Bioplásticos: una especie en vía de expansión

La industria de bioplásticos es, sin duda, uno de los sectores más apasionantes de la industria plástica, y (desde mi humilde punto de vista) la gran revolución que a nuestra generación le tocó vivir. Hace cerca de 20 años se vieron los primeros lanzamientos, con tecnología de BASF que le apostaba a los polímeros basados en tecnología petroquímica pero biodegradables. Hoy en día la balanza se ha revertido, y el impresionante crecimiento en la demanda lo están dando los materiales producidos a partir de fuentes renovables que reemplazan a materiales tradicionales como el PET y el PE, pero que no son degradables.

Los desarrollos no paran. En los últimos años, las mayores empresas químicas están destinando importantes inversiones a la investigación de nuevas fuentes biobasadas, y los resultados no se han hecho esperar: ahora se dispone de resinas de ingeniería, como poliamidas y PBT, con porcentajes biobasados superiores al 90%. Sin embargo el crecimiento más significativo estará dado por resinas como el PET y PE biobasados para uso de empaques, impulsado por iniciativas de grandes empresas de consumo masivo, como Coca-Cola, Pepsi y Unilever.

Producción de bioplásticos se quintuplicará hasta el 2016

Las cifras han superado todas las expectativas: de acuerdo con un nuevo reporte emitido por la organización European Bioplastics, en cooperación con el Instituto de Biopolímeros y biocompuestos de la Universidad de Hannover, la cifra que en 2011 rondaba 1,2 millones de toneladas en volumen de producción de bioplásticos crecerá cinco veces para el 2016, llegando cerca de los 5,8 millones de toneladas.

El crecimiento más grande se espera en el grupo de materiales bio-basados y no biodegradables. Sobre todo en las soluciones tipo “drop-in”, es decir en los polímeros de uso masivo, como el PE y PET, que ahora se producen a partir de productos renovables. El crecimiento estará jalonado por el PET biobasado, que hoy en día representa el 40% de la capacidad en bioplásticos, y que para el 2016 representaría 4,6 millones de toneladas, es decir, cerca del 80% de la capacidad de producción.

Después del PET, el siguiente polímero con mayor crecimiento será el PE, con 250.000 toneladas, que representan el 4% de pronóstico consumido. “Pero también los polímeros biodegradabes tendrán una importante tasa de crecimiento: la capacidad de producción se incrementará en dos tercios hasta el 2016”, de acuerdo con Hasso von Pogrell, director de European Bioplastics. Los mayores jalonadores del crecimiento serán el PLA, con 298.000 toneladas (un crecimiento del 50%) y el PHA, con 142.000 toneladas (550% de crecimiento).

“El enorme crecimiento sigue la demanda por soluciones sostenibles en el área de polímeros. Los bioplásticos tienen hoy en día un lugar fijo en diversos campos de aplicación, como el mercado de empaques, el sector electrónico y la industria automotriz”, añade von Pogrell.

El pionero Ecovio ahora también para aplicaciones rígidas

Hasta ahora, el grado de Ecovio de BASF que mayor aceptación ha logrado en el mercado es el que se usa para la producción de películas extruidas, tanto para bolsas como para películas de uso agrícola. Sin embargo, gracias a que el interés en plásticos compostables certificados viene creciendo para aplicaciones de empaque, BASF ha desarrollado materiales tanto para termoformado como para inyección.

Para el mercado de termoformado ofrece un nuevo grado bajo el nombre de Ecovio T2308. Para inyección se cuenta con el grado Ecovio IS1335. Ambos productos están desde ya disponibles en producciones a escala comercial; según confirma el fabricante, se basan mayoritariamente en fuentes renovables y se pueden colorear fácilmente.

El grado Ecovio T2308 es apropiado para el termoformado de bandejas y vasos. Las propiedades mecánicas se asemejan a las del PET amorfo, pero a diferencia de éste, el material es biodegradable y parcialmente biobasado en ácido poliláctico. El porcentaje de la resina Ecoflex, la resina compostable de BASF, hace que el material no sea muy rígido ni frágil. De esta forma se garantiza que los productos termoformados no sean frágiles durante el transporte ni el almacenamiento. El componente de Ecoflex asegura además que la tenacidad del material sea buena a temperaturas bajas, para garantizar un buen desempeño en el empaque de productos congelados.

