Este artículo fue publicado originalmente por Undark.
Desde que las primeras fábricas comenzaron a fabricar poliéster a partir del petróleo en la década de 1950, los seres humanos han producido aproximadamente 9.100 millones de toneladas de plástico. De los residuos generados a partir de ese plástico, menos de una décima parte se ha reciclado, investigadores estimar. Alrededor del 12 por ciento ha sido incinerado, liberando dioxinas y otros carcinógenos al aire. La mayor parte del resto, una masa equivalente a decenas de millones de ballenas azules, se ha acumulado en vertederos y en el entorno natural. El plástico habita en los océanos y se acumula en las entrañas de las gaviotas y los grandes tiburones blancos. Llueve, en pequeñas gotas, sobre ciudades y parques Nacionales. Según algunas investigaciones, desde la producción hasta la eliminación, es responsable de más emisiones de gases de efecto invernadero. que la industria de la aviación.
Este problema de contaminación empeora, dicen los expertos, por el hecho de que incluso la pequeña porción de plástico que se recicla está destinada a terminar, tarde o temprano, en la basura. El reciclaje termomecánico convencional, en el que los contenedores viejos se muelen en escamas, se lavan, se derriten y luego se transforman en nuevos productos, inevitablemente produce productos que son más frágiles y menos duraderos que el material de partida. En el mejor de los casos, el material de una botella de plástico podría reciclarse de esta manera unas tres veces antes de que se vuelva inutilizable. Lo más probable es que se “recicle” en materiales de menor valor, como ropa y alfombras, materiales que eventualmente se eliminarán en vertederos.
“El reciclaje termomecánico no es reciclaje”, dice Alain Marty, director científico de Carbios, una empresa francesa que está desarrollando alternativas al reciclaje convencional.
“Al final”, añade, “tienes exactamente la misma cantidad de residuos plásticos”.
Carbios se encuentra entre un contingente de nuevas empresas que intentan comercializar un tipo de reciclaje químico conocido como despolimerización, que descompone los polímeros, las moléculas en forma de cadena que forman un plástico, en sus bloques de construcción moleculares fundamentales, llamados monómeros. Esos monómeros pueden luego volver a ensamblarse en polímeros que, en términos de sus propiedades físicas, son tan buenos como nuevos. En teoría, dicen los defensores, una sola botella de plástico podría reciclarse de esta manera hasta el final de los tiempos.
Pero algunos expertos advierten que la despolimerización y otras formas de reciclaje químico pueden enfrentar muchos de los mismos problemas que ya afectan a la industria del reciclaje, incluida la competencia de plásticos vírgenes baratos hechos de materias primas derivadas del petróleo. Dicen que para frenar la marea de plástico que inunda los vertederos y los océanos, lo que más se necesita no son nuevas tecnologías de reciclaje, sino regulaciones más estrictas para los productores de plástico e incentivos más fuertes para hacer uso de las tecnologías de reciclaje que ya existen.
Sin embargo, impulsada por asociaciones corporativas potencialmente lucrativas y el endurecimiento de las restricciones europeas sobre los productores de plástico, Carbios sigue adelante con su visión de una economía plástica circular, una que no requiere la extracción de petróleo para fabricar nuevos plásticos. Detrás del enfoque de la empresa se encuentra una tecnología que sigue siendo poco convencional en el ámbito del reciclaje: las enzimas modificadas genéticamente.
Las enzimas catalizan reacciones químicas dentro de los organismos. En el cuerpo humano, por ejemplo, las enzimas pueden convertir los almidones en azúcares y las proteínas en aminoácidos. Durante los últimos años, Carbios ha estado perfeccionando un método que utiliza una enzima que se encuentra en un microorganismo para convertir el tereftalato de polietileno (PET), un ingrediente común en los textiles y las botellas de plástico, en sus monómeros constituyentes, ácido tereftálico y monoetilenglicol.
Aunque los científicos han conocido sobre la existencia de enzimas que se alimentan de plástico durante años, y Marty dice que Carbios ha estado trabajando en tecnología de reciclaje enzimático desde su fundación en 2011, un descubrimiento realizado hace seis años fuera de una fábrica de reciclaje de botellas en Sakai, Japón, ayudó a energizar el campo. Allí, un grupo dirigido por investigadores del Instituto de Tecnología de Kioto y la Universidad de Keio encontró una sola especie bacteriana, Ideonella sakaiensis, que podría descomponer el PET y usarlo como alimento. El microbio albergaba un par de enzimas que, juntas, podían romper los enlaces moleculares que mantienen unido al PET. A raíz del descubrimiento, otros grupos de investigación identificaron otras enzimas capaces de realizar la misma hazaña.
