CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN QUÍMICA APLICADA - - - VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLASTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLOGICA CASO DE ESTUDIO PRESENTADO COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO DE: ESPECIALIZACIÓN EN QUÍMICA APLICADA OPCIÓN: AGROPLASTICULTURA PRESENTA: Ing. Gorgonio López Tolentino CEWTRC) DE INFORMACióli . 1 2 NOV 201 R ECIBmQ' SALTILLO, COAHUILA SEPTIEMBRE DE 2012
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ciqa.repositorioinstitucional.mx · Polímeros Naturales Biológica o Químicamente Modificados ..... . ..... 54 Acetato de Celulosa (CA)..... 56 Especialización en Química Aplicada
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CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN QUÍMICA APLICADA
- - -
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLASTICOS DEGRADABLES
PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O
ECOLOGICA
CASO DE ESTUDIO
PRESENTADO COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO DE:
ESPECIALIZACIÓN EN QUÍMICA APLICADA
OPCIÓN: AGROPLASTICULTURA
PRESENTA:
Ing. Gorgonio López Tolentino
CEWTRC) DE INFORMACióli.
1 2 NOV 201
R ECIBmQ'
SALTILLO, COAHUILA
SEPTIEMBRE DE 2012
CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN QUÍMICA APLICADA
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLASTICOS DEGRADABLES
PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O
ECOLOGICA
CASO DE ESTUDIO
PRESENTADO COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO DE:
ESPECIALIZACIÓN EN QUÍMICA APLICADA
OPCIÓN: AGROPLASTICULTURA
PRESENTA:
¡ng. Gorgonio López Tolentino
Ó t UWUO
12 NOV L3IZ
R ECIBQ
SALTILLO, COAHUILA SEPTIEMBRE DE 2012
CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN QUÍMICA APLICADA
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLASTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O
ECOLOGICA
CASO DE ESTUDIO
PRESENTADO COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO DE:
ESPECIALIZACIÓN EN QUÍMICA APLICADA
OPCIÓN: AGROPLASTICULTURA
PRESENTA:
Ing. Gorgonio López Tolentino
/,a - M.C. Adrián Méndez Prieto
EVALUADORES:
M.C. Juanita
CINTRO O ÇORMACIÓ
12 NOV 2OL
ZECIB4flO
SALTILLO, COAHUILA SEPTIEMBRE DE 2012
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Polietileno Modificado con Aditivos ......................... . ...................... 67
Ventajas de los Polímeros Degradables.......................................... 68
V. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO SOBRE EL TEMA............ 71
VI. AREAS DE OPORTUNIDAD....................................................................... 83
VII. CONCLUSIONES................................................................................ 86
VIII. LITERATURA REVISADA .................................... . ............................. . ..... 87
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INDICE DE CUADROS Pagina
Cuadro 1. Polímeros sintéticos más utilizados en la agricultura y sus aplicaciones.............. . ........................ . ............................ 17
Cuadro 2. Estimaciones de consumo de plástico para producción agrícola, entoneladas ...................... . ........................ . ............. .. 18
Cuadro 3. Afiliados a la IFOAM según región continental (2002)............ 23
Cuadro 5 Destino de la producción agroecológica en el año (2000).......... 25
Cuadro 6. Diferentes plásticos degradables y sus aplicaciones................. 29
Cuadro 7. Diferentes formas de degradación, el agente causante, el efecto y los productos de la degradación........................................ 30
Cuadro 8. Diferentes microorganismos involucrados en la biodegradación de polímeros naturales, sintéticos y degradación del almidón en mezclas poliméricas sintéticas.......................................... 45
Cuadro 9. Plásticos de acolchado evaluados....................................... 74
Cuadro 10. Temperatura (°C) media del suelo a una profundidad de 5 cm 80
Cuadro 11. Rendimiento promedio de maíz y algodón............................ 81
Cuadro 12. Las tasas de degradación de las películas de PE enterradas en el suelo............................... . ............... . ................. . ...... 81
Cuadro 13. Estimaciones de consumo de plástico para producción agrícola en diferentes áreas, en toneladas....................................... 84
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¡jj
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INDICE DE FIGURAS
Pagina
Figura 1. Instalación mecánica de acolchado plástico sobre el surco para cultivo de papayo .................................................. . ...... 06
Figura 2. Cubierta flotante de polipropileno utilizada para protección inicial del cultivo.......................................................... 07
Figura 3. Aplicación de microtúneles de polietileno para protección del cultivo...................................................................... 07
Figura 4. Aplicación de plástico de polietileno en invernaderos para protección de cultivos..................................................... 08
Figura S. Aplicación del plástico en el sistema de riego por goteo en la agricultura............................................. .. .................. 09
Figura 6. Aplicación del plástico en la hidroponía como depósito de agua............................................. . ......... . ................ 09
Figura 7. Geomembranas aplicados a pozos captadores de agua para riego oganado.................................................................. 10
Figura 8. Aplicación de las mallas para reducción de radiación en los cultivos........................................ . ............................ 10
Figura 9. Ensilado de forraje para alimentación del ganado en tiempos de sequía....................... . ...................................... . ........ 11
Figura 10. Almacenamiento de forraje fermentado para alimentar ganado en épocas de sequía.......................................................... 11
Figura 11. Bolsas de malla de diferentes colores para empaque de productos agrícolas............ . ......... . ............................................ 12
Figura 12. Bolsa plástica de polietileno para envasado de verduras............ 13
Figura 13. Empaque de plástico rígido de polietileno para empaque de ensaladas............ . ................ . .................. .. ................ . 13
Figura 14. Empaques de plástico rígido para frutos pequeños y suaves 14
Figura 15. Bolsa orgánica para el empaque prematuro de banano.............. 14
Figura 16. Plástico orgánico a base de almidón para el empaque de banano deexportación............................................................ 15
Figura 17. Residuos plásticos y vegetales generados de invernadero y acumulados en terrenos baldíos........................................ 16
Figura 18. Acumulación de residuos plásticos agrícolas en los campos agrícolas.................................... . ......... .... ............. ... 16
Figura 19. Incineración de residuos plásticos generados por la agricultura 16
Figura 20. Agricultura ecológica con rotación de cultivos....................... 22
Figura 21. Porcentaje de afiliados por región a la IFOAM (2012)...................................................................................24
Figura 22. Espectro de radiación electromagnético ............ . .................. 34
Figura 23. Escisión o ruptura al azar a lo largo de la cadena polimérica del poliestireno......................... .....................................37
Figura 24 Mecanismo de la biodegradación por mi ..
croorganismos bajo
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Figura 32. SOLP G-80 (Parte expuesta) ......................................... ... 76
Figura 33. SOLP G-80 (Parte cubierta)............................................. 76
Figura 34. BARB LN-1 (Parte expuesta).......................................... 76
Figura 35. BARB LN-1 (Parte cubierta) ....................... . .................... 76
Figura 36. Porcentaje de biodegradación de almidón plastificado con glicerina.................................................................... 77
Figura 37. Empaque de plástico natural a base de almidón para el empaque debanano.................................................................. 78
Figura 38. Empaque de polietileno convencional para el empaque de banano................................................................ . .... 78
Figura 39. Resultados por el uso de empaque con polietileno convencional 78
Figura 40. Aplicación de acolchado y microtúnel en cultivo protegido de fresa............................................... . ........................ 80
Figura 41 Instalación interior de la recicladora de plástico TYRMA......... 82
Figura 42. Instalación interior de equipo y maquinaria de la recicladora de plástico TYRMA .............................. . .......................... 82
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DEDICATORIA
Dedico este trabajo a Dios, por permitirme realizarlo y por poner en mi camino a personas que
contribuyeron de manera directa en la perfección del documento, aprovechando también para
pedirle que siga cuidando mi camino y me guíe por el sendero más correcto. GRACIAS
DIOS
A mi madre Adela Tolentino San Agustín, que en estos momentos no puede estar conmigo
por la distancia que nos separa, pero le dedico este trabajo con todo cariño. A mi papá
Guillermo López González, que ya no está conmigo, pero que desde donde esta, él me esta
mirando.