Otra ventaja del nuevo material es la ventana de procesamiento, que se ubica en un rango entre 80°C y 120°C. Es posible emplear los equipos típicos para producción de láminas y usar las velocidades de producción típicas del termoformado. Así como ocurre con los demás grados de Ecovio, este grado también cumple todos los requerimientos para el contacto con alimentos.

El grado inyección se caracteriza por su alta rigidez, y puede transformarse en moldes de una o varias cavidades, con o sin canal caliente. El material tiene una fluidez media y resiste a temperaturas hasta de 55°C. Esta variante está orientada a productos de pared delgada, para empaques complejos y de alto valor, que deben moldearse por inyección y ser biodegradables. El material también puede decorarse con la tecnología de IML. De acuerdo con la norma EN 13432, empaques de mínimo 1,1 mm de espesor cumplen con las reglas de compostabilidad.

Resinas biobasadas y biodegradables

El proyecto de investigación europeo FNR ha generado una nueva película tipo “mulch” biobasada para agricultura, que se produce por atomización (“spray”). La nueva película reduce el uso de herbicidas a través del uso de una receta que combina quitosán y xantán con derivados de hidroxietil-celulosa, que tiene propiedades fugicidas. La receta de la película se aplica con un atomizador y se seca posteriormente, y la mayor ventaja es que puede degradarse de manera homogénea. Mientras que las películas “mulch” que actualmente se emplean deben removerse en forma manual, el proceso de atomización genera una reducción de tamaño después de doce semanas, con lo cual las películas se mezclan con el suelo.

Purac presenta su nueva tecnologia Puralact, para producir PLA con mayor resistencia a la temperatura que pueda reemplazar a materiales como PS, PP y ABS en aplicaciones que requieran usarse a temperaturas entre 80 y 180°C.

Los grados producidos para inyección y termoformados podrían usarse para el empacado de alimentos para microondas, para envase de bebidas calientes pero también para productos con mayor durabilidad, como piezas automotrices, tapetes o artículos electrónicos. Los grados producidos son homopolímeros L y D designados como PLLA y PDLA.

El Biograde C 6509 CL es un nuevo material de FKuR basado en celulosa, que se caracteriza por tener alta transparencia, buena capacidad de coloración y excelente flexibilidad. Además de la descomposición biológica, este tipo ofrece superficies muy suaves y brillantes, que resultan especialmente apropiadas para el empaque de cosméticos.

Bioplásticos para aplicaciones “high-end”

Lanxess ha iniciado la producción de PBT biobasado, a partir de 1,4-butandiol (BDO), que se produjo con tecnología de la empresa estadounidense Genomatica. El proceso convierte azúcar a través de un proceso patentado de fermentación directa en el producto químico de uso industrial BDO. El PBT ha probado cumplir los requerimientos de producto y los estándares de calidad del PBT convencional, basado 100% en fuentes petroquímicas. La planta que producirá el PBT biobasado se ubica en Hamm Uentrop y tiene una capacidad anual de 80 mil toneladas y hace parte de un Joint Venture, del cual Lanxess tiene el 50%. 

 “Para nosotros tiene un significado muy importante poder reemplazar BDO basado en fuentes petroquímicas por el BDO biobasado producido por Genomatica. Es una señal importante al mercado. Porque así nos acercamos con un gran paso hacia nuestros planes de ofrecer en el futuro nuestro polímero de alta tecnología Pocan también a partir de materiales biobasados”, aclara Hartwig Meier, director de producto y desarrollo de aplicación de la Unidad de Negocios de Materiales de Alto Desempeño de Lanxess. “Los PBT biobasados tienen las mismas propiedades que sus contrapartes petroquímicas. Por tanto se pueden emplear directamente en campos de aplicación establecidos, como la industria automotriz o la de eléctrica/electrónica”, añade Meier.

Barlog plastics GmbH ofrece una nueva línea para aplicaciones en electrónicos de entretenimiento y aparatos para comunicación en oficinas, como carcasas de computadores y teclados. Se trata de los Kebacomp, biopolímeros para inyección, que de acuerdo con el fabricante están producidos en más de 99% a partir de materiales renovables y que tendrían un desempeño mecánico y una resistencia química comparables con las de resinas de ingeniería convencionales. Las resinas además pueden inscribirse con láser.

