Imagina que después de preparar tu cafecito mañanero, en lugar de tirar los residuos a la basura, se pudieran aprovechar para crear un tipo de plástico más amigable con el medio ambiente. Ese es el objetivo de un equipo de investigadores que formuló un compuesto biodegradable a partir de la mezcla de ácido poliláctico (PLA) y residuos de café.
Cecilia Treviño, investigadora del Institute of Advanced Materials for Sustainable Manufacturing (IAMSM) y profesora de la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tec campus Querétaro, platica que este proyecto fue apoyado por la iniciativa Materiales del Futuro de Fundación FEMSA y busca valorizar los residuos generados en la producción del café Andatti que se vende en las tiendas Oxxo.
El PLA es un tipo de plástico que, aunque se considera una alternativa más sostenible frente a los plásticos convencionales, todavía contiene componentes que provienen del petróleo o de residuos agroindustriales, lo que dificulta su degradación.
Por otro lado, el café usado no suele ser aprovechado, se vierte en la basura y, por lo regular, termina en rellenos sanitarios, sin embargo, al descomponerse emite metano, un gas de efecto invernadero con mayor impacto que el CO2.
Con esto en mente, los científicos diseñaron una formulación para potenciar este plástico a partir de una mezcla con desechos agroindustriales del café. “Aparte de tener mejores propiedades de biodegradación, mejora las cualidades mecánicas y de elongación, convirtiéndolo en un material ideal para el empaque de alimentos perecederos”, dice Treviño.
Además de la mejora en estas propiedades, la también investigadora del Departamento de Mecánica y Materiales Avanzados en ese campus señala que el compuesto resultante es una opción competitiva en el mercado, pues su precio está a la par de otros plásticos que tienen un mayor impacto ambiental.
PLA y residuos de café: la formulación para un nuevo compuesto
Para desarrollar el bioplástico se usaron dos tipos de residuos de café como refuerzo. La cáscara o piel plateada (silver skin), que es una capa delgada que se desprende del grano antes de tostarse y los residuos de cafetera, es decir, el café molido que queda después de preparar la bebida.
Para la producción del compuesto, los investigadores evaluaron entre el 0.5, 1, 3, 5 y 10% de residuos de café para reforzar la estructura del PLA y estudiar su resistencia mecánica, estabilidad térmica y cristalinidad.
“El mayor reto fue probar la hipótesis de que este material se iba a comportar mejor en fluidez, propiedades mecánicas —como resistencia y elongación— y, además, que lo pudiéramos biodegradar. Pero los resultados que tenemos hasta el momento han sido muy satisfactorios”, menciona la experta.
Los mejores efectos se obtuvieron con los residuos de cafetera, en particular, con un 3% de residuo agregado se tuvo un desempeño general superior en comparación al PLA puro.
Por ejemplo, con este porcentaje se incrementó un 54.4% la resistencia antes de que el material se rompiera y su rigidez aumentó un 9.18%. También, su temperatura de degradación subió de 361.52 a 380.56 grados Celsius y se observó una mejora estructural en la organización interna del material que ayuda a tener una mejor fluidez para adaptarse a diferentes moldes en procesos de inyección, extrusión o termoformado, incluso, en formas delgadas como empaques tipo clamshell (para zarzamoras o tomates cherry).
Además, se descompone más rápido que el PLA, según Treviño. En pruebas preliminares se logró una degradación del 40% en 60 días y se estima que este proceso se complete entre tres y cuatro meses en condiciones de compostaje adecuadas.
Un plástico sostenible: from nature to nature
El método que se utiliza para desarrollar el compuesto también busca ser más ecológico, dice la investigadora.
“Al querer hacer nuestro bioplástico lo más sostenible posible, no le agregamos aditivos industriales, químicos, ni nada, lo que hicimos fueron procesos mecánicos o de calor. Es from nature to nature, es decir, viene de la naturaleza y regresa a ella, sin tener un impacto ambiental o emisiones de carbono, lo que en el IAMSM llamamos net zero waste polymers”.
Después de identificar que los posos de café —el polvo molido de los granos usado en la preparación de la bebida— son la alternativa con mejor desempeño para elaborar el compuesto, los investigadores aplican un proceso térmico para eliminar completamente la humedad del café.
El proceso de secado al 100% es importante porque el PLA es un material hidrofóbico, es decir, que repele el agua, que podría debilitar la unión y causar fallas estructurales como huecos, zonas frágiles y fracturas.
Una vez seco, el residuo se muele hasta obtener partículas del mismo tamaño, lo que permite una dispersión uniforme dentro del polímero y evita puntos débiles en la estructura del material. Finalmente, se utilizan procesos mecánicos y con calor para mezclar directamente las partículas de café con el PLA hasta obtener el plástico compuesto.
Para comprobar las propiedades del material se hicieron pruebas térmicas —calentando y enfriando el material— para saber cómo se comporta frente a cambios bruscos de temperatura; de espectroscopía, para analizar la estructura química del material y saber si el café y el PLA son compatibles a nivel molecular; de microscopía electrónica, para buscar huecos o fallas internas. También se hicieron estudios de biodegradación a través de pruebas de compostaje.
El potencial de un nuevo bioplástico
El compuesto que desarrollaron los científicos en el laboratorio es una alternativa para reducir el uso de plásticos de origen fósil.
Por ejemplo, en el proceso de compostaje de plásticos convencionales que se usan en productos como sándwiches y otros alimentos perecederos, es necesario separar los residuos orgánicos del empaque para que este se pueda degradar.
Eso implica mayor costo, tiempo, dificultad logística y mano de obra, además, por normas sanitarias, no se puede reciclar, por lo que estos plásticos suelen terminar con el resto de residuos comunes, es decir, no se reciclan ni se compostan.
La ventaja del bioplástico es que se puede compostar el empaque junto con el alimento, sin necesidad de separarlos. “Lo que proponemos es que se pueda compostar todo completo, o sea, que lo tiren y pasar a ese compostaje sin tener que hacer el proceso adicional de separado”.
A través de ese tratamiento se cubre el ciclo de la economía circular, desde que el material proviene de un desecho agroindustrial, y luego, cuando se desecha, regresa a la naturaleza.
Por otro lado, las propiedades de fluidez, resistencia y elongación de este material hacen que su adopción en la industria se pueda facilitar en sectores de alimentos, agricultura y logística.
Actualmente, el equipo ya produce el bioplástico con residuos de café en el laboratorio y, tras acceder a un fondo del consorcio distritoQRO, está en proceso de escalar su proyecto a través de equipamiento industrial, con maquinaria extrusora para fabricar pellets de este material y se puedan usar en procesos de inyección o termoformado. También, buscan producir empaques reales tipo clamshell para productos de origen agrícola en la región.
Además, el equipo colabora con la Dirección de Transferencia de Tecnología del Tec en una solicitud de patente para proteger su desarrollo. Treviño señala que, eventualmente, se hará un estudio de mercado y de escalabilidad para conocer su viabilidad comercial.
Treviño agrega que, además de residuos de café, el equipo está evaluando este método con otros tipos de desechos agroindustriales, por ejemplo, de piña, yuca y agave. “Buscamos darle otro uso a eso que es basura, que genera contaminación. Probamos diferentes residuos con estas combinaciones de materiales para diferentes aplicaciones. Queremos tener más alternativas para aprovechar cualquier desecho de la industria. Ese es el objetivo”.
¿Te interesó esta historia? ¿Quieres publicarla? Contacta a nuestra editora de contenidos para conocer más marianaleonm@tec.mx.