A mi familia, a mi esposa Mayra Guadalupe Vázquez Gutiérrez, a mis hijos Goretti
Guadalupe y Diego Misael, les dedico este trabajo con todo mi amor y por todo el apoyo que
me brindaron.
A mis Hermanos Martha, Domingo y a todos los que ya no puedo ver
A mis suegros Ruperto Vázquez y Carmela Gutiérrez, por el apoyo de su parte, que de
alguna manera contribuyeron.
A mis amigos Aidé, Marcos, Habacuc, gracias.
A mis compañeros de la especialidad, Zoila, Nadia, Enrique, Eddy y Román.
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AGRADECIMIENTO
A CIQA (Centro de Investigación en Química Aplicada), por la estancia que me brindó,
por los conocimientos que obtuve en esta institución y por todo el apoyo que obtuve para
realizar este trabajo.
Al personal de posgrado, Dr. Luis Ernesto Elizalde, M.C. Gladys de los Santos, Nancy
Espinosa e Imelda, Gracias.
Al Dr. Ricardo Hugo Lira Saldivar, por su apoyo y colaboración para dirigir éste trabajo.
A mis evaluadores M.C. Juanita Flores Velásquez y M.C. Adrián Méndez, que se
empeñaron en perfeccionar este trabajo y por todo el apoyo que me brindaron
A mis profesores de la especialidad, Dr. Antonio Cárdenas, Dr. Luis Ibarra, Dr. Luis
Villarreal, Dr. Santiago Sánchez, M.C. Rosario Quezada, M.C. Juanita Flores, M.C.
Eduardo Treviflo e Ing. Felipe Hernández.
i.
II
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INTRODUCCION
El uso de plásticos sintéticos se ha extendido ampliamente en el mercado, debido a sus
propiedades consistentes en peso ligero, hidrofobicidad, estabilidad química, resistencia
especial a los químicos corrosivos y al deterioro biológico. Esto lo caracteriza de ser
difícilmente degradables y permanecer durante siglos en la naturaleza. De todos los sectores
de aplicación de los materiales plásticos, el 60% representa los que desechan en corto tiempo
debido a esto en los últimos diez años se ha puesto gran interés en el desarrollo de nuevos
plásticos degradables que posean propiedades comparables con estos polímetros a un costo
equivalente (Odusanya et al., 2000) para evitar la acumulación de materiales sólidos en el
medio ambiente.
Desde el punto de vista económico y social, uno de los problemas más fuertes e
importantes a que se enfrenta México es llevar a cabo las actividades agrícolas, provocado en
gran parte por las condiciones climáticas tan variables que imperan en el país. La variación en
la distribución de las lluvias y las temperaturas producen una gran diversidad de climas. En las
regiones áridas la precipitación es escasa o nula por lo que es necesario cambiar los patrones
de cultivos utilizando cultivares resistentes a la sequía y mejorando las prácticas de riego
como: Precisión en la aplicación y cantidad para otorgar a la planta la cantidad de agua que
necesita y en el momento adecuado para hacer el uso eficiente de este recurso, (Morán et al.,
2005).
El plástico es una herramienta agrícola en permanente evolución constituyendo uno de
los elementos que contribuye a impulsar el rendimiento de la agricultura moderna.
El uso de plásticos en agricultura responde a la necesidad de lograr incrementos en
calidad y cantidad en la producción agrícola. Su uso favorece una disminución del consumo de
agua y consigue un microclima en la zona de crecimiento de las plantas, con lo que se
incrementa la productividad. Además, posee una ventaja clave respecto a otros materiales por
su peso, esta baja densidad favorece su manejo, colocación y transporte. Las principales
aplicaciones del sector son los invernaderos, túneles, acolchados, mallas de sombreo, tuberías
de riego por goteo, bolsas para cultivos hidropónicos y plásticos foto selectivos para control de
plagas y enfermedades. El material que goza de mayor demanda es el polietileno de baja
densidad (PEBD) (Robles et al., 2005).
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Sin embargo, uno de los principales problemas que afectan al medio ambiente ha sido
el incremento en el uso de los materiales plásticos y sus desechos. Si se considera que a nivel
mundial se cultivan en aproximadamente 780,000 hectáreas (ha) de invernaderos y túneles, de
los cuales 138,000corresponden a Asia, 95,000 a la Cuenca Mediterránea y 15,600 en el
Continente Americano (Ambiente Plástico, s/f) y que se calcula que para túneles altos se
utiliza un promedio de 2,250 kgha-1 de plástico y para invernaderos de 3 a 4,000 kg•ha-1,
con una vida útil de 2.5 a 3 años, se tendría un desecho anual de plástico de 902 y 1,500
kg'ha-1 para túneles altos e invernaderos, eso sin contar con los desechos de acolchado
plástico, malla sombra, bolsa para cultivo sin suelo, rafia para tutoreo y cintilla de riego, entre
otros. Esto nos da una idea del nivel de desechos plásticos agrícolas y que actualmente a la
mayoría de ellos no se les da ningún tratamiento, reciclado o uso para generación de energía
ya que para deshacerse de ellos los queman o los confinan en el suelo, representando un
problema ambiental ya que una vez cumplida su misión hay que retirar miles de kilómetros
cuadrados de plástico sucio, además de contaminado con residuos de los agroquímicos
utilizados en el control fitosanitario de los cultivos, lo que representa un problema para su
reciclado (Reyes, 2008).
Otra solución a la problemática generada por el uso indiscriminado de plásticos
sintéticos y su persistencia en el ambiente ha estimulado la investigación para el desarrollo de
nuevos materiales y métodos de producción que permitan generar plásticos que presenten las
mismas propiedades pero que tengan un periodo de degradación más corto. Se han
desarrollado cuatro tipos de plásticos degradables: los fotodegradables, los biodegradables, los
biodegradables sintéticos y los completamente biodegradables naturales (Segura et al., 2007).
Sin embargo, no en todas las técnicas de agrícolas que utilizan plásticos (películas para
acolchado, micro y macrotúneles, cubiertas flotantes e invernaderos) es deseable que sean
degradables para evitar la acumulación de residuos plásticos, es por eso que los objetivos de
este trabajo son:
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OBJETIVOS
Generar información para los productores sobre las ventajas y desventajas de utilizar
plásticos degradables, para que sean aplicados a los sistemas de producción obteniendo
los mismos efectos que los plásticos convencionales como: Incremento en el
rendimiento, precocidad, resistencia mecánica y más características que proporcionan
los plásticos sintéticos.
Recopilar información sobre la situación actual del uso indiscriminado de plásticos, de
los problemas que se están causando a la biodiversidad y analizar de que manera
podemos contribuir a la disminución de estos daños mediante la utilización de
materiales que puedan ser regresados al suelo, que puedan ser utilizados por los
microorganismos y estos a la vez contribuyan a mejoramiento de los suelos.
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REVISION BIBIOGRAFICA
Plásticos
La palabra plástico se refiere a ciertos tipos de materiales sintéticos obtenidos mediante
fenómenos de polimerización o multiplicación artificial de los átomos de carbono en largas
cadenas moleculares de compuestos orgánicos. En general, son derivados del petróleo, aunque
algunos se pueden obtener a partir de otras sustancias naturales (Segura et al., 2007).
Inicialmente el término plástico hacía referencia a la propiedad de la arcilla de poder
ser moldeada, aunque en realidad, se hace referencia a que un polímero también es un plástico:
ciertos materiales sintéticos que pueden moldearse fácilmente y en cuya composición entran
principalmente derivados de la celulosa, proteínas y resinas (Flores 2009). Por su parte,
Montelongo y Valdez (2010) mencionan que el término plástico en su significación más
general, se aplica a las sustancias de distintas estructuras y naturalezas que careceñ de un
punto fijo de ebullición y poseen durante un intervalo de temperaturas propiedades de
elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y
aplicaciones.
Los plásticos están constituidos por macromoléculas llamadas polímeros, cuya base
son unidades más pequeñas llamadas monómeros unidas entre sí (Chandra y Rustgi, 1998).
