UNIVERSIDAD NACIONAL
MAYOR DE SAN MARCOS
FACULTAD DE QUÍMICA,
INGENIERÍA QUÍMICA Y
AGROINDUSTRIAL
ESCUELA ACADÉMICO
PROFESIONAL DE INGENIERÍA
QUÍMICA
NOMBRE DEL PLAN DE TESIS:
OBTENCIÓN DE BIOPLÁSTICOS A
PARTIR DE FÉCULA DE PAPA (DE
TERCERA CATEGORÍA)
ALUMNA: MARIA LOLA MATÍAS
CÓRDOVA CODIGO: 05070198
PROFESOR DEL CURSO: ING. JOSE
MANUEL GARCIA
PANTIGOZO
TITULO: OBTENCIÓN DE BIOPLÁSTICOS A PARTIR DE PAPA
RESUMEN
INTRODUCCIÓN
CAPITULO I: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1. Formulación del problema.
1.2. Justificación. Precisar por qué es conveniente estudiar este problema, y para quién o quiénes es conveniente este estudio, el quién o quiénes son generalmente empresas públicas y privadas o sectores de la población.
1.3. Objetivos de la investigación. 1.3.1 Objetivo general
1.3.2 Objetivos específicos 1.4. Formulación de la hipótesis
1.5. Identificación y clasificación de las variables. CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL
2.1. Antecedentes del problema. Estudios anteriores sobre el tema en los últimos años.
2.2. Bases teóricas. Teorías o enfoques teóricos directamente relacionados con
el problema – tema.
2.3. Definición de términos. (Deben ser términos estrictamente necesarios).
CAPÍTULO III: METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 3.1. Tipo de investigación
3.2. Diseño de la Investigación
3.3. Técnica de recolección de datos. 3.4. Procesamiento de los datos. 3.5. Técnicas de Análisis de datos.
CAPITULO IV: PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACION 4.1. Plan de acciones
4.2. Recursos Necesarios
4.3. Presupuesto: Costo del Proyecto 4.4. Cronograma de actividades. CAPITULO V: CONCLUSIONES CAPITULO VI. RECOMENDACIONES
RESUMEN
En el presente informe se revisará la producción de bioplásticos a base de fécula de papa, en el cual se transforma el almidón de la papa en ácido poliláctico, que luego de ser sometido a procesos que lo hagan más resistente, se usa para la fabricación de diversos tipos de objetos desde celulares hasta automóviles.
El ácido poli-láctico es un polímero biodegradable derivado del ácido láctico. Es un material altamente versátil, que se hace a partir de recursos renovables al 100%, como son la maíz, la remolacha, el trigo y otros productos ricos en almidón. Este ácido tiene muchas características equivalentes e incluso mejores que muchos plásticos derivados del petróleo, lo que hace que sea eficaz para una gran variedad de usos.
A la hora de trabajar con este material y desarrollar nuevos productos se debe tener en cuenta que tiene las características de un plástico normal, puede pasar por procesos de moldeo, extrusión, soplado, además de tener la resistencia, rigidez y demás cualidades presentes en los plásticos pero, de origen natural. Sin embargo su utilización es enfocada a productos de vida útil corta por su baja resistencia a la acción de los microorganismos en aplicaciones a la intemperie y en productos de larga vida útil. Cabe resaltar también que lo que se aprovecha generalmente son los residuos de estos recursos que se encuentran fácilmente en la naturaleza y que se renuevan. Esto hace que las ventajas sean mayores puesto que no solo se reducen impactos ambientales sino que se termina con todo el ciclo de vida tanto de las materias primas como de los productos, aprovechando así hasta los residuos orgánicos.
INTRODUCCION
En un mundo que se está volviendo muy sensible a la necesidad de proteger nuestro medio ambiente, la habilidad de crear productos de recursos sostenibles y que sirvan totalmente de abono al término de su vida útil, es una proposición emocionante y atractiva.
El plástico tradicional está compuesto por un polímero denominado polietileno, sintetizado a partir del petróleo por la industria petroquímica. La carestía de este combustible fósil, su carácter contaminante y el hecho de que es una fuente que, tarde o temprano, acabará por agotarse, ha llevado a algunas partes de la industria a buscar alternativas. El ácido poliláctico (PLA), sintetizado a partir de almidón de papa, es una de las prometedoras.
Se denomina bioplásticos a un tipo de plásticos derivados de productos vegetales, tales como el aceite de soja, maíz o en nuestro caso almidón de papa, a diferencia de los plásticos convencionales, derivados del petróleo.
En estos últimos años se han desarrollado operaciones a gran escala para la producción económica de polímeros PLA, usado para aplicaciones de empaque y fibras.
El objetivo de este informe será revisar la química del PLA y discutir el procesamiento comercial que confirma su posición como un material viable para muchas aplicaciones tanto en fibras como en la industria plástica.
Reconociendo que este es un nuevo polímero con sus propias características y requerimientos de proceso, los beneficios ambientales del PLA serán discutidos y comparados con los actuales polímeros a base de petróleo.
CAPITULO I: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1.FORMULACIÓN DEL PROBLEMA . • Desde el punto de vista económico
El petróleo es de importancia considerable debido a que se le utiliza para la obtención de diversos productos como: lubricantes, esencias, gasóleo, kerosene, diesel, y estos a su vez sirven para obtener plásticos, fibras, surfactantes, etc.
