más allá y entrar hacia la línea de producción de biomateriales. 

“La novedad y el reto de este proyecto es que nosotros no estamos utilizando ninguna hidrólisis química, ni producto químico que pueda ser un problema en términos de biodegradabilidad.

Los nanocristales de celulosa también se pueden producir de otra manera, como por hidrólisis química, la cual utiliza por ejemplo, ácidos y bases o procesos termoquímicos a altas temperaturas y presiones; cuyo resultado en términos de producto es el mismo, es decir, los nanocristales.

La diferencia es que esos procesos no son amigables con el ambiente, ya que utilizan ácidos o altas temperaturas que generan efluentes, que se contradicen con la naturaleza misma del proyecto.

Entonces, la novedad y el reto de este proyecto es que nosotros no estamos utilizando ninguna hidrólisis química, ni producto químico que pueda ser un problema en términos de biodegradabilidad.

Respecto a los materiales utilizados, ¿por qué usa madera?, ¿hay algún principio o característica de la materia que la haga buena para este tipo de materiales?

La madera, particularmente la de la bolaina, tiene un 50 o 60 por ciento de celulosa. La idea es que esa celulosa que está formando parte de la pared celular se pueda romper mediante enzimas para generar cadenas pequeñas. Estas cadenas van a dar lugar a estructuras que las conocemos como nanocristales de celulosa.

Los nanocristales de celulosa por sí mismos tienen un alto valor en el mercado, y se pueden utilizar no solamente en la elaboración de bioplástico, sino que también pueden tener usos cosméticos.

Tratamiento biológico de residuos de madera de bolaina para la obtención de nanocristales de celulosa. (Foto: Cortesía de Gretty Villena)

Esto está dentro de la disciplina de la biotecnología, la cual está promocionando la síntesis de ese tipo de material. Los nanocristales de celulosa nos van a servir de relleno para hacer un plástico que sea mecánicamente más resistente. Entonces, la idea es mezclar lo que sería la fase sólida o el relleno con un polímero que le otorga flexibilidad al material. El resultante va a ser un plástico 100% biodegradable y lo suficientemente resistente en términos mecánicos para que puedan ser utilizados, por ejemplo, en la elaboración de bolsas o de diferentes empaques.

¿Cuál ha sido uno de los mayores retos para llevar a cabo su investigación?

Los retos han sido consolidar esta tecnología; conseguir adecuados rendimientos; lograr que los microorganismos lleguen efectivamente a crecer y a romper la celulosa de la manera como habíamos previsto; caracterizar materiales, de hecho, para eso  hemos recurrido a otros fondos concursables y el laboratorio se ha equipado con un microscopio Raman con fuerza atómica que nos permite hacer el análisis de estos materiales.

También, nos hemos equipado con FTIR, no precisamente con el presupuesto de este proyecto, pero sí con el que hemos accedido por otros proyectos. Entonces, a lo que me refería por algunos de los principales problemas, es el presupuesto para investigación, el cual es muy bajo. Nos corresponde a los investigadores que queremos estar un poco a la par de lo que se está haciendo afuera, tratar de agenciar de la mejor manera. Eso no nos permite dedicarnos 100% a un solo proyecto, sino que nos condiciona a estar en tres o cuatro proyectos a la vez, de la misma línea de investigación, pero que nos permita operar y trabajar de manera más o menos fluida.

En términos meramente de investigación, el reto fue  haber seleccionado y conseguido los microorganismos que necesitábamos para este proyecto, capacitarnos en la parte de análisis de nuevos materiales junto con tesistas de pregrado, de posgrado, alumnos de los círculos de investigación de la universidad (UNALM), que también de alguna manera están participando.