Clasificación de los Plásticos
La mayoría de los plásticos proceden de productos obtenidos del petróleo y en menor
medida de derivados del carbón y la celulosa de las plantas, de manera que se pueden
clasificar de diferentes maneras: Según el origen del monómero, por su comportamiento frente
al calor, la reacción de síntesis, según su estructura molecular y en elastómeros o cauchos
Según su Origen
Con base a lo reportado por Escudero (2011) los polímeros se clasifican de acuerdo a
su origen en naturales, semisinteticos y sintéticos.
/ Polímeros Naturales: Son polímeros cuyos monómeros son derivados de productos de
origen natural como la celulosa, el caucho, las caseínas, etc. Algunos ejemplos son
celuloide, celofán, madera, goma.
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( Polímeros Semisintéticos: Se obtienen por la transformación química de los polímeros
naturales, sin destruir su naturaleza macromolecular como la seda artificial obtenida a
partir de la celulosa.
'7 Polímeros Sintéticos: Son aquellos que tienen origen en productos elaborados por el
hombre, derivado principalmente del petróleo, se obtienen por vía sintética, por al
menos dos métodos, el de adición y el de condensación a partir de sustancias de bajo
peso (Flores, 2009).
Según su Comportamiento Frente al Calor
Una de esas características de los polímeros, es de que si se eleva la temperatura del
material a un rango de entre 150 y 225°C, en promedio, se convierte en un material que puede
ser conformado o moldeable ya que se encuentra en un estado de plasticidad, sin embargo, hay
algunos materiales que una vez que han pasado por este proceso de calentamiento ya no es
posible volverlos a calentar. De esta característica tan importante de los polímeros podemos
obtener una nueva forma de clasificarlos:
De acuerdo a un reporte reciente de Escudero (2011) los polímeros se clasifican en
base a sus propiedades químicas.
'7 Termoestables: Son materiales que una vez que han sufrido el proceso de
calentamiento-fusión y formación-solidificación, se convierten en materiales rígidos
que no vuelven a fundirse. Generalmente para su obtención se parte de un aldehído.
(resinas fenólicas, úricas, melamínicas, de poliésteres, epóxido y poliuretano).
'7 Elastómeros: Son polímeros que pueden deformarse por un agente y al momento de
ausentarse ese agente deformador, el polímero puede volver a su estado normal. Se
caracterizan por su gran elasticidad, adherencia y baja dureza, estructuralmente son
intermedios entre los termoestables y los termoplásticos. Los elastómeros pueden ser
naturales (celuloide, celofán, galatita o cuero artificial, goma dura y esponjosa) o
sintéticos (caucho, neopreno, silicona).
'7 Termoplásticos: Estos polímeros tienen la facilidad para ser fundidos y por lo tanto
pueden ser moldeados con nuevas formas que se conservan al enfriarse debido a que
las moléculas están unidas por débiles fuerzas que se rompen con el calor
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Muchos de estos materiales pueden ser reciclados, sin embargo, este proceso produce
grandes cantidades de sustancias tóxicas que afectan notablemente el medio ambiente. Como
alternativa viable a esta problemática surgieron los plásticos biodegradables. En contraste con
los plásticos convencionales estos pueden ser producidos a partir de fuentes renovables de
energía como carbohidratos (Bello, 2009).
No todas las técnicas de agroplasticultura pueden utilizar plásticos degradables ya que
por ejemplo en las películas para cubierta de macrotúneles e invernaderos, lo que se requiere
es que su vida útil sea de al menos 3 afios y que sus propiedades físico mecánicas no cambien
durante este periodo, sin embargo los plásticos que se utilizan por un solo ciclo de cultivo,
entre los que se encuentran principalmente las películas para acolchado, microtúneles y
películas de empaque con ciertos usos específicos pudieran sustituirse por plásticos
degradables, así como también aquellos plásticos utilizados especialmente para aplicaciones
en la industria del envase y embalaje, sobre todo para los envases no recuperables (Bello,
2009).
Plásticos Convencionales
Los plásticos más utilizados en agricultura (Cuadro 1) según Gallego (2004) y Aamer y
colaboradores (2008) son los que a continuación se mencionan.
Cuadro 1. Polímeros sintéticos más utilizados en la agricultura y sus aplicaciones.
PLÁSTICO USO
F,tllen 4e pehft1a ngu1a para ln\ernaderos Anidad Polietileno de PcI iculas flux iblcs para invurnaderus, inicro y macrt tuneles, Baja Densidad acolu hados y mallas.
oruicf pVot ip wa In\ernaderos, Wheria' para pohvnuto s1s*1a" de rlegçl Polipropileno Principalmente en el uso de cubiertas flotantes y en la fabricación
de mallas para casa sombra v' rafia.
Polj*Inato
de cuhleftas pl 1tIc s para in ernaderos y algunas JJicciones corno eu u tura por sti rtsistenc1 i il iumpimiento
(Vona etal., 1965).
En México se utiliza principalmente polietileno de baja y alta densidad. Las cintas de
riego por goteo y los accesorios para riego ocupan el mayor volumen de plástico, seguido por
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el plástico para acolchado de suelos, y después el plástico para cubierta de invernadero
(Esperanza, 2010).
Situación Actual de¡ Plástico en la Agricultura Mundial
Se calcula que el consumo mundial de plástico utilizado para la agricultura se ha
duplicado pasando de 1'485,000 toneladas en 1985 a 2'847,000 toneladas en 1999 (Takakura
y Fang 2002).
El consumo de plásticos para la agricultura mundial ha aumentado en un 60% desde
1991, alcanzando un nivel de 2'847,000 toneladas, agregándole el consumo directo antes y
después de la producción (envasado, botellas) representa 3300,000 toneladas más, estimando
un consumo mundial de 6'347,000 ton con un costo aproximado de 12 a 13 billones de dólares
(Joüet, 2001), en tanto que para el atio 2005 el consumo de plásticos utilizados para la
producción agrícola ascendió a 3'366,300 toneladas métricas conjuntando las diferentes
técnicas de agroplasticultura (Cuadro 2), de las cuales se utilizaron para cubrir 14'000,000 ha
de acolchado, 4'270,000 ha con sistemas de micro irrigación, 945,000 ha con túneles bajos,
780,000 ha entre invernaderos y túneles altos, 110,000 ha con cubiertas flotantes, 550,000 ha
con ensilado y 26,250 ha con sistemas hidropónicos, en el caso de los cordeles de PP para
heno y paja, se consumieron 190,000 toneladas de plástico para su fabricación
Cuadro 2. Estimaciones de consumo de plástico para producción agrícola, en toneladas
El sector de alimentos ecológicos constituye una actividad comercial en aumento con
buenas perspectivas a largo plazo. A pesar de que se le ha dado mayor atención en el último
decenio, la agricultura ecológica solo ocupa una pequeña parte de las tierras agrícolas que es
aproximadamente un 2% en la unión Europea 0.1% en Estados Unidos y 1.34% en Canadá.
(Willer y Yussefi, 2003).
De acuerdo a datos de la International Federation of Organic Agriculture Movement
(IFOAM) en poco más de 100 países se practica la agricultura ecológica y 750 organizaciones
de productores están registrados. El mayor número de afiliados que representan el 45% del
total, se encuentran en Europa Occidental, seguido por Asia y Oceanía, la región que presenta
el menor número de afiliados es América Central-Sur con solo el 4% (IFOAM, 2002),
mientras que para el año 2011 se incrementó a 870 afiliados (IFOAM, 2012), tal y como se
muestra en el (Cuadro 3 y Figura 21 respectivamente).
Cuadro 3. Afiliados a la IFOAM según región continental (2002).
Región % de afiliados
Asia N, Oceanía
Africa 8
América Central-Sur 4
Especialización en Química Aplicada con opción en 23
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IFOAM AFFIUATES BY REGION
TiiI *» Affat.s (Mamber Msodiiu md $w*ø)
0ucmb.d 2011
Mrica
Aita - Euloge
Ladi Am&a
Noflh Amnc, Oceaaa
Figura 21. Porcentaje de afiliados por región a la IFOAM (2012).
