Bioplastiko

Bioplastikoa plastiko mota bat da, baina landareetatik eratortzen dena; hala nola, soja oliotik, artotik edo patataren almidoitik. Ohiko plastikoak (polietileno, polipropileno, ABS, PET, besteak beste), ostera, petroliotik sintetizatzen ditu industria petrokimikoak. Aitzitik, industriaren zati batzuk alternatibak bilatzera eraman ditu hainbat arrazoik; hala nola, erregai fosil horren ezaugarriak, degradazio naturalarekiko duen erresistentziak eta, lehenago edo beranduago, agortu egingo den iturria izateak. Itxaropen gehien eskaintzen duen alternatiba da azido polilaktikoa artoarekin sintetizatzea; hala ere, honek ezaugarri mekaniko eskasa du. Izan ere, bere kostua askoz handiagoa da jatorri fosileko plastikoekin alderatuta, eta ezin da birziklatu. Hala ere, badira materia organikoz eraturiko bioplastikoak prozesu biologikoek degrada ezin ditzaketenak; baita prozesu biologikoen bitartez degradagarriak diren materia ez-organikoz osaturiko plastikoak ere.

Hainbat ikerketek irtenbide itxaropentsua eman dute Polietilenozko Terefelatoa edo PET plastikoa biologikoki erabiliz degradatzeko. . Izan ere, mikroorganismoak plastikoak kolonizatzeko gai dira, hots, hauen gainazalera atxikitzeko eta, ondoren, entzima hidrolitikoen bidezko degradazioa burutu dezakete, makropolimeroak oligopolimerotan edota monomerotan bilakatuz. Orokorrean, polimeroen biodegradazioa bi motako entzimen aktibitateari esker gerta daiteke, depolimerasa extrazelularrak eta intrazelularrak, esate baterako, laktasak, hidrolasak, esterasak eta deshidrogenasak.

Plastikoak eragiten dituen arazoak 
Plastiko konbentzionala botatzean ingurunean geratzen da mendeetan zehar eta kasu askotan ezinezkoa da biltzea. Honek hainbat kalte eragiten ditu; hala nola, estolderiak eta hustubideak trabatzea, lurreko, erreketako eta itsasoko animaliak hiltzea edota kaleak, hondartzak eta paisaiak desitxuratzea.

Hondakin plastikoak kudeatzeko XXI. mendeko praktiken artean errausketa, zabortegia eta birziklatzea daude. Hala ere:

 Erraustegien edukiera ez da nahikoa.
 Haien praktikan sortutako gasen isuria oso kutsakorra da.
 Osasun krisia sortzen ari da biltegien saturazioa dela eta.
 Birziklatzeak, hondakinen kudeaketan zeregin garrantzitsua betetzen duen arren, inoiz ez du lortuko ekoizten diren plastikozko hondakin guztiak kudeatzea eta, gainera, kostua ehuneko altu batean handitzen duen hondakinen kudeaketa osagarria eskatzen du horrek.

Degradazioaren prozesu orokorra 
Biodegradazioa hainbat mikroorganismoek, hala nola, onddo eta bakterioak, burutzen duten deskonposizio-prozesuari deritzo. Prozesu honen bidez polimero naturalak (lignina, zelulosa…) zein polimero sintetikoak (polietilenoa, poliestirenoa…) degradatzen dira.  Hala ere, mikroorganismoen ezaugarrien araberako prozesua da.

Edozein elementu degradatzeko prozesuan, bi degradazio-mota bereizten dira: degradazio primarioa eta bukaerako degradazioa. Degradazio primarioan, mikroorganismoek konposatuen eraldaketa biokimikoak burutzen dituzte. Bukaerako degradazioan, ordea, mikrobioaren biomasan mineralizatu edo eransten da.
 