Como derivado del petróleo se tiene al polietileno, el cual es una materia prima para la industria del plástico en general
El Perú importa petróleo de países como Ecuador, Colombia y el año pasado decidió comprarle a Irán.
De lo mencionado anteriormente se puede ver que en el Perú existe una dependencia muy notoria en el consumo de petróleo, el valor de las importaciones de este recurso se ha ido incrementando de tal manera que las altas o bajas en la producción extranjera influyen de manera considerable en el consumidor del día a día, y a su vez afecta el procesamiento de derivados de petróleo como el plástico, generando problemas económicos nacionales.
• Desde el punto de vista medio-ambiental
Los residuos plásticos se acumulan en grandes cantidades y su degradación es lenta.
mundo. El reciclado de los plásticos aliviaría un poco la situación, pero sólo en parte.
Por este motivo, el reemplazo de los plásticos no degradables por biopolímeros totalmente degradables obtenidos a partir de fuentes de carbono renovables sería una solución mucho más completa para los diferentes aspectos de este problema.
1.2. JUSTIFICACIÓN.
El estudio de este problema es de suma importancia ya que contribuye en primer lugar al desarrollo de la ciencia y en segundo lugar a la creación de procesos sostenibles con los cuales el grado de contaminación en la producción disminuiría considerablemente.
Este estudio es conveniente tanto para el sector privado como público.
Para el sector privado, porque podría generar nuevos productos a base de materia prima peruana y contribuir al desarrollo sostenible de procesos.
También contribuiría a la optimización de procesos que a veces el estado debido a la carencia de recursos económicos no puede hacer. Para el sector público, porque se está desarrollando un proceso en el cual se utiliza materia prima nacional (papa de tercera categoría) con lo cual se hace mínima nuestra dependencia de petróleo de la producción extranjera.
El estado estaría contribuyendo como agente activo en la generación de procesos sostenibles, estando a la par de países europeos como Alemania, Francia, Suiza, que evitan todo de tipo de contaminación en el procesamiento de recursos.
1.3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN .
1.3.1 Objetivo general
Desarrollar un proceso para la obtención de bioplásticos a partir de papa de tercera categoría.
Demostrar que los bioplásticos son biodegradables y no necesitan de ningún agente para lograr este fin.
Analizar el impacto ambiental en la producción de bioplásticos.
1.3.2 Objetivos específicos
Analizar los equipos utilizados en el diseño de los procesos de producción.
Comparar y analizar costos y utilidades en la puesta de la planta de producción de bioplásticos.
Construir y hacer el diseño de la planta de producción usando software de ingeniería.
1.4. FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS
Basado en las investigaciones realizadas acerca de la obtención de bioplásticos a partir de fuentes no fósiles como el petróleo y la necesidad de generar procesos que reduzcan, tanto nuestra dependencia económica de otros países, así como la generación de residuos que contribuyan con la contaminación ambiental, se propone el diseño de una planta para la obtención de bioplástico a partir de fécula de papa a fin de obtener un producto que sea 100% biodegradable y que reduzca nuestra dependencia de un combustible dañino al medio ambiente como es el petróleo.
1.5. IDENTIFICACIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LAS VARIABLES. Nuestras variables serán:
Costo de producción
Grado de contaminación ambiental Generación de residuos.
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL
2.1. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA .
Los estudios acerca de la producción de bioplásticos a partir de papa son escasos debido al reciente desarrollo y al recelo que muestran las compañías en exponer al público su modo de producción.
Sin embargo, a continuación expongo algunos estudios del tema.
ESTUDIO DEL GRUPO SPHERE
El grupo Sphere (firma pionera en estos asuntos y en la fabricación de derivados del plástico) con motivo del III Seminario Internacional sobre Plásticos Biodegradables, presentó una alternativa en la elaboración de bolsas de bioplástico que utiliza almidón de papa (patata) como materia prima fundamental.
Estas bolsas de bioplástico de papa se comienzan a degradar a los 180 días y se pueden utilizar en la fabricación de compost, todo esto sin perder cualidades en comparación con el plástico corriente. También se debe resaltar que de una papa se pueden obtener hasta
diez bolsas bioplásticas con las mismas características que las bolsas de plástico. Las materias principales que conforman este nuevo bioplástico son además de fécula de papa, el azúcar y/o copoliester. Estos productos no son sólo biodegradables, sino también compostables, lo cual significa que se descomponen biológicamente por la acción de microorganismos y acaban volviendo a la tierra en forma de productos simples que pueden ser reutilizados por los seres vivos, es decir que reingresan al ciclo de la materia.
Los bioplásticos son polímeros termoplásticos fabricados a partir de recursos renovables tal como la patata, 100 % naturales y renovables, en lugar del petróleo. Estos gránulos bioplásticos pueden ser transformados en las maquinas utilizando las resinas termoplásticas. Las resinas BIOPLAST tienen los materiales biopoliméricos que se utilizan de la misma manera que los plásticos sintéticos tradicionales.
No solamente los productos fabricados a partir de BIOPLAST están perfectamente adaptados a numerosos usos industriales, a su vez garantizan igualmente un trato fácil y ecológico después de su uso. • Bioplast: un material biodegradable
• Bioplast: un material renovable • Bioplast: un material compostable
• Bioplast: un material reciclable e incinerable • Bioplast: no tiene CO2 adicional
Plásticos a partir de polímeros naturales de plantas
El almidón es un polímero natural. Se trata de un tipo de hidrato de carbono constituido por moléculas grandes que la planta sintetiza durante la fotosíntesis y le sirve como reserva de energía. Cereales, como el maíz y tubérculos, como la papa, contienen gran cantidad de almidón.