Los principales mercados demandantes de productos orgánicos se encuentran en
Europa, Estados Unidos y Japón, países industrializados cuya población se caracteriza por su
alto nivel de ingresos, la demanda varia de acuerdo al país (Cuadro 4), así como las cifras en
dólares que indican el desarrollo de las ventas en estos países demandantes.
Cuadro 4. Mercado de productos ecológicos, adquisiciones realizadas 1997 y 2000.
País Ventas, 1997 Ventas, 2000 (millones de dólares) (millones de dólares)
1,1 2400
Italia 750 1050
Reino1indo 4 100 Francia 720 850
Sui - 470
Dinamarca 375
Austtia 275
Holanda Suecia - 200
Europa Occidental 1 335 500
øl111 4OQ 8000
Canadá --- 00
IZOO 20O
Australia 170 - 12
(Pérez 2004)(CIESTAAM, 2002).
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VENTA.!AS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACI JÓN N
La Agricultura Sustentable en México
El desarrollo de la agricultura sustentable en México inicio en la década de los 80'5
multiplicando la superficie constituyéndose en una opción económicamente viable para
muchos pequeños productores. Nuestro país más que consumidor, se ha convertido en
exportador de productos ecológicos generando en el año 2002 casi 140 millones de dólares en
divisas con un crecimiento anual del 42% siendo los estados de Chiapas, Sinaloa y Baja
California Sur quienes tienen una participación del 40%. El producto ecológico mas
importante en México, es el café orgánico que representa del 69% del total (70838 ha)
cultivados con productos orgánicos (Pérez, 2004).
De la producción ecológica de México, el 85% se destina a exportación, el resto se
vende en el mercado domestico principalmente como producto convencional, el destino de las
exportaciones de estos productos con Estados Unidos, Alemania, Holanda, Japón, Inglaterra y
Suiza (Cuadro 5). La comercialización de productos orgánicos o ecológicos implica
inspección y certificación de los métodos de producción empleados y es realizada por agencias
extranjeras de los países importadores. A nivel nacional hay 7 organizaciones de productores
orgánicos afiliados al IFOAM que son: Aires del campo, Sociedad Mexicana de Producción
Orgánica, A.C., (en el Distrito Federal), el Centro de Investigaciones Interdisciplinarias para el
Desarrollo Rural Integral (en Chapingo), Carnes Orgánicas de México, SA de CV. y Cultura
Orgánica Integral, SA de CV (en Nuevo León), así como Trees for People, SA de CV (en
Yucatán) (IFOAM, 2012).
Cuadro S. Destino de la producción agroecológica en el año (2000).
Producto Destino
Cie ETJ. Alcinaffia, Ho1nJa Suiza, lapnn It ilia, Pinarn itci Epan i Itali i y Autraa
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(CIESTAM, 2002).
Especialiración en Química Aplicada con opción en "AGROPLASTICULTURA" 25
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE OS PLÁT!COS pEGRADABLES PARA SU APUCACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLOGICA
Degradación del Plástico
Los plásticos convencionales se producen a partir de reservas fósiles de energía como el
petróleo. Estos polímeros perduran en la naturaleza por largos períodos de tiempo y por tanto
se acumulan, generando así grandes cantidades de residuos sólidos (Bello, 2009). Aunque no
se degradan debido a que sus moléculas son muy grandes y son hidrofóbicas, sus productos de
oxidación hidrofílicos mucho más pequeños si lo hacen y se degradan lentamente por un
proceso llamado de degradación oxidativa que es una reacción de los radicales libres,
mediante la cual el oxígeno atmosférico se combina con el carbono y el hidrógeno en el las
moléculas de plástico, provocando una serie de consecuencias inevitables como:
y' Reducción del tamaño de las moléculas del polímero y el oxígeno se une a fragmentos
moleculares
y' Pérdida de propiedades mecánicas como resistencia, elasticidad y flexibilidad;
y' Cambios de plástico: de repelente al agua (hidrofóbico) para humectar (hidrofílico)
El plástico se desintegra, se hace quebradizo.
Mientras que la oxidación lenta/biodegradación de las poliolefinas es útil a largo plazo,
es necesario acelerar este proceso drásticamente en dos etapas con el fin de hacerlo práctico en
la gestión de la acumulación de productos de plástico desechados (Gho, el al., 2008).
Para el caso de los materiales fabricados con polímeros sintéticos, es necesario conocer
los procesos que llevan a su degradación no sólo para establecer y, eventualmente, extender su
durabilidad, sino también para permitir su destrucción deliberada, transformación o reciclado
cuando haya finalizado la vida útil para la cual han sido diseñadas, evitando así problemas de
contaminación ambiental. Algunos ejemplos de los efectos de la degradación de materiales
son: el PE se hace quebradizo cuando se encuentra sometido a temperatura mayor que la
ambiente en atmósfera de oxígeno (aumenta su fragilidad y se fragmentan las cadenas); el
PVC se colorea después de períodos prolongados a la intemperie y el caucho se reblandece y
hace pegajoso por rotura de las cadenas causada por agentes oxidantes. La degradación de
polímeros es un proceso irreversible que conileva a la modificación de su estructura química y
de sus propiedades físicas (es.scribd.com/doc/52910625/06-Cap-5-Degradacion-de-Plasticos).
La degradación del plástico es un proceso dirigido a modificar la estructura del
polímero para hacerlo vulnerable y que desaparezca como residuo. En el proceso se observan
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
variaciones tanto físicas como químicas en el mismo. Las modificaciones más palpables se
encuentran en la pérdida de brillo, color, formación de grietas, aparición de zonas pegajosas, y
endurecimientos, provocando pérdidas de las propiedades.
La degradación de los residuos plásticos esta relacionadas con las diferentes formas de
eliminación. En cualquiera de las diferentes formas no debe resultar la contaminación de
suelos, medio ambiente y la seguridad de productos agrícolas. La medición y control de la
degradación de los plásticos esta dado por tres factores.
Mecanismos: En este se realizan cambios químicos produciendo reacciones en el
plástico con agroquímicos o cualquier otras sustancias químicas provocando
fragmentaciones en las cadenas poliméricas y la erosión superficial es el resultado de la
hidrólisis de estas cadenas (Wackett y Hershberger, 2001). Las enzimas como
endoenzimas escinden en enlaces internos dentro de la cadena ó exoenzimas, que
escinden en las unidades del monómero terminal de forma secuencial. Las
endoenzimas pueden escindir en los enlaces internos de la cadena al azar que se
traduce en una disminución rápida del peso molecular; la ruptura secuencial de los
segmentos terminales provoca cambios menos dramáticos en el peso molecular. Bajo
ciertas condiciones los microorganismos contribuyen a la degradación de polímeros a
través de la ingestión, la masticación y la excreción. Todas estas vías son posibles rutas
para la degradación del polímero (Schmitt y Fleming, 1998).
Condiciones ambientales: Son condiciones del ambiente (radiación, humedad,
oxigeno) a la que se exponen durante su uso, también si se encuentra en contacto con
aguas residuales, aguas dulces (Billingham et al., 2004). De acuerdo a la naturaleza del
medio ambiente puede haber algún mecanismo más o menos eficiente para producir la
degradación con un entorno de más o menos concentración de productos químicos que
reaccionan con el plástico durante el proceso de degradación. Los factores que
terminan de afectar la degradación son los microorganismos por la cual se le denomina
"biodegradación" en los que influyen la temperatura, nivel de humedad, presencia de
oxigeno, concentración de enzimas y ácidos de metal (Liu y Horrocks, 2002).
Composición del polímero: Independientemente del medio ambiente, la degradación
depende también de la composición química del polímero debido a que es un sustrato
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YNTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS P4STLC PARA SI) ALCAIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLOGICA
para las enzimas. El factor que determina la degradabilidad o biodegradabilidad es la
naturaleza de los enlaces químicos y estructura química de la cadena.
Clasificación del Plástico de Acuerdo a la Facilidad de la Degradación.