La promesa del reciclaje enzimático no se limita al PET; el enfoque se puede aplicar potencialmente a otros plásticos, incluido el poliuretano, utilizado en espuma, aislamiento y pintura. Pero el PET ofrece quizás la oportunidad comercial más amplia: es una de las categorías más grandes de plásticos producidos, ampliamente utilizado en empaques de alimentos y telas. Las botellas de bebidas a base de PET se encuentran entre los plásticos más fáciles de recolectar y reciclar en un producto comercializable.
Las tecnologías de despolimerización tradicionales se basan en catalizadores inorgánicos en lugar de enzimas. Sin embargo, algunas empresas de reciclaje de productos químicos se han esforzado por convertir el reciclaje de PET en un modelo comercial viable, y algunas incluso frente a escrutinio legal.
A pesar de esto, Marty dice que el enfoque basado en enzimas de Carbios ofrece ventajas sobre los métodos de despolimerización tradicionales: las enzimas son químicamente más selectivas que los catalizadores sintéticos (pueden apuntar con mayor precisión a sitios específicos en moléculas específicas) y, por lo tanto, podrían producir un producto más puro. Además, funcionan a temperaturas de reactor relativamente bajas y no requieren solventes costosos y peligrosos.
Tradicionalmente, sin embargo, el problema con las enzimas ha sido que funcionan lentamente y pueden desestabilizarse bajo el calor. En los primeros experimentos, a veces tomaba semanas procesar solo una fracción de un lote de PET. En 2020, Marty y sus colegas de Carbios, junto con investigadores en Francia, Anunciado que habían diseñado una enzima, la llamada cutinasa, que se encuentra naturalmente en los microbios que descomponen las hojas, que podía soportar temperaturas más cálidas y convertir casi un lote completo de PET en monómeros en cuestión de horas. El descubrimiento impulsó dramáticamente las perspectivas comerciales del reciclaje enzimático; En los 10 meses que siguieron, el precio de las acciones de Carbios en la bolsa Euronext Paris creció aproximadamente ocho veces.
El pasado mes de septiembre, Carbios comenzó a probar su tecnología en una instalación de demostración cerca de su sede en Clermont-Ferrand, Francia, a unas dos horas en automóvil al oeste de Lyon. El PET usado llega aquí como hojuelas finas preprocesadas de aproximadamente un quinto de pulgada de ancho. En un reactor de 16 pies de altura, los copos se mezclan con las enzimas cutinasa patentadas, producidas por la empresa de biotecnología con sede en Dinamarca Novozymes, y se calientan a un poco más de 140 grados Fahrenheit. En 10 horas, dice Marty, el 95 por ciento del plástico alimentado al reactor, el equivalente a 100 000 botellas de plástico, se puede convertir en monómeros, que luego se filtran, purifican y preparan para su uso en la fabricación de plástico. (El 5 por ciento restante, compuesto de plástico sin reaccionar e impurezas, se incinera). Tal como lo describe Marty, el producto final es físicamente indistinguible de las sustancias petroquímicas utilizadas para fabricar PET virgen.
La tecnología de reciclaje de Carbios ha llamó la atención de algunas de las compañías de bienes de consumo más grandes del mundo. L’Oréal, Nestlé y PepsiCo han colaborado con la start-up para producir botellas de prueba de conceptoy todos parecen decididos a poner eventualmente plástico reciclado con enzimas en los estantes.
Pero Kate Bailey, directora de políticas e investigación de Eco-Cycle, una empresa de reciclaje sin fines de lucro con sede en Colorado, dice que durante sus 20 años en la industria del reciclaje, se ha vuelto escéptica ante soluciones biotecnológicas como la que promociona Carbios. Si bien reconoce que se necesitan nuevas soluciones, dada la urgencia del problema del plástico, dice, “no tenemos más años para resolver esto y esperar por nueva tecnología”. Bailey señala preguntas persistentes sobre cómo se ampliará el reciclaje enzimático para manejar volúmenes comerciales, incluidas preguntas sobre su huella energética y su manejo de aditivos químicos tóxicos que se encuentran en muchos plásticos de consumo.