El almidón puede ser procesado y convertido en plástico, pero como es soluble en agua se ablanda y deforma cuando entra en contacto
con la humedad, limitando su uso para algunas aplicaciones. Esto puede ser solucionado modificando químicamente el almidón que se extrae del maíz, trigo o papa.
En presencia de microorganismos el almidón es transformado en una molécula más pequeña (un monómero), el ácido láctico. Luego, el ácido láctico es tratado químicamente de manera de formar cadenas o polímeros, los que se unen entre sí para formar un polímero llamado PLA (ácido poliláctico).
El PLA puede ser usado para fabricar macetas que se plantan directamente en la tierra y se degradan con el tiempo, y pañales descartables. Se encuentra disponible en el mercado desde 1990 y algunas preparaciones han demostrado ser muy buenas en medicina, en particular, en implantes, suturas y cápsulas de remedios, debido a la capacidad del PLA de disolverse al cabo de un tiempo.
ESTUDIO DEL CUARTO CONGRESO INTERNACIONAL DEL PLASTICO
BIODEGRADACION DE POLIMEROS
Es un proceso a través del cual se obtiene la desintegración del polímero en pequeños fragmentos debido a la ruptura de enlaces
en su cadena
macromolecular, tal que puedan ser asimilados como biomasa por microorganismos
(bacterias, hongos, levaduras, gusanos o insectos) presentes en el medio ambiente.
USO DE PLÁSTICOS BIODEGRADABLES:
� Son polímeros cuya estructura química permite procesos biodegradativos, usualmente obtenidos a partir de derivados naturales renovables en vez de los usuales derivados petroquímicos, químicos o gas natural.
� De acuerdo a la norma europea EN13432, los polímeros que poseen biodegrabilidad bajo condiciones específicas son bioplásticos. � Un Biopolímero es un polímero presente en organismos vivos o sintetizados por éstos, o un polímero sintetizado a partir de recursos naturales renovables.
• La síntesis a partir de recursos naturales renovables NO garantiza biodegradabilidad.
Ejemplos:
� Desarrollo de Braskem (Brasil) para producir Polietileno “Verde” de Alta Densidad a partir de etanol extraído de la caña de azúcar.
� Un bioplástico puede ser un polímero sintético o natural: • Sintéticos: Policaprolactona (PCL), Polidioxanona (PPDX)
• Naturales: Almidón, fécula, celulosa, Poli(Hidroxi Butirato) (PHB), Polilactida (PLA)
Obstáculos a Superar
� La aceptación de polímeros biodegradables probablemente depende de cuatro incógnitas:
• La respuesta de los consumidores a los costos que hoy día son de 2 a 4 veces más altos que para los polímeros convencionales.
• Garantizar la biodegradabilidad total.
• Incremento de leyes y normativas que obliguen a un uso mayor de bioplásticos, particularmente, en la industria del empaque y embalaje.
� Ya existen países que han implementado este tipo de leyes.
• El desarrollo de una infraestructura para recoger, aceptar y procesar polímeros biodegradables como una opción disponible para la eliminación de residuos.
� Sobre el último punto, existe preocupación sobre las limitaciones que impone la presencia de bioplásticos en los residuos urbanos cuando se consideraran acciones de reciclaje de desechos plásticos. • Al no separar los bioplásticos de los plásticos convencionales, si ambos son reprocesados como una mezcla, se estima que surjan mayores problemas en las propiedades del producto final debido al grado de biodegradación alcanzado por el bioplástico.
Por otro lado, grandes compañías están dando los primeros pasos en la industrialización de PLA y producción de elementos de uso cotidiano.
CASO TOYOTA
La corporación de automóviles Toyota está planeando construir una planta piloto para producir ácido poliláctico, un bioplástico hecho a partir de recursos renovables tales como la caña de azúcar. Se prevé que la nueva planta piloto que será construida en una instalación ya terminada en Japón, produzca 1000 toneladas de bioplástico por año.
Por mucho tiempo, TOYOTA se involucró activamente en varios campos de investigación y desarrollo encaminados a la promoción de la llamada regeneración global y la creación de la sociedad del reciclaje. Sus esfuerzos han incluido el inicio de varias prácticas para la reducción del impacto ambiental en cada etapa de la vida de un vehículo desde su desarrollo y fabricación hasta su uso y desuso. Como parte de este esfuerzo, Toyota ha promovido la investigación y desarrollo de la tecnología de manufactura de bioplásticos y ha comenzado ya a usar los
eco plásticos - bioplásticos de uso en vehículos con mejor desempeño, durabilidad, resistencia el calor. Esto mediante el rediseño total del vehículo de pasajeros Raum que se lanzó en mayo. Luego de confirmar la viabilidad de la tecnología de manufactura de bioplásticos, ahora Toyota planea investigar la factibilidad y rentabilidad de uso de estos bioplásticos en la producción en masa a través de la puesta en marcha de esta planta piloto. Usando la caña de azúcar como materia prima, Toyota busca dominar todo el proceso desde la fermentación y purificación del ácido láctico hasta la polimerización del ácido poliláctico.