Los plásticos también se clasifican de acuerdo a la facilidad de su degradación durante su
exposición con su entorno (Griffin, 1994) los ordena de la siguiente manera:
Plásticos difícilmente degradables: Son plásticos estables por un determinado tiempo
de vida útil dependiendo de su aplicación y del medio ambiente a que se expongan, a
partir de este momento, comienza la degradación hasta un cierto grado, en algunos
casos permanecen intactos por muchos años (Ohtake et al., 1998). La persistencia de
estos plásticos se deben a sus propiedades como son: resistencia mecánica, son
impermeables a la humedad y no son fácilmente atacados por microorganismos.
Plásticos fácilmente degradables: Son los que se degradan después de un
determinado tiempo autodestruyéndose sin poderse evitar. Esta degradación puede ser
predeterminada de acuerdo a la cantidad de aditivos estabilizadores que contenga el
polímero, durante el tiempo de vida útil, el plástico conserva sus propiedades y al
termino de ese tiempo se vuelve frágil y sus fragmentos se incorporan al ecosistema de
manera inocua (Stevens, 2002).
Plásticos de degradación controlada: Es cuando el polímero se degrada en un tiempo
determinado de acuerdo con las necesidades de sus aplicaciones, se tiene un grado de
control especificado. El objetivo de crear este tipo de plásticos es eliminar los
problemas de los residuos en el medio ambiente basando en la exposición del material
a la radiación promoviendo así la foto degradación (Agamuthu y Faizura, 2005). Esta
técnica consiste en introducir a las cadenas del polímero fotosensibilizadores mediante
procesos químicos que al ser expuesta a la luz solar absorbe la radiación provocando la
ruptura de las cadenas formando fragmentos más pequeños y el plástico se
desestabiliza a través de la fragilidad, erosión por el viento y la lluvia para
complementar la degradación total (Posprsil et al., 2006).
Plásticos degradables por el medio ambiente: Esta fase se compone de dos procesos:
Desintegración y mineralización. En el primer método se asocia con el deterioro de las
propiedades físicas (decoloración, fragilidad, fragmentación) y la segunda fase
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
corresponde a la transformación final de los fragmentos en CO2 y H20 (Agamuthu y
Faizura, 2005).
De acuerdo a Escudero (2011) la degradación requiere de tres componentes esenciales, el
cual la ausencia de alguno de ellos, la degradación no se produce. Dichos componentes son los
siguientes:
y" Tiene que existir un sustrato (sustancia química o materia orgánica).
y" Tiene que existir un agente que efectué la degradación.
y' Tienen que existir características especificas como: humedad, oxigeno en estado
molecular si se considera aportado por el aire, o dentro de los procesos anaerobios el
aportado por las sales (sulfatos), con su correspondiente generación de gas metano,
agua, temperatura adecuada, pH y cantidad básica de nutrientes limitantes.
Debido a la similitud de las propiedades que presentan los plásticos degradables
(Cuadro 6) con respecto a los convencionales, se han desarrollado con éxito en los últimos
años, obteniéndose a partir de plantas modificadas genéticamente para producir estos
polímeros y reemplazar a los convencionales que actualmente se utilizan (Ojumu el al., 2004).
Cuadro 6. Diferentes Dlásticos degradables y sus aplicaciones PLÁSTICO USOS
Ac!d1igboó1ico C011-Ipuimp1adb15 partes de fijac ion osea T1
Acido poliláctico Envases de papel y revestimientos, sistemas de liberación controlada (PLA) para los plaguicidas y fertilizantes, abono, películas y bolsas.
InW y otra pelícuLts d liii. gnci.rltur frbraa qu prA ofltrc'w rnile act bolsas
sst Iihe.r ici6n lptt de los na*dicanlentos.
Polihidroxibutirato Bolsas, pelicula para envasado y pañales desechables, fármacos de (PHB) liberación controlada. Akoiol poliiniho Euvodo y empoqkilrn1ento de aplie.çwne.s que se disuelven en el (PV01) aut pua1flerr los pro?octos como detergente para lavar, pesticidas Acetato de polivinilo Adhesivos, aplicaciones que incluyen la fabricación de cartón para (PVAc) cajas, bolsas de papel, laminación de papel, devanado del tubo y
eticiuetas rehumedecibles. (Ojumu el al., 2004).
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
otros agentes que originen ruptura homolítica de enlaces (energía térmica, radiaciones UV,
radiaciones de alta energía, energía mecánica).
Dentro de los agentes químicos, el más importante es el oxígeno. Todos los materiales
poliméricos reaccionan con él, especialmente a altas temperaturas, aunque su efecto se hace
sentir aún a temperatura ambiente. El mecanismo de autooxidación implica una reacción en
cadena, que comienza con la formación de un radical libre del polímero (p*), del cual se
desconoce con precisión cómo y por qué aparece, pero que está asociado a la presencia de
oxígeno, calor yio luz, es un polímero al cual se le ha sustraído un electrón, y por lo tanto, a
alguno de sus átomos le queda un electrón sin compartir (simbolizado como *) que lo hace
particularmente reactivo. Estos radicales posteriormente reaccionan con el oxígeno presente
(02), generando un nuevo radical (P02*) el que a su vez, para estabilizarse, ataca a otra
cadena polimérica (PH) sustrayéndole un hidrógeno, y generando otro nuevo radical (p*), que
continuará reaccionando. Analizando las ecuaciones de todas las reacciones involucradas, se
puede apreciar que por cada radical polimérico inicialmente formado, se atacan varias cadenas
poliméricas, que a su vez generan otros tantos radicales nuevos. El proceso de autooxidación
de los polímeros está a menudo acompañado de otras reacciones de rotura de la cadena, con lo
que se reduce el peso molecular, y esta disminución se manifesta negativamente en las
propiedades útiles de los polímeros. En una primera etapa, no se observan cambios en el
material pero, microscópicamente, a medida que transcurre el tiempo, se produce una
disminución de las propiedades del polímero hasta dejarlo inutilizable, en algunos casos. Para
evitar este fenómeno se le agregan a los polímeros materiales antioxidantes, de manera de
retrasar este proceso lo más posible. (es.scribd.com/doc/52910625/06-Cap-5-Degradacion-de-
Plasticos).
El mecanismo de degradación térmica de los polímeros es interesante debido a
reacciones y las características de los polímeros que los hacen resistentes al calor (polímeros
de extrusión o inyección). La degradación térmica se realiza de dos formas, en primer lugar la
incisión de los enlaces causando una reducción del peso molecular del polímero y en segundo
lugar la incisión de la cadena generando productos volátiles (Murata et al., 2002).
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Formas de Degradación del Plástico
De acuerdo a Brydson (2000) las formas de degradación de plásticos que existen
actualmente son las siguientes: Fotodegradación, Oxodegradación, Degradación hidrol ítica,
Biodegradación y Degradación química. Entre los más utilizados hoy en día se encuentran la
fotodegradación y la biodegradación, Escudero (2011) reporta las diferentes formas de
degradación, agente causal, efecto, restos en el medio y el alcance que tienen para cada tipo de
plástico, tal y como se muestra en el (Cuadro 7).
Cuadro 7. Diferentes formas de degradación, el agente causante, el efecto y los productos de la degradación.
TIPO DE AGENTE EFECTO RESTOS EN EL ALCANCE DEGRADACIÓN MEDIO Tcoo deradn Tept Perda de calor y Compuestos Todos los
pw, pí6dades fisits 1L11Ol1.O tr s Ii pláslicOS
degradaçn Foto degradación Luz Uy Cambios en las Oxidos de Zn, Fe, PVC, PS, esteres
propiedades fisicas Mg, Ti, de los de celulosa, aditivos poliolefinas
Todos Jç\lcidan el Comp qunrncos Polimros Qtiimica medio ño de toxicidad oxodegradables
contrle variable Biodegradación Hongos, CO2 H20' Residuo asimilable Biopolimeros
algas, humus por las plantas - bacterias 1
Escudero (2011),
Degradación Termo Oxidativa
Esta degradación se asocia a todos los tipos de degradación, o sea, acelera todos los
procesos degradativos. Su estudio particular se clasifica en dos tipos: Con ruptura de la cadena
del polímero, que puede ser terminal (despolimerización) o al azar. Transcurre por un
mecanismo en cadena, y sin ruptura de la cadena del polímero, o sea, por los grupos laterales o
sustituyentes. Puede ser un mecanismo radicálico o no.