Asimismo, para complementar la respuesta, la crisis sanitaria ha hecho que lo que planificamos inicialmente no necesariamente se cumpla. En este segundo año ya deberíamos estar empezando la fase de generar datos de rendimiento o datos de mercado, por supuesto a escala de laboratorio, y como mencionamos, esto no ha sido posible por el momento. Sin embargo, toda la parte tecnológica y metodológica, ya la tenemos propiamente desarrollada.

 

«Entonces, a lo que me refería por algunos de los principales problemas, es el presupuesto para investigación, el cual es muy bajo.”

¿Cuántas bolsas biodegradables se pueden obtener de cierta cantidad de residuos de madera? ¿Cuál podría ser el costo de estas bolsas?

Ese es un dato que se puede calcular en forma más realista cuando el proyecto entre a la etapa de escala piloto. La idea es que aquello que conseguimos en el laboratorio, por ejemplo, el rendimiento de los nanocristales de celulosa a partir de un kilogramo de madera o la pectina extraída de un kilogramo de residuos de cacao o café, se reproduzca a escala piloto. En el laboratorio se realizan estos experimentos muy meticulosamente y el rendimiento, es decir, la cantidad de producto que obtenemos por kilogramo de materia prima es relativamente alta. No obstante, a escala piloto, hablamos de grandes cantidades de materia prima, es decir de 50 kilogramos a más de madera. Es en esta etapa donde podemos obtener rendimientos y costos más reales, por ejemplo, del transporte de materia prima, mano de obra que se requiere, etcétera.

“(…) debo aclarar que el proyecto en sí mismo no tiene como producto inmediato la obtención de bolsas biodegradables. Nuestro compromiso para con el proyecto es elaborar el insumo, es decir, el plástico.

Por otro lado, debo aclarar que el proyecto en sí mismo no tiene como producto inmediato la obtención de bolsas biodegradables. Nuestro compromiso para con el proyecto es elaborar el insumo, es decir, el plástico. Si bien es cierto el producto final pueden ser bolsas biodegradables, también estamos pensando en utilizar este insumo para hacer empaques para alimentos sobretodo. Y en una segunda etapa tecnológica, por ejemplo, poder agregar nanopartículas de plata al plástico para que tenga usos cosméticos, o para el tratamiento de heridas o quemaduras. En realidad, este proyecto es el punto de partida para decidir cuál sería el producto final transformado, a partir de la demanda del mercado.

Si el producto final transformado llega a ser las bolsas biodegradables y el proyecto entra a la etapa comercial, ¿cómo competiría con el resto de bolsas biodegradables en el mercado?

Las bolsas que se venden en los supermercados son básicamente de un solo uso y muy frágiles. La idea es que las bolsas que se puedan producir a partir de este material compuesto sean más resistentes y de alguna manera extender su tiempo de uso. Si bien es cierto, el precio podría ser un poco mayor, las bolsas serían mucho más competitivas en términos de uso. Además, cuando termine su vida de uso pueden entrar a un proceso de compostaje y biodegradación.

Asimismo, para llegar a la comercialización de las bolsas, sería la universidad (UNALM) quien negociaría con el sector productivo para el lanzamiento de nuestro producto al mercado. Hay varias figuras para esto, como los licenciamientos, en el cual se ofrece la tecnología manteniendo la propiedad intelectual. Por lo cual, obviamente, la universidad va a tener un rédito. Es así que, hay varios mecanismos por los cuales esta investigación aplicada podría ser una oferta comercial para el mercado.

Cuando su proyecto logre concretarse eficazmente en su etapa final, ¿planea expandirlo en el extranjero?

Esto va depender del objetivo que se tiene como universidad. No necesariamente va a ser lucrativo, sino depende hacia dónde lo enfoquemos.

Si lo enfocamos hacia el sector productivo, por ejemplo pequeños productores, el enfoque es totalmente diferente y simplemente sería un proyecto de transferencia directa. Además, otra punto interesante es que no necesariamente se podría enfocar en el producto final; sino que, al usar residuos agroindustriales, podemos hacer acuerdos con pequeños agricultores para valorizar estos subproductos. Por ejemplo, a los productores de cacao, café o a los mismos productores de los aserraderos de madera.