Puesto que la materia prima de los bioplásticos absorbe el dióxido de carbono del aire durante su crecimiento, los bioplásticos significarían una contribución para prevenir el calentamiento global a diferencia de los plásticos hechos a base de petróleo. Es más, los bioplásticos pueden adquirir cualidades biodegradables que permitirían su
fragmentación con agua, dióxido de carbono y el uso de microorganismos del suelo, lo que ayudaría a resolver el problema del manejo de desechos. De esta forma, lo bioplásticos se convierten en una importante contribución para la disminución del impacto ambiental.
Toyota está comprometido con el medio ambiente, lo demuestra con sus planes de crear un coche a base de un bioplástico desarrollado con algas marinas.
Este bioplástico produciría 60% menos dióxido de carbono y
ahorraría un 30% de energía. Según estiman, tendrían su primer
modelo dentro de 15 años.
CASO SAMSUNG
Samsung ha anunciado la llegada del E200, un celular de la nueva línea llama ECO district en la cual se usa material bioplástico.
De acuerdo al análisis de la línea, usando 1 tonelada de bioplástico en vez de el plástico tradicional se reducen 2.16 TON de CO2 emitidos durante su proceso de producción.
El bioplástico además se degrada a un velocidad mayor y puede ser reciclado sin causar problemas.
CASO HEWLETT PACKARD
Hewlett-Packard ha mostrado un ordenador hecho de bioplástico a base de maíz. La computadora fue parte de un gran trabajo cuya característica era ahorrar energía y reducir el impacto ambiental.
2.2. Bases teóricas .
PRODUCCION DE BIOPLASTICOS A BASE DE PAPA
1. EXTRACCION DE LA FECULA DE PAPA
Entre todos los vegetales, la fécula de papa ofrece numerosas ventajas para la fabricación de bioplásticos.
• Su rendimiento por hectárea en fécula.
• Sus propiedades olfativas neutras.
• Una nueva generación de bioplásticos sin plastificante. La fécula de papa contiene la amilasa, azúcar base del mundo vegetal.
La amilasa está presente en más de 50 plantas como la papa, el maíz, el trigo, el arroz.
Los recursos vegetales y renovables permiten fabricar prácticamente todos los productos procedentes del petróleo. Tienen el mismo
origen, el carbono. Pero el vegetal tiene una vida mejor: es renovable y neutro frente al efecto invernadero. Además los productos
provenientes de recursos vegetales y renovables, no son tóxicos, no contaminan.
2. PROCESO PARA LA PRODUCCIÓN DE ACIDO POLILACTICO A BASE DE FÉCULA DE PAPA
El polímero de PLA se forma por:
a. Condensación directa de ácido láctico b. Vía cíclica con un intermediario dímero a. Poli condensación de ácido láctico
Este proceso envuelve la remoción de agua por condensación y el uso de un solvente en alto vacío y temperatura (este acercamiento fue usado por Carothers quien descubrió el PLA en el año 1932).
Con esta ruta, sólo polímeros de bajo peso molecular pueden ser producidos, debido principalmente a las dificultades en la remoción de agua e impurezas.
Otras desventajas de esta ruta es que utiliza un reactor de gran tamaño, necesita de evaporación y recuperación del solvente.
b. Polimerización por anillo abierto
Este método es mucho mejor para producir un polímero de alto peso molecular y ha sido actualmente adaptado comercialmente a las necesidades debido a la fermentación del almidón que ha reducido significativamente los costos en la producción de ácido láctico.
La fermentación del azúcar produce ácido láctico quiral, las moléculas quiral existen como estereoisómeros, el ácido láctico puede existir como L o D estereoisómero.
El ácido láctico sintetizado químicamente da una mixtura (50%D y 50% L), sin embargo, la fermentación es muy específica, permitiendo la producción de esencialmente un estereoisómero. La fermentación derivada de ácido láctico consiste de 99.5% de el isómero L y 0.5% del isómero D.
El proceso está basado en remover agua sin solvente para producir un dímero intermediario, el cual ya ha sido purificado por
destilación al vacío. La polimerización en anillo del dímero es lograda mediante calor, nuevamente sin la necesidad de solvente. Controlando la pureza del dímero, es posible producir un rango variado de moléculas pesadas y variando la cantidad y secuencia de las unidades D en el polímero, las propiedades del producto pueden ser cambiadas. Estos cambios impactan en el comportamiento frente a la capacidad de derretirse, propiedades térmicas y ductibilidad.
Basado en este método, se ha desarrollado una patente, un proceso continuo a bajo costo para la producción de polímeros ácido base.
Este proceso empieza con la condensación continua del ácido láctico acuoso para producir un PLA de bajo peso molecular (pre-polímero)
Luego, el pre-polímero es convertido en una mixture de estereoisómeros usando catálisis para aumentar la velocidad y selectividad de la reacción cíclica intramolecular. La mixtura del láctido fundido es luego purificada por destilación al vacío. Finalmente, el polímero de PLA es producido usando un catalizador de estaño. Luego que la polimerización se completa, cualquier monómero remanente es removido mediante vacio y recirculado al inicio del proceso.
La fécula, el azúcar y/o el copoliester son mezclados y calentados con el fin de formar una pasta homogénea. Se colocan en un tornillo sin fin hacia un tamiz que forma
unos hilos.
Los hilos de bioplástico pasan a un baño por un baño que los enfría, luego son cortados para formar los gránulos.
