En los últimos años, la sostenibilidad y el respeto al medio ambiente en la fabricación de plásticos han aumentado. El objetivo de este artículo es explicar cómo se fabrican los plásticos, subrayando la complejidad de su producción. Sin embargo, queremos centrarnos más en el importante papel que desempeñan los combustibles fósiles en esta industria. Por ello, estudiaremos cómo estas sustancias se pueden convertir en diversos tipos de plásticos, que se utilizan para diferentes fines a diario mediante procesos de extracción, refinado y polimerización. Un estudio de este tipo nos permitirá comprender mejor los problemas de la producción de plásticos y nos mostrará rutas alternativas que puedan conducirnos hacia un desarrollo sostenible en el futuro.
¿De qué está hecho el plástico?
Entendiendo las materias primas: petróleo crudo y gas natural
La mayoría de los plásticos provienen del petróleo crudo y del gas natural. El petróleo crudo es una mezcla de muchos hidrocarburos diferentes, que se refinan para producir varios componentes, incluida la nafta. La nafta es la materia prima para la producción de resina plástica. Por otro lado, el gas natural, que es principalmente metano, se puede procesar para producir etano y propano. Tanto el etileno como el propileno son esenciales para la fabricación de plásticos; sirven como bloques de construcción o monómeros utilizados durante los procesos de polimerización que involucran diferentes tipos de plásticos. Estos polímeros se pueden convertir en diversas formas a través de la copolimerización u otros métodos, de modo que terminamos con una amplia gama de plásticos para diferentes aplicaciones.
El papel de los hidrocarburos en la producción de plástico
Los hidrocarburos juegan un papel importante en la síntesis de polímeros porque se utilizan como materias primas (monómeros). Cuando se destila el petróleo crudo, se obtienen varias fracciones ricas en compuestos de hidrocarburos; entre ellas, la nafta representa una de las principales corrientes empleadas como materia prima para la fabricación de resinas. El procesamiento del gas natural da lugar a monómeros como el etileno y el propileno que, tras sufrir reacciones de polimerización, dan lugar al polietileno o al polipropileno respectivamente. La versatilidad que muestran estas sustancias basadas en hidrocarburos permite la producción de diferentes tipos de plásticos que se utilizan en muchos sectores, desde bienes de consumo blandos hasta materiales de embalaje y equipos industriales de alta resistencia. Por tanto, es necesario conocer cómo funcionan los hidrocarburos para poder abordar los problemas medioambientales relacionados con la fabricación de plásticos, así como buscar fuentes alternativas para la sostenibilidad.
Conversión de etano y propano en monómeros
La deshidrogenación se lleva a cabo en el etano y el propano, lo que conduce a la formación de etileno y propileno respectivamente. En concreto, el etano se somete a un calentamiento con un catalizador presente, lo que hace que se eliminen los átomos de hidrógeno y se produzca eteno. Por otra parte, la deshidrogenación catalítica también se aplica cuando se convierte propano en propano. Una vez que estos monómeros están disponibles, se vuelven necesarios para la polimerización, lo que a su vez conduce a la producción de diferentes tipos de plásticos adecuados para diversas aplicaciones.
¿Cuáles son los pasos para convertir combustibles fósiles en polímeros?
Procesos petroquímicos para la fabricación de plásticos
Existen varios procesos petroquímicos que intervienen en la transformación de combustibles fósiles en polímeros. Para empezar, se refina el petróleo crudo para segregar las distintas fracciones de hidrocarburos, incluida la nafta, que sirve como materia prima principal. Estas moléculas de hidrocarburos más grandes se descomponen en otras más pequeñas mediante el craqueo, donde se obtienen monómeros esenciales como el etileno y el propileno. A continuación, se produce la polimerización, mediante la cual estos monómeros se combinan químicamente para formar polímeros de cadena larga que dan lugar a diferentes materiales plásticos. Para aplicaciones específicas, se pueden utilizar técnicas adicionales, que incluyen la copolimerización o la reticulación, para ayudar a modificar las propiedades de los plásticos resultantes.
Craqueo de hidrocarburos y formación de monómeros
El craqueo es un paso importante durante la producción de monómeros a partir de hidrocarburos, ya que ayuda a convertir compuestos grandes en compuestos pequeños útiles, ya sea de forma térmica o catalítica, centrándose principalmente en hidrocarburos alifáticos junto con aromáticos que pueden transformarse en resinas. Este proceso proporciona monómeros tan necesarios como etileno y propileno a partir de nafta, entre otros cortes más pesados. La eficiencia exhibida por esta etapa afecta directamente los niveles de pureza, así como las cantidades producidas, ya que actúan como materias primas para las reacciones de polimerización posteriores destinadas a sintetizar varios plásticos. Por lo tanto, se debe ejercer un control apropiado sobre las condiciones en las que ocurren las reacciones, como la elección del catalizador o la temperatura, si se quieren lograr altos rendimientos y una eficacia general del proceso.