Marty admite que el proceso de Carbios es, de hecho, más intensivo en energía que el reciclaje convencional, se niega a especificar cuánto, pero agrega que no es justo comparar el reciclaje enzimático con los procesos termomecánicos, que no producen un producto reciclado de tan alta calidad. y finalmente dar como resultado la misma cantidad de residuos. Aún así, dice, requiere menos energía y libera menos gases de efecto invernadero que producir PET virgen a partir del petróleo, afirmaciones que están respaldadas por un análisis independiente publicado el año pasado por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE.UU. En cuanto a los aditivos, dice que se filtran durante el procesamiento posterior a la reacción y se incineran.
Pero el obstáculo más obstinado para Carbios y otros aspirantes al reciclaje enzimático puede ser económico. “Es súper barato hacer plástico virgen, especialmente con el bajo precio del petróleo”, dice Bailey.
“Tienes que poder vender tu PET reciclado nuevamente a alguna empresa que también tenga la opción de comprar PET virgen”, agrega, “y cuando el virgen es simplemente más barato, eso es lo que compran las empresas”.
En su análisis, el Laboratorio Nacional de Energías Renovables estimó que los monómeros de PET producidos mediante reciclaje enzimático tendrían un precio de al menos $1,93 el kilogramo; los monómeros vírgenes a base de petróleo han oscilado entre $0,90 y $1,50 el kilogramo desde 2010. Y ahora que muchas empresas de combustibles fósiles están modificando sus modelos comerciales hacia la producción de plásticola competencia en el mercado de los recicladores de plástico podría volverse aún más dura.
Marty, sin embargo, es optimista sobre las perspectivas de su empresa. Señala que el precio del petróleo está subiendo y que el endurecimiento de las regulaciones sobre el uso de combustibles fósiles en Europa está haciendo que el plástico reciclado sea más competitivo allí. Varios gigantes de bienes de consumo se han comprometido públicamente a obtener una mayor cantidad de sus productos a partir de materiales reciclados: Coca-Cola se comprometió a utilizar material reciclado para la mitad de sus envases para 2030y Unilever tiene como objetivo reducir su dependencia del plástico virgen a la mitad para 2025.
“Al principio, seguro, será un poco más costoso”, dice Marty. “Pero reduciremos, con la experiencia, el costo de este PET reciclado”.
Wolfgang Streit, microbiólogo de la Universidad de Hamburgo, dice que incluso si las empresas logran el éxito comercial con PET, es posible que algunos polímeros nunca sean aptos para el reciclaje enzimático. Polímeros como el cloruro de polivinilo, que se usa en las tuberías de PVC, y el poliestireno, que se usa en la espuma de poliestireno, se mantienen unidos mediante poderosos enlaces carbono-carbono, que pueden ser demasiado resistentes para que los superen las enzimas, explica.
Esa es una de las razones por las que Bailey cree que se deben considerar nuevas políticas junto con nuevas tecnologías para abordar el problema global de los desechos plásticos. Aboga por medidas que limiten la producción de plásticos difíciles de reciclar y mejoren las tasas de recolección de materiales como el PET, que se puede reciclar, aunque de manera imperfecta, con las tecnologías existentes. Bailey señala que actualmente solo se recolectan para reciclar alrededor de tres de cada 10 botellas de PET. Ella describe eso como una fruta al alcance de la mano “que podríamos resolver hoy con tecnología y políticas comprobadas”.
La mayor parte del PET que se produce en el mundo no se utiliza para botellas, sino para fibras textiles, que, debido a que a menudo contienen materiales mezclados, rara vez se reciclan. Mats Linder, director de la división de consultoría de Stena Recycling en Suecia, dice que le gustaría que las tecnologías de reciclaje de productos químicos se centren en estas y otras partes de la industria del reciclaje donde el reciclaje convencional se está quedando corto.
Da la casualidad de que Carbios está trabajando para hacer precisamente eso, dice Marty. La empresa francesa Michelin ha validado la tecnología de la empresa, que podría permitirle reciclar textiles y botellas usadas en fibras de neumáticos. Su objetivo es lanzar una operación de reciclaje de textiles en 2023, y Marty dice que la compañía está en camino de lanzar una instalación a escala industrial con capacidad de 44,000 toneladas en 2025.
Gregg Beckham, un estudiante de último año investigador del Laboratorio Nacional de Energía Renovable, cree que el problema global del plástico requerirá una combinación diversa de soluciones tecnológicas y políticas, pero dice que el reciclaje enzimático y otras tecnologías de reciclaje de productos químicos están avanzando rápidamente, y es optimista de que tendrán un papel a jugar. “Creo que el reciclaje químico es útil en contextos donde otras soluciones no funcionan”, dice. “Y hay muchos lugares donde otras soluciones no funcionan”.