Los gránulos de bioplástico luego serán
transformados por
la industria del plástico para
fabricar una larga variedad de
PROPIEDADES DE LA FIBRA DE PLA
La fibra de PLA tiene un número de características que son similares a muchos otras fibras termoplásticas. La única propiedad en comparación es que es la única fibra de recursos naturales anualmente renovables.
La propiedades físicas y estructura han sido han sido estudiadas por muchos investigadores y estos trabajos confirman que es un polímero con gran potencial comercial como una fibra textil. Sus propiedades mecánicas son consideradas muy similares al convencional PET y es probablemente debido a su bajo punto de fundición, las comparaciones con respecto al propileno son también apropiadas. Apariencia.- las fibras son generalmente circulares y tienen una superficie suave.
Densidad.- la gravedad específica es 1.25 g/cm3 , más baja que las fibras naturales y el PET.
Indice de Refracción.- el índice de refracción es 1.35-1.45, es menor que el PET.
Propiedades Térmicas.- el PLA es un polímero rígido a temperatura ambiente. La temperatura de fundición (en L o D estereoisómeros) es entre 160°C y 170 °C.
Se tienen 4 tipos de ácidos polilácticos disponibles, cada uno de ellos con características especiales.
- 4041D; gran estabilidad hasta los 265ºF (130ºC)
- 4031D: también se utiliza a gran temperatura hasta 130ºC
- 1100D: se utiliza para hacer tazones, las cajas de las patatas fritas, empaquetado de congelado vegetal.
- 2000D: se utiliza en envases transparentes de alimentos, para fabricar tazas, envases de leche.
Dentro de la industria textil, son conocidas las aplicaciones del PLA para la creación de telas empleadas en la tapicería, la elaboración de trapos y la confección de toldos y cubiertas resistentes a la luz U.V.
El PLA se ha convertido en un material muy importante en la industria médica, donde lleva funcionando más de 25 años. Por sus características el PLA se ha convertido en un candidato ideal para implantes en los huesos o en los tejidos (cirugía ortopédica, facial, de pecho, abdomen).
Características
• El PLA es un polímero permanente e inodoro.
• Es claro y brillante como el poliestireno (se utiliza para fabricar baterías y juguetes). Resistente a la humedad y a la grasa. Tiene características de barrera del sabor y del olor similares al plástico de polietileno tereftalato, usado para las bebidas no alcohólicas y para otros productos no alimenticios.
• La fuerza extensible y el modulo de elasticidad del PLA es también comparable al polietileno. Pero es más hidrofílico que el polietileno, tiene una densidad más baja. Es estable a la luz U.V., dando como resultado telas que no se decoloran. Su inflamabilidad es demasiado baja.
• El PLA se puede formular para ser rígido o flexible y puede ser copolimerizado con otros materiales. El PLA se puede hacer con diversas características mecánicas dependiendo del proceso de fabricación seguido.
En la información que se muestra en la tabla se puede apreciar como el PLA parece una fibra excelente con las credenciales técnicas para sustituir al polipropileno.
¿ES EL PLA TAN BUENO COMO PARECE?
Caracterís
tica PLA DEL CD P PLA de Kurar ay Rayón Lyoce ll Poliester Densidad (g/cm3) 1.25 1.27 1.51 1.52 1.38 Punto de fusión (°C) 120 -170 170 Ningu no Ninguno 260 Cuenta (dtex) 1.7 (e.g .) 1.7 1.7 1.7 1.7 Tenacidad (cN/tex) 50 25-45 20-25 40-45 35-65 Alargamie nto (%) 35 N/A 18-22 14-16 15-40 Recobro de la humedad (%) 0.4 - 0.6 0.48 13 12 0.4
El PLA parece ser un producto increíble, es biodegradable, y de él se hacen recursos renovables, algunos piensan que el PLA es demasiado bueno para ser verdad.
Una crítica importante del polímero ocurre durante su fase de descomposición biológica. El PLA emite CO2 y CH4 durante este proceso. Son dos de los gases invernaderos que se quieren reducir sus emisiones por los comités internacionales. Otra crítica es que aún se necesita de los combustibles fósiles para producir el PLA, aunque estos fósiles no se usan en el polímero directamente, son necesarios en el proceso de cosecha de las plantas y la producción química.
En respuestas a estas preocupaciones, los partidarios del PLA reconocen que los combustibles fósiles se están utilizando para producir el plástico, pero indican que este proceso requiere de entre un 20 0 50% menos de recursos fósiles que si lo obtenemos directamente del petróleo.
Para la producción de plásticos convencionales, el petróleo es el recurso primario, mientras que el carbón y el gas natural se utilizan en la fabricación de plásticos biodegradables. Se esta investigando como utilizar energía renovable o aprovechar la energía que se utiliza para fabricar los plásticos biodegradables (cogeneración y biomasa), también se buscan otras materias primas para el PLA.
Además esta tecnología de obtener ácido láctico, y por lo tanto PLA, a partir de trigo, remolacha, data de hace poco tiempo, mientras que la obtención de plásticos a partir del petróleo lleva 100 años, con lo cual la mejora puede ser muy grande. También se intenta reducir el consumo de energía en el proceso de fabricación de los plásticos biodegradables en un 50%.
