La enorme dependencia del plástico que tiene la humanidad se ha convertido en un gran problema. Este material procede del petróleo y generalmente termina su vida útil en un vertedero y / o en un incinerador de residuos. De una forma u otra, es insostenible. Así que, ¿por qué no desarrollar biocompuestos más ecológicos?

Porque no es tan simple como parece. La mayoría de los plásticos biodegradables se basan en una estructura matriz que también procede del petróleo. Esto se debe a que las matrices biológicas no suelen ser tan resistentes como necesitan la mayoría de las aplicaciones de ingeniería y estructurales. Luego está la madera natural, que se puede procesar para que presente propiedades parecidas al acero y la cerámica. Pero este procesamiento incluye agresivos tratamientos químicos nada respetuosos con el medio ambiente.

Por eso, existe un gran interés en encontrar formas de convertir plantas corrientes en biocompuestos sostenibles y con un rendimiento mecánico similar al de la madera procesada y los plásticos convencionales.

La investigadora del Instituto de Tecnología de California (EE. UU.) Eleftheria Roumeli y sus colegas ha encontrado una manera de convertir las células de las plantas de tabaco en un material muy fuerte con propiedades mecánicas similares a la madera. La científica señala: "Hemos desarrollado un nuevo método para crear materiales biocompuestos naturales basados en células vegetales. Su rigidez y resistencia superan a la de los plásticos comerciales de densidad similar, como el poliestireno, y el polietileno de baja densidad, y al mismo tiempo son completamente biodegradables".

El método de fabricación es sencillo. El equipo cultiva células de la planta herbácea Nicotiana tabacum en suspensión líquida en laboratorio. Esta planta ampliamente cultivada produce hojas que se procesan para crear tabaco. Sus células han sido muy estudiadas y están fácilmente disponibles para los investigadores. Algunas líneas celulares, como la BY-2, pueden multiplicarse 100 veces en una semana cuando crecen en suspensión. Roumeli y su equipo no han detallado qué tipo de célula han usado, aunque dadas las referencias del artículo, parece que las BY-2 son una opción razonable,.

Cada célula tiene una pared celular reforzada por microfibrillas de proteínas y celulosa, que anudan la pared de manera eficaz. Esta pared celular encierra el núcleo celular, distinta maquinaria biomolecular para procesar energía, y el citoplasma, compuesto principalmente por agua. (Las líneas celulares BY-2 no realizan la fotosíntesis y, por lo tanto, no contienen clorofila).

Después de cultivar las células, el equipo las cosecha y las comprime en un molde. El molde es permeable para permitir que se vaya el agua. La investigación detalla: "Durante la compresión, el agua a traviesa la pared celular de la planta y el volumen celular se reduce gradualmente". De hecho, durante este proceso las células pierden el 98 % de su peso. La mayor parte se debe a la evaporación del agua, pero hay otros procesos que influyen, como la degradación de las biomoléculas complejas, incluidas las pectinas, la hemicelulosa y los compuestos fenólicos.

Luego, el equipo luego calienta el material deshidratado. Esto provoca que las microfibrillas cambien de fase y formen estructuras cristalinas. "El material obtenido es un biocompuesto, una mezcla heterogénea de biopolímeros sintetizados de forma natural", explica Roumeli.

Y lo mejor es que es increíblemente resistente. El equipo midió sus propiedades mecánicas y lo comparó con maderas blandas como el pino; maderas duras como el álamo, el roble y el nogal; y con el contrachapado comercial y el MDF. También lo compararon con plásticos sintéticos de densidad similar, como el poliestireno, el polipropileno y el polietileno de baja densidad. Los resultados confirman sus ventajas. La investigación señala: "El rendimiento mecánico de nuestros biocompuestos es comparable al de las maderas y plásticos de ingeniería comercial. Superan todos los valores descritos para los materiales compuestos de células vegetales, micelio o matrices de levadura".

El equipo ha conseguido que el material sea aún más fuerte al añadirle fibra de carbono. De hecho, pueden modificar aún más las propiedades del biocompuesto con aditivos para convertilo en conductor o magnético.

Una cuestión importante para la sostenibilidad es cómo se degrada este material al final de su vida. Existe el temor de que este tipo de procesamiento produzca biopolímeros tan fuertes que les cueste mucho descomponerse. Para averiguarlo, Roumeli y sus compañeros enterraron sus muestras en un suelo agrícola junto con un poco de madera común y analizaron qué sucedió. Ambas muestras ganaron peso al principio al absorber agua del suelo. Pero las dos se acabaron descomponiendo de forma natural.

El artículo continúa: "La detectable pérdida de masa debido a la biodegradación de los biocompuestos empieza tres semanas después de la incubación, mientras que para la madera natural comienza aproximadamente siete semanas después. Observamos una biodegradación casi completa del biocompuesto 14 semanas después de la incubación inicial". Es un trabajo interesante que merece más atención. ¿Alguien en la sala dispuesto a fabricar ordenadores portátiles biodegradables?

Ref: arxiv.org/abs/1909.01926 : Plant Cells-Based Biological Matrix Composites