Los insectos del suelo mastican los plásticos

Las películas delgadas de mantillo hechas de polietileno se usan en la agricultura en numerosos países, donde causan una gran contaminación del suelo. Los investigadores ahora han identificado una alternativa: películas hechas del polímero PBAT biodegradables en los suelos.

Nuestro mundo se está ahogando en una inundación de plástico. Ocho millones de toneladas de plástico terminan en los océanos cada año. Los suelos agrícolas también están amenazados por la contaminación plástica. Los agricultores de todo el mundo aplican enormes cantidades de películas de mantillo de polietileno (PE) sobre los suelos para combatir las malas hierbas, aumentar la temperatura del suelo y mantener el suelo húmedo, lo que aumenta el rendimiento general de los cultivos.

Después de la cosecha, a menudo es imposible para los agricultores volver a recolectar las películas completas, particularmente cuando las películas tienen solo unos pocos micrómetros de espesor. Los restos de película se abren paso en el suelo y se acumulan en el suelo a lo largo del tiempo, porque la PE no se biodegrada. Los residuos de película en los suelos disminuyen la fertilidad del suelo, interfieren con el transporte de agua y disminuyen el crecimiento del cultivo.

Los microbios del suelo mineralizan películas compuestas de polímero alternativo

Investigadores de ETH Zurich y el Instituto Federal Suizo de Ciencia y Tecnología Acuáticas (Eawag) han demostrado en un estudio interdisciplinario que hay motivos para tener esperanza. En su estudio reciente, demuestran que los microbios del suelo degradan películas compuestas por el polímero alternativo poli (adipato-co-tereftalato de butileno) (PBAT). Su trabajo acaba de ser publicado en la revista Science Advances.

En el proyecto de investigación coordinado por Michael Sander, Kristopher McNeill y Hans-Peter Kohler, el ex estudiante de doctorado ETH Michael Zumstein logró demostrar que los microorganismos del suelo utilizan metabólicamente el carbono en el polímero PBAT tanto para la producción de energía como para la acumulación de biomasa microbiana.

“Esta investigación demuestra directamente, por primera vez, que los microorganismos del suelo mineralizan las películas de PBAT en los suelos y transfieren carbono del polímero a su biomasa”, dice Michael Sander, científico principal del Grupo de Química Ambiental en el Departamento de Ciencias Ambientales de Sistemas en ETH Zurich.

Al igual que el PE, PBAT es un polímero a base de petróleo que se utiliza para fabricar diversos productos, incluidas películas de acolchado. Debido a que PBAT ya estaba clasificado como biodegradable en compost, los investigadores ETH y Eawag intentaron evaluar si PBAT también se biodegrada en suelos agrícolas. En comparación, la PE no se biodegrada en el compost ni en el suelo.

Etiquetado de polímero con carbono-13

En sus experimentos, los investigadores utilizaron material de PBAT que se sintetizó a medida de los monómeros para contener una cantidad definida del isótopo estable de carbono-13. Esta etiqueta isotópica permitió a los científicos rastrear el carbono derivado del polímero a lo largo de diferentes vías de biodegradación en el suelo.

Al biodegradar PBAT, los microorganismos del suelo liberaron carbono-13 del polímero.

Utilizando equipos analíticos sensibles a isótopos, los investigadores encontraron que el carbono 13 de PBAT no solo se convirtió en dióxido de carbono (CO2) como resultado de la respiración microbiana sino que también se incorporó a la biomasa de microorganismos que colonizan la superficie del polímero.

Verdadera biodegradación

“La belleza de nuestro estudio es que utilizamos isótopos estables para rastrear con precisión el carbono derivado de PBAT a lo largo de diferentes vías de biodegradación del polímero en el suelo”, dice Michael Zumstein.

Los investigadores son los primeros en demostrar con éxito, con un alto rigor científico, que un material plástico se biodegrada efectivamente en los suelos.

