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 láminas de polietileno PE en los suelospara combatir las malas hierbas, aumente la temperatura del suelo y mantenga el suelo húmedo, aumentando así los rendimientos generales de los cultivos.
Después de la cosecha, a menudo es imposible que los agricultores vuelvan a recolectar las películas enteras, particularmente cuando las películas tienen solo unos pocos micrómetros de espesor. Los desechos de la película llegan al suelo y se acumulan en el suelo con el tiempo, porque el PE noLos residuos de película en los suelos disminuyen la fertilidad del suelo, interfieren con el transporte del agua y disminuyen el crecimiento de los cultivos.
Los microbios del suelo mineralizan películas compuestas de polímeros alternativos
Investigadores de ETH Zurich y el Instituto Federal Suizo de Ciencia y Tecnología Acuáticas Eawag ahora han demostrado en un estudio interdisciplinario que hay razones para tener esperanzas. En su reciente estudio, demuestran que los microbios del suelo degradan las películas compuestas de la alternativapolímero poli adipato-co-tereftalato de butileno PBAT. Su trabajo acaba de ser publicado en la revista Avances científicos .
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 utilizaban 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 el carbono del polímero a su biomasa", dice Michael Sander, científico principal del Grupo de Química Ambiental del Departamento de Ciencia de Sistemas Ambientalesen ETH Zurich.
Al igual que el PE, el PBAT es un polímero a base de petróleo que se utiliza para fabricar diversos productos, incluidas las películas de mantillo. Debido a que el PBAT ya estaba clasificado como biodegradable en el compost, los investigadores de ETH y Eawag intentaron evaluar si el PBAT también se biodegrada en los suelos agrícolas.En comparación, el PE no se biodegrada en el compost o en el suelo.
Etiquetado de polímero con carbono-13
En sus experimentos, los investigadores utilizaron material PBAT que se sintetizó a partir de monómeros para contener una cantidad definida del isótopo estable de carbono 13. Esta etiqueta de isótopo 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.
Usando equipo analítico sensible a isótopos, los investigadores encontraron que el carbono 13 de PBAT no solo se convirtió en dióxido de carbono CO 2 como resultado de la respiración microbiana pero también incorporada a la biomasa de microorganismos que colonizan la superficie del polímero.
verdadera biodegradación
"La belleza de nuestro estudio es que usamos 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 alto rigor científico, que un material plástico se biodegrada eficazmente en los suelos.
Porque no todos los materiales que fueron etiquetados como "biodegradables" en el pasado realmente cumplían con los criterios necesarios. "Por definición, la biodegradación exige que los microbios usen metabólicamente todo el carbono en las cadenas de polímeros para la producción de energía y la formación de biomasa, como demostramos ahora para PBAT", dice Hans-Peter Kohler, microbiólogo ambiental de Eawag.
La definición destaca que los plásticos biodegradables difieren fundamentalmente de los que simplemente se desintegran en pequeñas partículas de plástico, 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 medio ambientecomo 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 litro, y luego insertaron las películas de PBAT en un soporte sólido en la tierra.
Después de seis semanas de incubación, los científicos evaluaron hasta qué punto los microorganismos del suelo habían colonizado las superficies PBAT. Cuantificaron aún más la cantidad de CO 2 que se formó en las botellas de incubación y la cantidad de isótopo de carbono-13 del CO 2 contenido. Finalmente, para demostrar directamente la incorporación de carbono del polímero en la biomasa de microorganismos en las superficies del polímero, colaboraron con investigadores de la Universidad de Viena.
En esta etapa, los investigadores aún no pueden decir con certeza sobre qué período de tiempo se degrada la PBAT en los suelos del entorno natural dado que realizaron sus experimentos en el laboratorio, no en el campo. Estudios a más largo plazo en diferentes suelos y bajo diversas condicionesahora se necesitan en el campo para evaluar la biodegradación de las películas PBAT en condiciones ambientales reales.
Demasiado temprano para un todo despejado
"Desafortunadamente, todavía no hay razón para animar: 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 del plásticobiodegradabilidad en el suelo "
Al mismo tiempo, advierte contra las expectativas poco realistas de biodegradación de 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 directamentea otros ambientes naturales. Por ejemplo, la biodegradación de los polímeros en el agua de mar podría 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. "Hemos desarrollado técnicas de análisis que abren la puerta a la industria para probar el impacto ambiental de sus productos plásticos", dice el coautor Kristopher McNeill. "Gracias a nuestro método, pueden cambiar al uso de materiales biodegradables en la producción de películas delgadas de mantillo en lugar de PE no degradable ", agrega.
Hasta ahora, solo unas pocas compañías químicas han comenzado a producir y comercializar películas PBAT más ecológicas, pero también más caras. Entre ellas está la compañía alemana BASF, que apoyó este estudio ". En comparación con el volumen totalde plástico que se pone en circulación, las películas de mantillo biodegradables juegan un papel menor. Sin embargo, estos productos son un punto de partida importante para disminuir el estrés en los suelos agrícolas y protegerlos de la acumulación de plástico a largo plazo ", dice Sander.
Una opción adicional para reducir el volumen de plástico que ingresa a los suelos agrícolas es emplear películas de mantillo más gruesas, que también se usan en la agricultura suiza. Estas películas se pueden volver a recolectar después del uso y luego reutilizar o eliminar mediante incineración de desechos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por ETH Zúrich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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