Hala ere, plastiko bat biodegradagarria izan dadin, haren osagai nagusia diren polimeroen kateak malguak eta estereo konfigurazioa izan behar dute, entzimaren gune aktiboan sartzeko. Hortaz gain, pisu molekularrak eta haren balantzeak zein hidrofobizitateak, materialaren degradazio ahalmenean eragiten dute. Ingurunea ere garrantzi handikoa da degradatzerako orduan, honetako faktore biotiko eta abiotikoen kontzentrazio eta multzoak baldintzatzen duelako prozesuaren abiadura. Bioplastikoen degradazioa, orokorrean, bitan bana daiteke gertatzen diren baldintza oxigenikoen arabera:

Hortaz gain, plastikoak osatzen dituzten polimeroen deskonposaketaren ordenak garrantzi handia dauka. Izan ere, polimero bakoitza baldintza ezberdinetan degradatzen da. Degradatzeko errazenetik konplexuenera, ondorengo ordena jarraitzen du:

Degradatzeko prozesu biologikoak

Konpostajea 
Konpostajea ingurune aerobikoan materia organikoaren deskonposizio eraenduari deritzo; bakterio, aktinomizeto eta onddoek burutzen dutena. Prozesuaren ondorioz CO2, H2O eta beroa askatu zein landareentzako erabilgarri diren mineral, biomasa eta hummus-a eratzen dira.

Konpostajearen etxeko prozedura eta prozesu industrialaren arteko ezberdintasun garrantzitsuena degradazio osorako beharrezko denbora da. Izan ere, industrietan erabilitako tenperatura altuen ondorioz, erreakzioen abiadura azkartzen da. Hortaz gain, plastiko konpostagarriek plastiko biodegradagarrien azpikategoria bat osatzen dute, besteekin alderatuz deskonposizio-abiadura azkarragoak baitituzte.

Degradazio anaerobikoa 
Degradazio anaerobikoa prozesu biokimiko bat da, zeinetan ingurune ezberdinetatik lorturiko materia organikoa biogas, biosolido eta disolbaturiko materia organikoa sortzeko erabiltzen den. Lau urratsetako prozesua da: hidrolisia, azidogenesia, azetogenesia eta metanogenesia.

Metabolito erabilgarriak lortzeko burutzen den hidrolisiak bi fase dauzka: entzima polimeroari atxikitzea eta pisu molekular gutxiko konposatuen lorpena. Lortutako ekoizkinen artean glukosa, kate luzeko gantz-azidoak eta aminoazidoak daude. Hala ere, badira konposatu batzuk degradatzeko zailagoak direnak, hala nola, zelulosa edo lignina, hauen egitura konplexuen ondorioz.

Ondoren, azidogenesia gertatzen da, zeinean hidrolisiko ekoizkinen xurgapenaren bidez, mikroorganismo azidogenikoek gantz-azido erdi-iragazkorrak eratzen dituzten. Azetogenesian, gantz-azidoak azetato, hidrogeno eta karbono dioxidora eraldatzen dira. Azkenik, metanogenesian ekoizkinak metano bilakatzen dituzte.

Organismo biodegradatzaileak 
Organismo biodegradatzaileen biodibertsitatea ingurunearen menpekoa da.

Mikroalgak 
Algek, batez ere mikroalgek, plastikoak degrada ditzakete sintetizatutako toxina edo entzimen bidez, polimero plastikoak karbono iturri gisa erabiltzen dituzten bitartean. Mikroalgak degradaziorako hautagai potentzialak dira bakterio degradatzaileekin alderatuta. Izan ere, mikroalgek ez bezala, bakterioek kutsatzaile biologikotzat hartzen dira endotoxinak ekoizten baitituzte.

Kutsatzaile biologikotzat har daitezkeen bakterio-sistemekin alderatuz endotoxinak direla eta, eta hazteko karbono-iturri aberatsa behar denez, mikroalgak hautagai potentzialak dira, ez baitute endotoxinarik, eta karbono-iturri organikorik ez da behar baldintza fotoautotrofoetan. Hortaz gain, biodegradazioa abiaraziko dute entzima ligninolitiko eta exopolisakaridoen bidez, eta sorturiko polimeroak algek erabiltzen dituzte karbono iturri gisa.