Porque no todos los materiales etiquetados como “biodegradables” en el pasado realmente cumplían los criterios necesarios. “Por definición, la biodegradación exige que los microbios utilicen metabólicamente todo el carbono en las cadenas de polímeros para la producción de energía y la formación de biomasa, como ahora demostramos para PBAT”, dice Hans-Peter Kohler, microbiólogo ambiental de Eawag.

La definición destaca que los plásticos biodegradables difieren fundamentalmente de aquellos que simplemente se desintegran en partículas de plástico pequeñas, por ejemplo, después de la exposición del plástico a la luz solar, pero que no se mineralizan. “Muchos materiales plásticos simplemente se desmoronan en pequeños fragmentos que persisten en el ambiente como microplásticos, incluso si este plástico es invisible a simple vista”, dice Kohler.

En su experimento, los investigadores colocaron 60 gramos de tierra en botellas de vidrio, cada una con un volumen de 0.1 litros y posteriormente insertaron las películas de PBAT sobre un soporte sólido en el suelo.

Después de seis semanas de incubación, los científicos evaluaron la medida en que los microorganismos del suelo habían colonizado las superficies de PBAT. Además, cuantificaron la cantidad de CO2 que se formó en las botellas de incubación y la cantidad de isótopo de carbono-13 que contenía el CO2. Finalmente, para demostrar directamente la incorporación de carbono del polímero en la biomasa de microorganismos en las superficies de polímero, colaboraron con investigadores de la Universidad de Viena.

En esta etapa, los investigadores aún no pueden decir con certeza sobre qué marco de tiempo PBAT se degrada en los suelos en el entorno natural, ya que llevaron a cabo sus experimentos en el laboratorio, no en el campo. Se necesitan estudios a más largo plazo en diferentes suelos y bajo diversas condiciones en el campo para evaluar la biodegradación de las películas de PBAT en condiciones ambientales reales.

Demasiado pronto para un claro

“Desafortunadamente, no hay motivos para animarnos todavía: todavía estamos lejos de resolver el problema ambiental global de la contaminación plástica”, dice Sander, “pero hemos dado un primer paso muy importante en la dirección de la biodegradabilidad plástica en suelo.”

Al mismo tiempo, advierte contra las expectativas poco realistas para la biodegradación de los plásticos en el medio ambiente: “Como hemos demostrado, hay esperanza para nuestros suelos en forma de polímeros biodegradables. Sin embargo, los resultados de los suelos no deben transferirse directamente a otros Por ejemplo, la biodegradación de polímeros en el agua de mar puede ser considerablemente más lenta, porque las condiciones allí son diferentes y también lo son las comunidades microbianas “.

Nueva herramienta creada

Los investigadores anticipan que su estudio será notado por la industria. “Desarrollamos técnicas de análisis que abren la puerta a la industria para probar el impacto ambiental de sus productos de plástico”, dice el coautor Kristopher McNeill. “Gracias a nuestro método, pueden cambiar al uso de materiales biodegradables en la producción de películas finas de acolchado en lugar de PE no degradable”, agrega.

Hasta el momento, solo unas pocas empresas químicas han comenzado a producir y comercializar películas PBAT más ecológicas, pero también más caras. Entre ellos se encuentra la empresa alemana BASF, que apoyó este estudio. “En comparación con el volumen total de plástico que entra en circulación, las películas de mantillo biodegradable juegan un papel menor. Sin embargo, estos productos son un importante punto de partida para disminuir el estrés en los suelos agrícolas y protegerlos de la acumulación de plástico a largo plazo. “Sander dice.

Una opción adicional para reducir el volumen de plástico que ingresa a los suelos agrícolas es emplear películas de cobertura más gruesas, que también se usan en la agricultura suiza. Estas películas pueden volver a recolectarse después del uso y luego reutilizarse o eliminarse mediante la incineración de residuos.

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