Bio-resinas de ingeniería ahora también bio-reforzadas

Para incrementar la resistencia mecánica de bioplásticos generalmente se añaden fibras de refuerzo. Si se añaden, por ejemplo, fibras de vidrio, el porcentaje de material biobasado del compuesto disminuye y con esto también el beneficio medioambiental. Si se usan fibras naturales hasta ahora no se logra el mismo desempeño, y en ocasiones se tiene el problema adicional de que las fibras se descomponen y generan olores indeseados.

Evonik presenta una nueva resina a base de poliamida biobasada de alto desempeño, reforzada con una fibra también biobasada. Bajo el nombre Vestamid Terra, el nuevo compuestos está basado en dos tipos de la familia Vestamid Terra componiendo la matriz: el Terra HS y el Terra DS, ganados en forma parcial o total a partir de aceite de ricino. El refuerzo se hace con fibras de viscosa, o rayón (también conocido como celulosa sintética), que se obtienen a partir de derivados de madera. De acuerdo con el proveedor, el contenido de material biobasado se encuentra entre 67 y 100%, y se reducen hasta en 57% las emisiones de CO2.

En comparación con otro tipo de refuerzos naturales, el rayón ofrecería mejores propiedades de refuerzo y evitaría además la aparición de olores. Y según Evonik, cuando se le compara con fibras minerales, dependiendo del porcentaje de refuerzo es posible obtener hasta 10% en reducción de densidad del compuesto con el mismo desempeño en resistencia, debido a que el rayón tiene menos densidad que fibras minerales.

Ácido succínico biobasado cuenta con grandes aliados

Se espera que la demanda de ácido succínico se incremente en los años venideros, ante todo jalonada por la producción de bioplásticos, productos químicos intermedios, solventes, poliuretanos y plastificantes. Entre los productos finales se cuentan zapatos, empaques y colorantes.

BASF y Purac anunciaron un nuevo joint venture para la producción de ácido succínico. La cooperación, que inició en 2009 con trabajos de investigación, ha generado un proceso de producción sostenible y productivo, basado en microorganismos propietarios llamados Bacterium Basfia Succiniciproducens. Para el final de 2013 se espera que entre en producción una unidad de ácido succínico en Montmelo, cerca a Barcelona, con capacidad de 10 mil toneladas anuales. La siguiente planta está prevista para una producción de 50 mil toneladas por año.

Por otro lado, DSM y Roquette constituyeron el Joint Venture llamado Reverdia, que en la ciudad italiana de Cassano Spinola está produciendo Biosuccinium. El ácido succínico se produce en este caso a partir de la fermentación de levadura y la producción actual es de 10.000 toneladas anuales.

Una nueva resina como alternativa al PET

La empresa proveedora de productos químicos renovables Avantium está trabajando junto con la empresa austriaca de empaques Alpla Werke Alwin Lehner GmbH para producir botellas basadas en polietileno-furanoato (PEF), una alternativa bio-basada para reemplazar al PET. Alpla utilizara el PEF para producir botellas de envases en los campos de cuidado personal y cuidado del hogar. Además trabajará en el desarrollo de envases para el envasado de bebidas alcohólicas y cerveza.

Una de las características más relevantes del PEF es que tiene  mejores propiedades de barrera que el PET: 10% más barrera al oxígeno y 4% más barrera al dióxido de carbono. Adicionalmente el material tiene otros beneficios de desempeño, como una temperatura de transición vítrea mayor, que lo hace apto para aplicaciones de llenado en caliente. En análisis de ciclo de vida, se ha estimado un 70% de reducción en energías de fuentes no renovables y en la huella de carbono, si se le compara con el PET.

Alpla ha trabajado ya con Coca-Cola y Danone en la producción de empaques biobasados. Entre ellos se destaca ante todo la botella de Coca-Cola Plant Bottle, actualmente utilizada ampliamente en el mercado europeo. Los planes de las empresas se enfocan en tener botellas 100% de PEF en el mercado para 2016.

El PEF es un poliéster 100% bio-basado y reciclable, desarrollado para reemplazar materiales basados en el petróleo como el PET. El material se desarrolla con la tecnología de catálisis YXY de Avantium, que convierte carbohidratos de las plantas en bloques químicos para la conformación de bioplásticos.

Avantium produce el PEF actualmente en una planta piloto en Geerlen, Holanda. La empresa espera abrir una planta comercial de 50 mil toneladas para el 2016, con lo que se podría lograr un lanzamiento comercial a mayor escala. Se espera que la entrada en producción a escala industrial permita producir el material al mismo costo que el PET.