Wen Yi eta kolaboratzaileek  burututako ikerketan, alga urdin-berdea (Cyanobacterium phyluma), Anabaena spiroides, LDPE (dentsitate baxuko polietilenoa) degradatzeko gaitasun handiena aurkeztu zuen (% 8,18). Hortaz gain, beste mikroalga batzuk ere, Navicula pupula diatomeoa (% 4,44) eta Scenedesmus dimorphus alga berdea (% 3,74) kasu, degradatzeko gaitasuna aurkeztu zuten. Bestalde, Sarmah eta Rout-en ikerketak ur gezako zianobakterio batzuk (Phormidium lucidum eta Oscillatoria subbrevis, hain zuzen) LDPE-aren biodegradaziorako interesgarriak izan daitezkeela adierazi zuten.

Horrez gain, mikroalgak genetikoki eralda daitezke entzima degradatzaileak sortu eta jariatzeko. Adibidez, Kim eta kolaboratzaileek  frogatu zutenez, Chlamydomonas reinhardtii mikroalga berdea PETasa entzima adierazteko genetikoki eraldatu ondoren, PET plastikoen gainazaletan zuloak sortzeko ahalmena aurkeztu zuen.

Onddoak 
Onddoek ere plastikoak degrada ditzakete, bereziki hurrengo genero hauek: Sporotrichum, Talaromyces, Phanerochaete, Ganoderma, Thermoascus, Paecilomyces, Thermomyces,  Geotrichum, Cladosporium, Phlebia, Trametes, Candida, Penicillium, Chaetomium eta Aerobasidium. Lehendabizi, plastikoen gainazalean atxikitzeko hidrofobina izeneko proteina jariatzen dute. Aipatutako mikroorganismoak hainbat inguruneetatik isolatu daitezke.

Onddoen agerpena degradazio zaileko bioplastikoen konpostajerako garrantzi handikoak diren arren, soilik lurzoru eta konpostean ageri dira. Hortaz gain, hirialdeetako plastiko hondarren degradazioa aztertzeko egindako ikerketa batean, Trichoderma viride espeziea isolatu zen, zeinak lurzoruko plastikoetatik zelulosa ekoizten zuen.

Halere, plastikoen degradaziorako gehien erabilitako onddoak Aspergillus generokoak dira, hainbat mota ezberdinetako plastikoak degradatzen dituztelarik. Izan ere, dentsitate baxuko polietilenoa edo LPDE degradatzeko ahalmena dute, baita beste motatako polietilenoak ere. Polietilenoen degradazioa garrantzi handikoa bilakatu da azken mendeetan zehar, plastiko-mota erabilienetarikoa baita.

Bakterioak 
Hainbat bakterio plastikoak degradatzeko gai dira, adibide batzuk aipatzekotan, PLA (poliazido laktikoa) plastiko mota: Bacillus sp., Pseudomonas sp., P. geniculate, Pseudonocardia sp. eta Serratia espezieak; PET plastikoa: Ideonella sakaiensis. Hala ere, hauek ekoizten dituzten substantzia degradatzaileak ingumen ezberdinekiko sentikortasun ezberdinak dituzte. Beraz, batzuk besteak baino egonkorragoak dira. Adibide gisa I. sakaiensis kasua aipatu daiteke, zeinaren PETasa entzima degradatzaileak ez den ongi egokitzen hondakin plastiko gehien pilatzen diren itsas-ingurunetara.

Era berean, Actinomyces generoa arrakastatsu suertatu zen, haren degradazio-ahalmen handiaren ondorioz. Izan ere, ia %50eko biodegradazio-maila dauka polietileno gehienen kasuan. Hortaz gain, Brevibacillus borstelensis bakterio termofiloa lurzorutik isolatu eta dentsitate baxuko poliestilenoaren degradazioa burutu dezakeela behatu da bakterio honen karbono-iturri gisa bezala erabilita.

Bioplastikoak eta garapen jasangarria 
Plastiko konbentzionalaren arazo nagusietako bat fabrikatzearen ondorioz sortzen diren berotegi efektuen igorpenak dira. Bioplastikoak petroliotik eratorritako plastikoak baino 0,8 eta 3,2 tona karbono dioxido gutxiago isurtzen du tonako.