Es muy importante en los polímeros que presentan insaturaciones, pues son más
sensibles a reaccionar con el oxígeno. Transcurre por un mecanismo en cadena donde los
centros activos son radicales libres peroxídicos, alcóxidos entre otros radicales presentes. La
variedad de radicales presentes da lugar a las ramificaciones cinéticas de esta reacción. Se le
llama autoxidación térmica cuando se desarrolla la reacción en el rango de temperaturas de 25
a 150 °C. La iniciación es por sustancias capaces de abstraer átomos de H del polímero o por
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Degradación Hidrolítica
La degradación hidrolítica de un polímero se produce como consecuencia del contacto
del material con un medio acuoso. La penetración del agua dentro de la matriz provoca el
inflamiento, ruptura de puentes de hidrógeno intermoleculares, hidratación de las moléculas y
finalmente la hidrólisis de los enlaces inestables. La rotura de los grupos funcionales por
hidrólisis, puede suceder tanto en los grupos situados en la cadena principal como en los
sustituyentes laterales. El concepto de degradación de un polímero se asocia con el
decrecimiento del peso molecular, por este motivo, es necesario que la cadena principal se
rompa en diferentes puntos. Por tanto, aunque la hidrólisis pueda ocurrir tanto a grupos de la
cadena principal como a sustituyentes, la degradación solo se entiende como tal si implica la
hidrólisis de los grupos funcionales que estén situados en la cadena principal
La biodegradación es el proceso por el cual una sustancia es degradada por organismos
vivos (bio) a fragmentos más pequeños. Por ejemplo, en condiciones aerobias, los productos
de la biodegradación son: dióxido de carbono (CO2) y agua. Éstos son absorbidos por la
naturaleza y así se cierra el ciclo del carbono. En el mismo el dióxido de carbono se incorpora
en el ciclo de vida en la naturaleza. Una vez que un producto cumple con su vida útil, pasa a la
categoría de residuo y es descartado. Cuando este residuo es recuperado por la naturaleza a
través de la biodegradación, el ciclo se ha completado y esa materia vuelve a entrar en el
proceso (Plastivida, 2007). Según Albertsson y colaboradores (1994) para que se lleve a cabo
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
la biodegradación inducida por el ataque de microorganismos es conveniente considerar un
plástico que contenga un aditivo orgánico a base de almidón que sirva de alimento a los
microorganismos.
Factores que Afectan en la Biodegradación
En el caso de la biodegradación, el agente está dado por los microorganismos como las
bacterias, hongos y algas, que degradan la materia a fragmentos más pequeños, de menor peso
molecular. Estos organismos requieren de ciertos factores ambientales para metabolizar
sustratos: humedad, oxígeno, pH, temperatura adecuada, siendo las enzimas las ejecutoras de
la degradación. Una enzima no es más que una proteína con una función específica sobre un
sustrato (Plastivida, 2007).
Una de las macromoléculas más utilizadas para la producción de plásticos
biodegradables es el almidón, debido a su disponibilidad en productos como el maíz, la yuca y
la papa, que son altamente cultivados a nivel mundial. Además este biopolímero se procesa
para obtener polímeros que pueden sustituir en muchas funciones a los termoplásticos. Para
lograr la plastificación del almidón, éste debe mezclar con un plastificante como la glicerina,
ayudado por la temperatura (Aggarwal, 1999).
Los polímeros biodegradables son degradados por acción enzimática de los
microorganismos bajo condiciones normales del medio ambiente, éstos se obtienen
usualmente por vía fermentativa y se los denomina también Biopolímeros (el BiopolTM,
poliésteres copolímeros del tipo polihidroxibutirato (PHB)/polihidroxivalerato(PHV),
Pululano, que es un polisacárido, el ácido poliláctico, etc.). Existen también bioplásticos
producidos directamente por las bacterias que desarrollan gránulos de un plástico llamado
Polyhydroxyalkanoate (PHA) dentro de la célula misma. La bacteria se desarrolla y reproduce
en un cultivo y el material plástico luego se separa y purifica. Los biopolímeros se fabrican en
pequeña escala, por lo que son más caros, no son de uso masivo y sus aplicaciones están
limitadas a usos de muy alto valor como productos medicinales (suturas, material para
taponajes quirúrgicos, etc.) y aplicaciones con importante mercadeo ecológico (Plastivida,
2009).
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Hongos
La importancia de los hongos como agentes degradantes se centra en la producción de
enzimas que degradan sustratos inertes con el fin de suministrar los nutrientes presentes en las
composiciones de los polímeros, ayudados por factores climáticos como temperatura óptima y
humedad, entre ellos se encuentran los Eumicetes y Basidiomicetes, entre otros.
Dentro de los polímeros sintéticos se encuentran las resinas fenólicas y la
descomposición de sus desechos se realiza únicamente por incineración del material, ya que es
muy resistente a la temperatura, pH extremos, alta humedad, radiación, corrosión y tiene
excelentes propiedades aislantes, sin embargo, el proceso también contamina por lo que una
alternativa es la biodegradación, que puede hacerse con los hongos ligninolíticos (hongos de la
pudrición blanca de la madera) que tienen la capacidad de degradar la lignina mediante
enzimas (peroxidasa, lacasa, fenoloxidasa). Este sistema ligninolítico, ha demostrado ser muy
versátil y atractivo para fines ambientales, porque puede servir para eliminar diversos
contaminantes dificiles de degradar (Ponce et al., 2012). Entre los hongos reportados como
degradadores de las resinas fenólicas están Phanerochaete chrysosporium (Gusse et al. 2006),
Tremetes versicolor (Sundarapandiyan et al. 2010).
Bacterias
Las bacterias no comen como los animales macroscópicos, que ingieren su alimento
para extraerle los nutrientes en el interior del organismo, sino que para absorber alimento del
ambiente que las rodea y convertirlo en los nutrientes que necesitan, liberan enzimas que
descomponen las sustancias útiles en moléculas más pequeñas. Luego la bacteria absorbe estas
moléculas por la pared celular. Las enzimas que efectúan la descomposición son muy
especializadas: cada tipo degrada una clase específica de compuestos, como las amilasas el
almidón y las lipasas la grasa. Las enzimas son esenciales para extraer el carbono de los
compuestos que hay en el entorno de las bacterias. Entre las bacterias que degradan el
poliuretano están la Alicycliphilus, Corynebacterium sp.; Pseudomonas fluorescens, P.
chlororaphis y Bacillus subtilis aunque se tiene que complementar el medio con un extracto de
levadura o glucosa. La única bacteria en la que se había encontrado una posible capacidad de
atacar al poliuretano sólido y emplearlo como fuente de carbono es la Comamonas
acidovorans TB-35 (Guerrero, 2007).
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Los grupos dominantes de los microorganismos y las vías de degradación relacionadas
con la degradación del polímero son a menudo determinados por las condiciones ambientales.
Cuando los microorganismos aeróbicos tienen el 02 disponible, son los principales
responsables de la destrucción de los materiales complejos, generando CO2 y H20 (Figura 24)
como los productos finales. Por el contrario bajo condiciones anóxicas o anaeróbicas, los
microorganismos anaeróbicos, son los responsables del deterioro del polímero. Los productos
primarios de la biomasa microbiana son CO2 y H20 (Figura 20) (Barlaz et al., 1989).
CO2, 1120 y otros productos Intermediarios
son asimilados en
Enzimas se adhieren 1 ¡ i las células
a la superficie y
escinden las cadenas
del poli
Intermediarios de
degradación se
distiell nen el
Superficie erosionada Ira
Figura 24. Mecanismo de la biodegradación por microorganismos bajo condiciones aeróbicas
(Mueller, 2003).
Se han clasificado varios microorganismos Aamer et al (2008) que se relacionan con la
biodegradación de acuerdo a los diferentes tipos de plásticos naturales, sintéticos y mezclas
poliméricas (Cuadro 8).
