El gran fracaso comercial y funcional de las alternativas ecológicas al plástico siempre ha sido su relación con la humedad. Todos hemos experimentado la frustración de intentar beber un refresco con una pajita de cartón que se deshace a los cinco minutos, o usar bolsas biodegradables que se rompen si empieza a llover.
Hasta ahora, la norma en la ciencia de los materiales dictaba que la hidratación era el enemigo natural de los biopolímeros. Sin embargo, un grupo de investigadores en España acaba de abrir la puerta a un futuro sin envases derivados del petróleo.
Nuevo súper material
Un equipo de investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) ha logrado desarrollar un nuevo material sostenible fabricado a partir de quitosano, un polímero natural que se extrae directamente de las cáscaras de las gambas y otros crustáceos, con la propiedad de que, en lugar de debilitarse, se vuelve radicalmente más robusto cuando entra en contacto con el agua.
El estudio, cuyos resultados acaban de ser publicados en la prestigiosa revista científica Nature Communications, pondría fin a uno de los mayores problemas de las alternativas al plástico.
El equipo liderado por el investigador Javier G. Fernández ha conseguido incorporar iones de níquel a la estructura molecular del quitosano para formar láminas delgadas de este material. Al sumergir este nuevo biomaterial en agua, su resistencia mecánica se incrementa hasta un 50 %. La explicación técnica es que se forma una red dinámica de enlaces reversibles, donde las moléculas de agua y los iones de níquel reconfiguran la estructura interna del material, permitiéndole absorber las tensiones mecánicas de una forma que imita el comportamiento flexible pero extremadamente resistente de ciertos tejidos biológicos, como los cartílagos o las cutículas de los artrópodos.
Tal y como señala Fernández en la publicación oficial, el concepto supone un cambio de paradigma total: «Es un material en el que ser blando a escala molecular lo hace más fuerte». A nivel químico, el compuesto sigue siendo biológicamente puro, ya que es esencialmente la misma molécula que estructura los caparazones de los insectos o las paredes celulares de los hongos, lo que garantiza su perfecta y rápida reintegración en los ciclos ecológicos.
Uno de los principales frenos de los nuevos descubrimientos científicos suele ser su inviabilidad comercial a gran escala. Fabricar prototipos en un laboratorio es fácil, pero sustituir millones de toneladas de envases de supermercado es otra historia. No obstante, este biomaterial cuenta con la ventaja logística de que su materia prima es muy abundante.
Materia prima infinita
La quitina (la macromolécula de la que deriva el quitosano) es el segundo polímero natural más abundante de la Tierra, solo por detrás de la celulosa. Akshayakumar Kompa, investigador posdoctoral del grupo del IBEC y primer autor del estudio, aporta un dato demoledor: la naturaleza genera cada año unas 100.000 millones de toneladas de quitina. Para ponerlo en perspectiva, esa cantidad equivale a tres siglos enteros de producción de plástico industrial.
Además, el proceso de fabricación diseñado por estos investigadores es un modelo perfecto de economía circular. Han logrado un ciclo cerrado de níquel donde el 100 % del metal que no se integra en la estructura inicial del biomaterial se recupera a través de la hidratación y se reutiliza para producir nuevas tandas, reduciendo los costes a mínimos y garantizando una producción sin residuos.
¿Qué usos puede tener?
Las propiedades de este descubrimiento, avalado en Nature Communications, lo convierten en el candidato ideal para sustituir al plástico convencional en muchos sectores.
Al hacerse más fuerte con el agua, sus primeras aplicaciones comerciales apuntan directamente a la agricultura y la pesca, donde urgen materiales que soporten la humedad pero que sean 100 % biodegradables si se pierden en el mar. De igual modo, el equipo del IBEC ya ha demostrado que el material es capaz de formar recipientes totalmente estancos, como vasos y láminas plásticas, siendo el reemplazo definitivo para los envases de un solo uso en alimentación.
Por último, el sector sanitario también está en el punto de mira. Dado que tanto el quitosano como el níquel ya cuentan con el aval de seguridad de agencias internacionales como la FDA estadounidense para ciertos usos médicos, este material podría utilizarse para fabricar recubrimientos impermeables y orgánicos en dispositivos hospitalarios.