Plastikoak ekoizteko laborantzak erabiltzea eztabaidagarria da, izan ere, gosetearen tasak murrizteak kezka handiagoa du bioplastikoen ekoizpenak baino. Lehengai berriztagarrietatik plastikoa lortzeak, ez du esan nahi hobekuntza sozialak dituenik, izan ere horrek ez ditu praktika iraunkorrak ziurtatzen, ezta plastikoa biodegradagarria denik edo bere ekoizpena eta erabilera bideragarria izan daitekeenik ere.

Gainera, bioplastiko batzuk plastiko biodegradagarriak dira, hala nola PLA (Dow Chemical-ek patentatutako azido polilaktikoa eta Nature works-eri emandakoa), PSM (Plastarch Material) eta PHB (Poly-3-hydroxybutyrate); eta hondakin organiko gisa bota daitezke. Biodegradagarriak ez diren bioplastikoak ere badaude, hala nola Chitrin, PA-11 (poliamida 11) edo % 100ean azukre kanaberaren etanoletik lortutako polietilenoa.

Petroliotik eratorritako plastikoetarako teknologia oxobiodegradagarria dago. Metal astunen gatz zati txiki bat plastikoari gehitzen zaio, polimero kateak 3 edo 5 urte igarota desegin daitezen, plastiko konbentzionalak behar dituen ehun urte baino gehiagoren ordez. Hala ere, plastikozko zatiek plastiko osoak baino urrunago eta azkarrago migra dezaketela detektatu denetik erabilera gutxitzen joan da eta tamaina txikiagoa duenez, animalia gehiagok irenstea errazagoa da, horrela plastikoa elikagaien kate eta sareetan sartzen da.

Plastikozko materialak ingurumenera modu bizkorrean berriro sartzea bermatzeko degradazioaren aldeko teknologiak sortu dira, plastikozko produktuak mikrobioen bidez jarduten duten zabortegira botatzen direnean, biogasa eta biomasa azpiproduktu gisa sortzen dituen substratu gisa erabiltzen dituenak. Biogasa energia berreskuratzeko erabili behar da eta CO2 bezalako azpiproduktuak zuhaitzek eta mikroalgek fotosintesi prozesuan erabil ditzakete. Gehigarri berri hauek plastikoa birziklatzea uzten dute, propietate mekanikoak galtzen ez dituelako; airearekin, argiarekin edo beroarekin kontaktuan ez baita desegiten eta zabortegietan gertatzen diren mikroorganismo anaerobikoen eraginez soilik hasiko da plastikoaren biodegradazioa.

Ekoizpena 
Ekoizpena nahiko mugatua da eta prezioa oraindik ez da lehiakorra, baina hori azkar alda daiteke, petrolioaren prezioen igoera eta landare plastikoen alorreko azken garapenak kontuan hartuta, gogortasunaren eta beroarekiko erresistentziaren ezaugarriak polietilenoaren ezaugarrietatik gero eta gertuago baitaude.

Garapenak 
2004an NECek azido polilaktikoan oinarritutako landare plastiko bat garatu zuen, suaren aurkako erresistentzia handia zuena eta halogenoak edo fosforoaren deribatuak bezalako osagai kimiko toxikorik behar ez zuena.

2005ean Japonian Fujitsu bezalako enpresak ordenagailu eramangarri batzuen fabrikazioan bioplastikoak sartzen hasi ziren.

2005 eta 2006 artean Blu-ray diskoen hainbat modelo aurkeztu ziren bioplastikoz egindako formatu digitalean.

Erronkak 
Plastiko mota hauen propietate mekanikoak, optikoak eta bestelakoak hobetzea, hauetan eskasak baitira eta ohiko plastikoen aurka ezin baitute lehiatu. Ezin dira birziklatu, beraz, ekoizten direnean, berehala sortzen dira hondakin produktuak, berrerabili edo birziklatzeko aukerarik izan gabe. Gainera, zaharkitze programatua dute, hondakinak sortu, kudeatu eta ezabatzeak eragindako arazoak konpontzen laguntzen ez duena, ezta ekosistemetan eta floran eta faunan sor ditzaketen kalteak ere.

Erreferentziak

Ikus, gainera 
 Biodegradagarritasun

Kanpo estekak 

Plastikoak
Polimeroen kimika
Kimika organikoa
Bioteknologia
Produktu bioteknologikoak
Hondakin biodegradagarrien kudeaketa