En respuesta a la discusión de la emisión de los gases invernaderos, los partidarios del PLA afirman que el CO2 ( dióxido de carbono)
enviado a la atmósfera es consumido por las plantas nuevas y por consiguiente no supone un aumento neto del mismo en la atmósfera. El gravamen del ciclo vital es una técnica que podría ayudar a determinar las ventajas y desventajas del PLA. Según la sociedad de toxicología del medio ambiente y la química (SETAC), el gravamen del ciclo vital es “un proceso objetivo para evaluar las cargas ambientales asociadas a un producto, proceso o actividad que identifica y cuantifica los materiales usados y la basura lanzada al ambiente y para poder evaluar posibles mejoras ambientales”.
El gravamen del ciclo vital consta de 3 etapas:
1) Análisis de inventario: se anotan todos los datos de aspectos ambientales de los recursos que se consumen, ver las emisiones al aire, agua, tierra durante el proceso de fabricación, de uso y de disposición y se analiza este gravamen de inventario.
2) Gravamen del impacto: se miran todos estos intercambios entre el producto y el ambiente y se comprueba su contribución a estos aspectos ambientales importantes (calentamiento global, niebla de humo, agotamiento del combustible fósil).
3) Interpretación de resultados y recomendaciones.
EL MERCADO DE LOS BIOPLÁSTICOS
En las previsiones que se hacen a nivel mundial para 2010, se espera que el crecimiento de la capacidad global instalada para la producción de materiales biodegradables sea de 75% con respecto al presente. Aunque en la actualidad los valores absolutos no alcanzan ni el 1% de la demanda total de resinas plásticas en el mundo, el crecimiento de las resinas biodegradables es muy alto.
Existe una combinación de factores que está impulsando el crecimiento y aceptación de las resinas biodegradables, estos son:
• El precio ascendente y alto de las resinas derivadas del petróleo.
• La concienciación de los consumidores sobre la necesidad de proteger el medio ambiente, adquiriendo productos “más ecológicos”.
• La madurez tecnológica ya alcanzada en la generación básica de productos con estas resinas
• Las leyes gubernamentales que se están gestando en varios países, especialmente de Europa, fomentando el uso de estos productos biodegradables.
• La exclusión de sistemas de gestión de residuos tales como los vertederos y la mala imagen de la valorización energética como solución final.
Embalajes alimentarios o no: todo tipo de bolsas, films ligeros, vasitos, bandejas
Embalajes industriales: films y partículas de calados Productos para agricultura: films de pajas y cintas
Productos de higiene y varios: bastoncillos, platos desechables, pañales
Algunos polímeros de origen vegetal se utilizan también en la industria automóvil (para piezas técnicas).
Las características de este mercado
Un mercado en fuerte crecimiento en comparación con el del plástico tradicional (evolución de la tasa de introducción: 0,03% en 2002, 0.32% en 2005)
Un decalage de 2 años existe entre las capacidades de producción y de consumo
Los procesos de transformación no necesitan cambios tecnológicos sino más bien arreglos técnicos.
• Bolsas para consumo 130,000 toneladas • Bolsas basura 125,000 toneladas
• Bolsas gran contenido 20,000 toneladas • Pequeña y mediana bolsita 70,000 toneladas • Film de envolver 15,000 toneladas
2.3. Definición de términos
Plástico – Materia capaz de deformarse bajo la acción de una fuerza
exterior y de volver a su estado anterior.
Biopolímeros – Polímetros presentes en organismos vivos o
sintetizados por estos.
Incluyen polímetros derivados de recursos renovables que se pueden polimerizar para fabricar bioplásticos.
Bioplásticos – Plásticos fabricados a partir de biopolímeros. Son
biodegradables conforme a la norma NF EN 13432.
La norma NF EN 13432 – Describe las exigencias esenciales
relativas a envoltorios biodegradables y de compostaje. Permite determinar la biodegradación y la desintegración del envoltorio, en un tiempo marcado y así controlar la concentración de metales pesados y la ausencia de eco-toxicidad.
El umbral de biodegradabilidad impuesto de 90% debe alcanzarse en un plazo máximo de 6 meses.
Biodegradación – Es la digestión por micro-organismos, después de
la descomposición y bajo los efectos de la humedad, del oxigeno y de la temperatura.
El resultado es la formación de agua, de carbono y de biomasa.
Compostabilidad – Análisis de la cantidad de abono después de la
biodegradación (degradación química) y de la desintegración (degradación física).
Para que un envase plástico obtenga la etiqueta de “compostable”, debe cumplir los siguientes requisitos:
• Biodegradabilidad: 90% antes de seis meses
• Desintegrabilidad: la fragmentación y la pérdida de visibilidad del residuo en el compost final (ausencia de contaminación visual). Esto se mide con el ensayo de compostaje (EN 14045), en el que el material tienen que estar desintegrado antes de 3 meses, con un tamaño inferior a 2 milímetros y que alcance al 90% de la masa inicial.
• Ausencia de efectos negativos en el propio proceso de compostaje.
• Bajos niveles de metales pesados (por debajo de los valores máximos predefinidos), y la ausencia de efectos negativos sobre la calidad del compost (por ejemplo, la reducción de valor agronómico y la presencia de efectos ecotóxicos en el crecimiento de las plantas). Para ello tiene que realizarse un test de crecimiento de las plantas (test OCDE 208, modificado) llevándose a cabo sobre las muestras del compost obtenido en la biodegradación y un compost normal, no teniendo que existir diferencias de resultados bajo las mismas condiciones.