Los productores que ven a estos residuos como un problema, podrían verlo luego como un insumo con valor agregado y puedan ganar por ello. Entonces, creo que hay varios modelos para establecer una cadena de valor.

 

“Los productores que ven a estos residuos como un problema. Podrían verlo luego como un insumo con valor agregado y pueden ganar por ello.”

¿Cuál ha sido el apoyo que ha recibido el proyecto de las instituciones, tanto la Concytec como las universidades asociadas al proyecto?

El apoyo de Concytec es, básicamente, el financiamiento. En realidad, por la misma naturaleza de la convocatoria, el financiamiento no es muy alto. Por lo tanto, hemos recurrido a otros fondos. Además de las limitantes que tiene Concytec y la burocracia estatal, los fondos no llegan de acuerdo a lo planificado o no llegan completos. Ahora, en el caso de la pandemia, también hay retrasos.

Por el lado de la universidad (UNALM), tenemos el apoyo en términos de la gestión misma de los proyectos, de la parte administrativa, de los sistemas de compra, etc. También, tenemos el apoyo de la Oficina de Investigación.

Asimismo, contamos con aliados que acompañan a este proyecto. Uno de ellos es el Centro de Investigaciones Tecnológicas, Biomédicas y Medioambientales (CITBM), de la UNMSM (este centro ganó el primer concurso de Centro de Excelencia del Perú del Concytec). Este centro tiene bastante experiencia en biomateriales y síntesis de nanopartículas, pero por el lado químico.

Entonces, ha sido una sinergia interesante porque hemos complementado la parte biológica, por parte de nuestro laboratorio, con la parte química, por la parte del CITBM.

Por otro lado, tenemos como socios a la Universidad de Tiradentes en Brasil (UNIT). La colaboración se dio porque justo en el año que presentamos el proyecto, la Dra. María Lucila Hernández realizaba su postdoctoral en el laboratorio y con ella elaboramos el proyecto. Esta institución nos apoya con la caracterización del proyecto, además, tienen bastante experiencia en el desarrollo de biomateriales. 

Adicionalmente, tenemos una tesis de maestría a cargo de CITBM y, por nuestra parte, en el laboratorio tenemos tesistas y practicantes que están siendo capacitados en estas técnicas.

Investigadoras del Proyecto. De izquierda a derecha, Dra Ilanit Salmolski, Dra. Gretty Villena, Dra. Maria Lucila Hernandez, M.Sc. Yvette Ludeña. (Foto: Cortesía de Gretty Villena.)

Para finalizar con la entrevista, le gustaría decir algunas palabras…

Sí. Felicitar nuevamente la iniciativa e interés que tienen por conocer lo que se está haciendo en la universidad y, en realidad, por conocer cómo es que la ciencia puede dar soluciones, aquí en el país. Creo que esto es muy importante porque luego a ustedes les va tocar asumir la responsabilidad.

“A diferencia de lo que ha pasado con nuestras generaciones, es importante siempre tomar decisiones, en la medida de lo posible objetivas y basadas en ciencia. Hacer sentir a las autoridades que la ciencia es importante

A diferencia de lo que ha pasado con nuestras generaciones, es importante, siempre tomar decisiones en la medida de lo posible objetivas y basadas en ciencia. Hacer sentir a las autoridades que la ciencia es importante. Incluso, la ciencia básica es muy importante en el país.

No por ser un país en vías de desarrollo nos tenemos que conformar con importar tecnología o con recibir información científica de los países desarrollados. Eso no nos va a llevar al desarrollo.

Entonces, la labor que hacen ustedes de interesarse y difundir lo que se está haciendo, en términos de ciencia es muy importante. Además, contribuyen positivamente en su formación. Nuevamente los felicito por esta iniciativa.

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