Enzimas
Las enzimas son catalizadores biológicos con la misma acción como catalizadores
químicos. La mayoría de las enzimas son proteínas que tienen una cadena polipeptidica con
una estructura tridimensional y esta estructura crea secuencias especificas de aminoácidos
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
formando un sitio activo, en el sitio activo de la interacción entre la enzima y el substrato se
lleva a cabo la reacción química.
Para una actividad optima, ciertas enzimas se asocian con factores como iones (Na, K,
Mg, Ca) o factores orgánicos. La desventaja del uso de estas mezclas es la poca adhesión entre
las fases formadas que afecta y disminuye sus propiedades mecánicas finales, por tal razón se
está investigando el efecto de diferentes tipos de compatibilizantes entre estas mezclas.
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Cuadro 8. Diferentes microorganismos involucrados en la biodegradación de polímeros
naturales, sintéticos y almidón en mezclas poliméricas sintéticas.
Plásticos naturales Microorganismos Referencia Poli ( hdroihutirto ço barnn.ei a! (2004) iflercaptoprapioilató haotera Poli (-hldro\Jhutirato) flHH(Hu, Lniiíoe Jendrek el al. (1995) Poli ( hIdrC\!butjrlto co P2eudoinona ¡n¿l¡L a k2 Elhann d a? (2004) 3ni ercartoprcpionato Poli (3-hidroxibutirato) Poli (3- Slreplomyces sp Mabrouk y Sabri (2001) hidroxibutirato-co-3- hidroxivalerato)
1l:(34üdxibU1irato..co..3_ .Ralswnic; pickc.tii Ti hidroxipr9ptonat) Poli (3-hidroxibutirato-co-3- Acidovorax sp. TP4 Wang el al. (2002) hidroxipropionato) Poli C h1dro\butIr1tc de Pali 1kal1L nc 211 KLii\ al (1999)
idroibLit'irat
Poli (4- Pcudarnons vintzcri hdro7'ihutftat6) pali letieno
sueaifl0.) pali dipt o 4dvooaiis etilij) Poli (3-hidroxibutirato) Alcaligenesfaecalis Kita el al. (1997)
Schlegelella Thermodepolymerans Romen el al. (2004)
P1L itjhutiato a&IS ClükdlIm7 !o(ahrzum A)u Leid el al, (001) h ¡pia1erato) los'lPidiiun ac(oh uiylicuni
Acido politactico Fusarium mohnzjorme Torres el al. (1996) Penicillum roqueford Pranamuda el al. (1997) Amycolatopsis sp Pranamuda el al. (1999) Bacillus brevis Tomita el al. 1999) Rhiznpus delemar Fukusaki el al. (1989)
Pl istics sjntticos Microoz-anismos Referencia Pohetileno Brevibacillus borsteiensis Hadad el al. (2005)
Rhodococcus caucho Sivan el al. (2006) Penicillum Simplicissimum Yamada el al., (2001)
tano .CQrntP2o1a4aiadO a1afl5 T13,3 5 Mutsu ez al (1998) Cirvu1arJaoic0iga1e7.is I solwi/,- C!adosporinr?zsp Hovard (2002) ,4ia'aobcícfdiimi ¡'iflalaus
Cloruro de polivinilo Pseudomonas chlororaphis Lheng el al. (2005) Peudomonas pulida Anthony el al. (2004) Ochrobaclrum TD Pseudomonasfluororescens B -22 Aspergillus Níger Van lieghen F-1 119
Cloruio de po1iinilo 4uicobczidtwnpu7Julaii \' cbb ci al, (2000) nlaçtificado BT opoiiester Tu 1HIOHH a t i /H kIehei / l 198)
g rIacló1Jpudwi en mzds polnnerias sinteticai El almidón / polietiteno Aspergillus, Lee el al. (1991)
Penicilliumfuniculosum Phanerochaete chvvn.pnrium
Ala Qtttr &41fiyce L ¡ l (1991) Pi ochaez4risosj Htiu7n
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
Las enzimas son proteínas que ayudan a hidrolizar otras proteínas, lípidos y
carbohidratos durante la digestión. Su principal función es la de transferir grupos de átomos de
una molécula a otra, romper la molécula, formar nuevos enlaces y reordenar las moléculas en
nuevas conformaciones. Se conocen unas 2,000 enzimas distintas, cada una de ellas con un
trabajo específico. Se nombran con la terminación —asa (oxidasa, lipasa, peptidasa, etc.). Su
función es acelerar la velocidad de las reacciones químicas, y son necesarias para mantener la
actividad biológica. Las reacciones catalizadas por las enzimas ocurren a velocidades de 1010
a 1014 veces más rápidas que las no catalizadas. (es.scribd.com/doc/16621679/Polimeros-
Naturales).
Polímeros Biodegradables
Los polímeros biodegradables son una nueva generación de materiales que todavía se
encuentran en desarrollo, debido a la falta de: definición de patrones para la biodegradación,
comercialización de los productos y del desarrollo de la infraestructura para la biodegradación.
Las tendencias en el futuro se deben dirigir a controlar el proceso de biodegradación para la
obtención de productos útiles, de manera que se favorezcan los procesos de bioconversión y
bio-reciclado (bolsas para la basura y/o agricultura, en la industria alimenticia y en medicina).
El almidón es probablemente, el polímero natural disponible más abundante y de menor costo.
Además, su uso reduce la demanda de la petroquímica y el impacto negativo sobre el medio
causado por los residuos plásticos no biodegradables. Este trabajo resume los distintos tipos,
propiedades y usos de polímeros biodegradables (Cyras y Vázquez, 2005).
Sin embargo, en los últimos diez años se ha puesto un enorme interés en el desarrollo
de nuevos plásticos biodegradables, para lo cual se han introducido grupos carbonilo (CO),
éster o amido, o bien agentes prooxidantes (metales de transición y lípidos) en la molécula
polimérica para inducir su hidrólisis o su oxidación y así facilitar la biodegradación. Una
alternativa ha sido la incorporación de polímeros naturales (biopolímeros) de fácil asimilación
(almidón) en el polímero sintético recalcitrante (dificilmente biodegradable, como el
polietileno y el poliestireno), y de tal manera, estos plásticos, en los que la resistencia al
ataque microbiano se ha reducido por la incorporación de moléculas, difieren entre sí en el
alcance de degradación, aplicaciones y costos (Volke, 1998).
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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SU APLICACIÓN EN LA AGRICULTURA SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
En la Figura 25 se muestran los polímeros biodegradables de uso más generalizado
(eis.uva.es/'-'macromol/cursoø5-06/medicinalpolimeros_biodegradables.htm). La norma
ASTM D 5488-944 define la biodegradabilidad como la capacidad de un material de
descomponerse en dióxido de carbono, metano, agua y componentes orgánicos o biomasa, en
el cual el mecanismo predominante es la acción enzimática de microorganismos (Meneses et
Vona, 1. A., J.R. Costanza, H.A. Cantor, and W.J. Roberts. 1965. In W. M. Manufacture of
Plastics, Vol. 1. Wiley, New York; P.66:141-.142
Wacketi L. and D.C. Hershberger. 2001. Biocatalysis and biodegradation. Microhial
trai15í)rrnati0fl of organic cornpounds. ASM Press Washington, DC.
Wang YZ, Yang KK, Wang XL, Zhou Q, Zheng CY, Chen ZF. 2004. Agricultural application
and environmental degradation of plioto-biodegradable polyelhylene mulching films. J
Polym Environ 12:7-10
Wang, Y., Y. lnagawa, T. Saito, K. Kasuya, Y. Doi, Y. lnoue. 2002. Enzymatic hydrolysis of
hacterial poly (3-hydroxyhutyrate-co-3-hydroxypropanate)s by l)OIY(3-
hydroxyalkanoate) depolymerase from Acídovorax sp. TP4. Biomacromolecules3(4):
828-834.
Wehh J.S., M. Nixon, 1.M. Eastwood, M. Greenhalgh, G.D. Rohson, P.S. Handley. 2000.
Fungal colonization and hiodeterioration of plasticized polyvinyl chioride. Appl.