• Otros parámetros físico-químicos que no deben ser diferentes de los del control del compost después de la degradación: pH, salinidad, sólidos volátiles, N, P, Mg,
Compost – Materia prima usada como estiércol natural para la
CAPÍTULO III: METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
3.1. Tipo de investigación
El tipo de investigación empleada en este trabajo es el método hipotético deductivo.
Ya que este trabajo se basa en otros estudios del extranjero para poder producir un material plástico utilizando materia prima peruana que será totalmente biodegradable y al término de su vida útil será compostable, lo cual reduce de manera considerada los efectos por contaminación ambiental.
3.2. Diseño de la Investigación
En cuanto al diseño de investigación, éste es la estrategia general que se adopta para responder al problema planteado.
En atención al diseño, la investigación se clasifica en: documental, de campo y Experimental.
El diseño empleado en este trabajo es el documental el cual consiste en un proceso basado en la búsqueda, recuperación, análisis, crítica e interpretación de datos secundarios, es decir, los obtenidos y registrado por otros investigadores en fuetes documentales: impresas, audiovisuales o electrónicas. Como en toda investigación, el propósito de este diseño es el aporte de nuevos conocimientos. En este capítulo se muestra como se llevo la formulación de este proyecto de investigación.
Asimismo, el marco metodológico es un cuerpo de conocimientos que describe y analiza los métodos, indicando sus limitaciones y recursos
clasificando sus supuestos y consecuencias y considerando sus puntos fuertes para los avances en la investigación,
A continuación se presenta un breve resumen de la metodología llevada a cabo en la investigación.
1.1METODOLOGÍA
El tema es: Obtención de bioplásticos a base de papa de tercera categoría
PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN: es la dependencia muy notoria en el consumo de petróleo, el valor de las importaciones de este recurso se ha ido incrementando de tal manera que las altas o bajas en la producción extranjera influyen de manera considerable en el consumidor del día a día, y a su vez afecta el procesamiento de derivados de petróleo como el plástico, generando problemas económicos nacionales.
METODOLOGÍA: La metodología propuesta se desagrega por etapas,
una propuesta conforme a una serie de pasos: elección del tema, planteamiento del problema, recopilación de datos, análisis e interpretación de datos, comunicación de resultados, formulación de recomendaciones e implantación.
Dicho marco permite identificar claramente los factores bajo estudio y analizar en forma ordenada y sistemática sus componentes del modo más racional utilizando las técnicas más adecuadas.
JUSTIFICACIÓN:
Fue llevado a cabo un análisis de las características del problema lo cual trajo como resultado la aplicación y seguimiento de una investigación documental y de un tipo de estudio explicativo.
FUNDAMENTACIÓN:
Se determino la metodología a seguir de la investigación después de un análisis y examinación de las etapas propuestas por varios autores expertos en la materia los cuáles se presentan en el marco metodológico y de acuerdo a estas propuestas y a las características del estudio.
3.3. Técnica de recolección de datos.
Fuentes de información: Primaria y Secundaria.
1- Fuentes Primarias: Se obtiene información por contacto directo
con el sujeto de estudio; por medio de observación.
2- Fuentes Secundarias: Información obtenida desde documentos,
estadísticas.
3.4. Procesamiento de los datos.
Los diferentes métodos de procesamiento están relacionados con el avance tecnológico. Las alternativas presentadas podrán ser elegidas, dependiendo de la rapidez con que se necesitan y la inversión en dinero que se requiera para obtenerlas.
Los tipos de procesamiento que existen, son los siguientes:
a. Proceso Manual:
Este es el proceso más antiguo e involucra el uso de los recursos humanos, tales como realizar cálculos mentales, registrar datos con lápiz y papel, ordenar y clasificar manualmente. Esto da como resultado un proceso lento y expuesto a generar errores a lo largo de todas las etapas o actividades del ciclo de procesamiento.
Considera el uso de máquinas registradoras y calculadoras, como el ábaco y las reglas de cálculo, reemplazando en cierto grado el proceso de cálculo manual. Esto trae como lógica consecuencia el aligeramiento del trabajo en relación al proceso y la reducción de errores, pero mantiene la desventaja del proceso de almacenamiento de toda la información resultante. Ejemplo: Obtener la hora empleando un reloj a cuerda, que es un aparato mecánico, que interiormente tiene una serie de engranajes, que se encuentran debidamente coordinados entre sí y cuyo movimiento hace girar una aguja en forma radial y proporcional al tiempo.
c. Procesos Electrónicos
En este tipo de proceso se emplean las computadoras. Una vez ingresados los datos, el computador efectúa los procesos requeridos automáticamente y emite el resultado deseado. Los procesos son realizados a velocidades increíblemente altas, obteniendo información confiable.
3.5. Técnicas de Análisis de datos.
La técnica de análisis de datos representa la forma de cómo será procesada la información recolectada, esta se puede procesar de dos maneras cualitativa o cuantitativa, en esta ocasión se utilizará el análisis cualitativo, el cual es una técnica que indaga para conseguir información de contextos, variables o ambientes en profundidad.
CAPITULO IV: PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACION
4.1. Plan de acciones No se registró.
4.2. Recursos Necesarios
Los recursos necesarios para este trabajo fueron: Monografías
Revistas de Ingeniería Química Informes Técnicos
Tesis
Fuentes Secundarias (manuales) Fuentes electrónicas (internet) Datasheets
Diagramas de flujo de compañías productoras de bioplástico a nivel mundial
Recursos Financieros
4.3. Presupuesto: Costo del Proyecto
MES ACTIVIDAD COSTO (nuevos soles)
ABRIL Recolección de Información vía internet 10 Visita a bibliotecas 14 Compra de libros 10 MAYO Recolección de Información vía internet 12 JUNIO Recolección de Información vía internet 8
COSTO TOTAL 67 4.4. Cronograma de actividades. MES RECOLECCIO N DE INFORMACIO N VIA INTERNET TRADUCCI ON DE INFORMACI ON DE INTERNET VISITA A BIBLIOTECA S Y COMPRA DE LIBROS HACER UN RESUMEN DE LO TRADUCID O HACER EL TRABAJ O EN WORD ABRIL-SEMANA 1 x ABRIL-SEMANA 2 x ABRIL-SEMANA 3 ABRIL-SEMANA 4 x MAYO-SEMANA 1 MAYO-SEMANA 2 x MAYO-SEMANA 3 x MAYO-SEMANA 4 JUNIO-SEMANA 1 x x JUNIO-SEMANA 2 x JUNIO-SEMANA 3 x x JUNIO-SEMANA 4 x JULIO-SEMANA 1 x x
SEMANA 2
CAPITULO V: CONCLUSIONES
El campo de los bioplásticos está empezando a ser visto y explotado por las empresas transnacionales por lo que su desarrollo a nivel de los países en vías de desarrollo es lento. Se comprueba que los bioplásticos son 100% biodegradables,
es decir, no necesitan de un elemento adicional para lograr su degradación completa.
Se comprueba que la producción de bioplásticos cumple con los estándares medio-ambientales, además es un producto que no contamina al término de su ciclo de vida.
Están llevándose a cabo investigaciones, por parte de empresas distribuidoras de bioplásticos, para darle una consistencia más dura a este plástico y así volverlo un fuerte competidor del PET. El uso de papa para la producción de bioplásticos no afecta en
el consumo de la población, ya que la papa que se utiliza es papa de tercera categoría, es decir, es papa que normalmente se desecha ya que no va a consumo humano.
El PLA es un polímero biodegradable hecho de recursos renovables. Y como material versátil que es, está aumentando su uso en la medicina, en las diferentes aplicaciones de la industria textil y del empaquetado, principalmente en esta industria está despertando mucho interés por sus excepcionales características y su biodegradabilidad. El PLA es un polímero que veremos mucho en el futuro por ser una verdadera innovación en materiales de empaquetado.
CAPITULO VI. RECOMENDACIONES
Registrar cada dato de las referencias bibliográfica (año, edición, editorial)
Registrar las direcciones de las páginas web visitadas
Si se tuviera información en inglés, como en este caso, hacer la traducción de la información recolectada lo antes posible, evitando así que la información se acumule al final.
Promover la investigación e incentivar proyectos donde se utilice materia prima nacional y que contribuya al desarrollo sostenible de procesos.
CAPITULO VII: REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
• SCIENTIFIC ELECTRONIC LIBRARY ONLINE
http://www.scielo.cl/pdf/infotec/v19n1/art04.pdf
• ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMICO Y MORFOLÓGICO DE ALMIDONES DE ÑAME, YUCA Y PAPA
• WIKIPEDIA - SOLANUM TEBEROSUM (PAPA)
http://es.wikipedia.org/wiki/Solanum_tuberosum#Usos_industria les
• TM5-2WWW ISI - TECHNICAL MEMORANDUM ON PRODUCTION OF POTATO STARCH
http://home3.inet.tele.dk/starch/isi/starch/tm5www-potato.htm
• ECOLOGIA
http://www.iecologia.com/09/12/bioplastico-de-papas-una-interesante-alternativa/
• TESIS DOCTORALES EN XARXA
http://www.tesisenxarxa.net/TESIS_URV/AVAILABLE/TDX-1029103-171122//capitulo04.pdf
• INGENIEROS INDUSTRIALES
http://www.eis.uva.es/~biopolimeros/alberto/pla.htm
• Bidlingmaier, W. Papadimitriou, E. (2000). Use of biodegradable polymers and management of their post-consumer waste. ORBIT Special Events, Wolfsburg.
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• Mohee, R. Unmar, G. A Mudhoo, A. Khadoo, P. (2007). Biodegradability of biodegradable/degradable plastic materials under aerobic and anaerobic conditions. Waste Management. • Pullammanappallit, P. McComg, A. Díaz, L. Biblingmaier, W.
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• Anderson, A. J., and E. A. Dawes. 1990. Ocurrence, metabolism, metabolic role, and industrial use of bacterial polyhydroxyalkanoates. Microbiol. Rev. 54:450-472.
• Brandl H, Gross RA, Lenz RW, Fuller, C. 1988. Pseudomonas oleovorans as a source of poly-ßhydoxyalkanoate for potential applications biodegradable polyesters. Appl Environ Microbiol 54: 1977- 1982
• Cserjan-Puschmann, M., Kramer, W., Duerrschmid, E., Striedner,G. y Bayer, K. 1999. Metabolic approaches for the optimisation of recombinant fermentation processes. Appl.Microbiol. Biotechnol. 53: 43-50
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• NatureWorks LLC, http://www.ingeofibers.com/ingeo/home.asp (accessed April 2004).