Environ. Microhiol; 66(8):3194-200.
kspcclalizacR')ll en Química Aplicada con opción en "AUROPI ASÍ ICUL. 1 URA' 100
VF:Ni'A.JAS y I)E;SVENi'AJAS DF. LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA St APLICACIÓN FN LA AGRICULTURA_SUSTENTABLE O ECOLÓGICA
WilIer, FI., and M. Yussefi 2003. The world of Organic Agriculture, Statistics and Future
Prospects Tholey Telley, Germany p. 19.
Yamada-Onodera K., FI. Mukumoto, Y. Katsuyaya, A. Saiganji, Y. Tani. 2001. Degradatioii
of po!yethylene by a fungus Penicifli,,in siniplicissiinwn YK. Poly. Degrad. Stab.:
72:323-7.
Yang S.R. aud Ch. Wu. 2001. Degradable plastic films for agricultural applications in Taiwan.
Macromol Symp 144(1): It) 1-112
Zhao, X., Z. Li, Y. Chen, L. Shi, & Y. Zhu. 2007. Solid-phase photocatalytic degradation of
polyethylerie plastic under UV and solar light irradiation. Journal of Molecular
Catalysis A: Chemical, 268, 101-6.
Zheng Y., E.K. Yanful, A.S. Bassi. 2005. A review of plastic waste 1)iOdegradalion. Cri. Rey.
Biotechnol; 25:243-50.
PAGINAS WEB CONSULTADAS
http://3 1 289$.hlogspot.mx/. Alternativas de alimentación bovina para épocas secas. (II Agosto, 2012.
htip://agricultura-en-linea.corn/20 I0/02/plasticos-en-la-agricultura-hisloria.html. Cultura en línea. Plásticos cii la agricultura: Historia que apenas comienza-Accesado el 16 (le agosto del 2012.
http://alecoconsult.com/index.php?id=empaques-biodegradables. Empaques para verduras y frutas: alta calidad con menos energía. Alecoconsult Internacional.
Empaque de bananos en plástico orgánico y aplicación con hiolux new
http://arnbienteplastico.com/es/cont/Portada/Bajo_Ia_sombra_artificial_printer.php. l)esdc Ambiente Plástico. Bajo la sombra artificial-Accesado e.! 16 de agosto del 2012.
http://angcllrc.com/ia2/ingenieriaagricola/empaques.hi.m. Empaque para vegetales y frutas frescas-Accesado el día 18 de agosto de] 2012.
http://civiagro.coni/sistemasde_riego_por_goteo.php. Sistemas de riego, insumos y servicios. Argentina
http://cntq.gob.ve/cdb/documentos/quimica/183.pdf. Acetato de vinilo. Una guía para el manejo y la seguridad-Accesado el 19 de agosto del 2012.
hitp://ec.europa.eu/agriculture/organic/organic-farminglwhat-organices. ¿Qué es la agricultura ecológica? Comisión Europea. Agricultura y Desarrollo Rural.
htlp://ecologismo.com/2() 10/07/1 U/agricultura-sustentable. La agricultura ecológica
http://cducarchile.cl/Portal.Base/Web/VerContenido.aspx?ID= 136400. Fichas Temáticas. Pul ímeros si ntél icos y naturales
hitp://es.scribd.com/doc/94094486/CapituloO6-Polimeros. Química y Aplicaciones (le los Polímeros. 6.1. No. De Revisión A-I / Fecha de Revisión: 14-02-0I.
http://es.scrihd.com/doc/56602293/28/C-4- 1 - 1 -Fotodegradacion. Anexo C: Pol ímeros biodegradables con aplicaciones quirúrgicas. Páginas 1-60.
hltp://es.wikiversity.org/wiki/lntroducci%C3%B3n_a_los_pol%C3%A1)meros. Introducción a los Políineros
http:i/fruittoday.coni/arliculos.php?id= III 3324594870703&idionia=C. Fresa: Una nueva campaña complicada
http://futurenergia.org/ww/es/puh/futurenergia/chats/bio_plastics.htm. FuturEnergia La energía es nuestro fututo: Plásticos biodegradables ¿son mejores para el mcd ioambie nte?
http://gem.es/descargas/residuos_agricolas/residuosagricolas.html. Grupo Ecologista Mediterráneo. Residuos Agrícolas. Septiembre 1998.
http://houseofproduce.com. AMI-IPAC: Uniting growers to promote protected agriculture in Mexico.
LspecaIizacióti en Quítiica Aplicada con opción en "AGROPLASl'I(IJLTLRA" 102
VENIA.JAS V I)ESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADABLES PARA SL; APLI(A(:IÓN EN - LA AGRI(:ULRRA SUSTENTABLE O ECOLÓ(;ICA
littp://horticu1ti¡raefectiva.net/2()1 2/02/perspectivas-agricultura-protegida.htrnl. Horticultura Elctiva. Blog personal de Olmo Axayácatl sobre horticultura.
http://inloagro.com/galeria/foto.asp!id=378, Cultivos hortícolas en invernadero. Foto de residuos plásticos y vegetales invernadero.
hiip://laciic.com/index.php/galactic/who. Sharing together the unlimited potential of lactic aci rl
htip://milksci.unizar.es/bioquimica/temas/azucares/almidon.htrnl. Estructura del almidón. Accesado ci 18 de agosto del 2012.
http://perutapiz.com/geornenhrana.php. Termosellado en alta frecuencia. Av. Defensores del Morro No. 29$. Urb. San Juan Bautista de Villa. Chorrillos, Lima, Perú.
hup://plasticosdecmpaque.com/polietileno-agricola.php. Plásticos de EmpaqueC.A. Fabricación en rollos, bolsas y sacos industriales en polietileno.
http://profesorcnlinea.cl/Quimica/PolimerosCeluloAlmid.htm. Polímeros Registro N" 188.540
http://pslc.ws/spanish/protein.htm. Proteínas. Departanienlo de Ciencia de Polímeros. Universidad del Sur de Mississippi.
http://sanquets.com/aplicaciones.php. Lisiado de Aplicaciones en Agricultura.
hiip://scicniificpsychic.com/fitness/carbohidratos2.html. Carbohidratos o Glúcidos. Estructura
Ouírnica
http://iaringa.net/posts/info/3 142980/El-Caucho_-Natural-y-sintetico_-Usos-y-propiedades_.html. El Caucho: Natural y sintético. Usos y propiedades.
http://tdx.cat/bitstream/handle/ 10803/6425/031NTRODUCC1ON.pdf?sequence3, Pol ímeros biodegradables de uso coincrcial-Accesado el 19 de agosto del 2012.
hup://tecnologiadelosplasticos.blogspot.rnx/2() 1 2/03/alcohol-de-polivinilo.html. 2012. Tecnología (le los plásticos-Accesado el 19 de agosto del 2012.
littp://Ieilerife.es/planes/PTEOResiduos/adjuiltos/Anexo0l Info [1 .pdf. Residuos agrícolas en
hitp://tyrma.es/webtyrmaPEBD.html. Reciclaje de residuos materiales para la zona norte (le
España (TYRMA), consultado ci 21 de julio del 2012.
http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/209Y. 1/3093/1/34111 -1 .pdf. Nuevas poliesicramidas derivadas de acido glicólico y aminoácidos.Páginas 1-99. Accesado el 16 de agosto del 11)12.
http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstrearn/2099. 1/3093/4/34111 -4.pdf. Anexo C: Polímeros biodegradables con aplicaciones en suturas quirúrgicas. Página 1-60
1speciahzacion en Química Aplicada con opciÓn en AGROPLASTI('tJE,'[URA 103
VENI'A.JAS YDESVENTAJAS DE LOS PLÁSTICOS DEGRADÁBLES PARA SL APLICA(:IÓrs E LA AGRICLJL1'LIRA SLSTENI'ABLE O ECoLÓGICA
http://upcommoiis.upc.edu/pfc/hi1streani/2UY9. 1/4536/3/Anexo%20%2013.pdf. Anexo B: Iiiiioducción a los polímeros. Generalidades sobre los Polímeros. Página 21 -41 Accesado ci 16 de agosto del 2012.
Fspccialización en Química Aplicada con opción en "AG ROPI ,AS 1 ICL' LlU RA" 104 )4