Polimerización para la creación de distintos tipos de plásticos
La polimerización se refiere a la unión química de monómeros, formando así polímeros que representan plásticos con cadenas largas. La polimerización puede realizarse mediante procesos de adición o condensación, entre otros. Además, los enlaces insaturados reaccionan sin liberación de subproductos, mientras que en el caso de que haya una eliminación simultánea de moléculas pequeñas como agua o metanol durante la reacción entre monómeros, se forman estructuras más complejas, como poliésteres y poliamidas, que a menudo se asocian con la polimerización por condensación. Sin embargo, el método utilizado para la polimerización, así como las condiciones específicas empleadas, influyen directamente en las propiedades físicas del producto plástico final, por ejemplo, resistencia, flexibilidad y estabilidad térmica, lo que permite diseñar el material de acuerdo con su uso previsto en diferentes industrias.
¿Qué aditivos se utilizan para la producción de plásticos?
Funciones de los aditivos comunes en los plásticos
- Plastificantes: Hacen que los plásticos sean más flexibles y trabajables al reducir las fuerzas entre las moléculas.
- EstabilizadoresEstos agentes protegen los materiales contra la descomposición cuando se exponen al calor, la luz o el oxígeno, prolongando así su vida útil.
- Rellenos: Mejoran las propiedades mecánicas al tiempo que reducen los costes de fabricación; al mismo tiempo garantizan la estabilidad dimensional.
- Colorantes: Tintes o pigmentos que dan a los productos un aspecto agradable y los hacen fáciles de identificar.
- Retardantes de llama: Productos químicos que suprimen la ignición y retardan la combustión, haciendo que los artículos sean más ignífugos.
- Antioxidantes: Se utiliza durante el procesamiento o en aplicaciones de uso final para evitar que los polímeros se oxiden demasiado pronto.
- Absorbentes UV: Protege los plásticos de los efectos nocivos de la radiación ultravioleta, que provoca fotodegradación, aumentando así su longevidad.
- Agentes expansores: Estos crean estructuras de espuma dentro de materiales plásticos, mejorando así las propiedades de aislamiento y reduciendo el peso.
Efectos de los aditivos sobre las características de los plásticos
Las cualidades de los plásticos se pueden mejorar en gran medida con ciertos aditivos. Por ejemplo, hacen que el material sea más flexible para que pueda doblarse sin romperse cuando sea necesario, por ejemplo, elasticidad en algunas aplicaciones. Previenen la degradación, ampliando así su vida útil en diferentes condiciones ambientales donde los estabilizadores son importantes para mantener intacto mientras que los rellenos también ayudan a aumentar la resistencia mecánica y la estabilidad dimensional, sin olvidar que estos dos componentes contribuyen a la reducción de costos al minimizar el consumo general de materiales. Los colorantes, por otro lado, también mejoran la estética, haciendo que los productos se distingan fácilmente entre sí, aunque todos se hayan fabricado utilizando métodos o máquinas similares; por lo tanto, esto puede conducir a mejores ventas. Los retardantes de llama protegen contra los incendios, mientras que los antioxidantes protegen contra los absorbentes de rayos UV, salvan a los plásticos de los daños del sol, por lo que con el tiempo pueden mantener su forma y tamaño originales incluso después de largos períodos de exposición a la radiación de la luz del calor, tan necesaria para fines de aislamiento, especialmente aquellos artículos destinados a su uso en interiores, como los agentes expandidos, entre otros beneficios que incluyen la reducción de peso. Además de estas ventajas, no hay duda de que son necesarios si queremos que las cosas hechas de materiales plásticos nos sirvan mejor en varias industrias en diferentes sectores.
Medidas de seguridad y control regulatorio sobre el uso de aditivos en materiales plásticos
El uso de aditivos en plásticos debe realizarse de acuerdo con las normas de seguridad establecidas por las autoridades competentes, como la FDA (Administración de Alimentos y Medicamentos) o la EPA (Agencia de Protección Ambiental). Estas regulaciones tienen como objetivo evaluar la idoneidad para el uso de los productos químicos empleados durante los procesos de producción en relación con las necesidades de protección de la salud humana y del medio ambiente. Por lo tanto, es importante que se realicen evaluaciones de riesgos para establecer los riesgos potenciales tanto para la salud de las personas que viven en las zonas circundantes donde existen dichas instalaciones como para el equilibrio ecológico que las rodea, que también puede verse afectado debido a la presencia de estos productos químicos. Los fabricantes deben mantener registros que muestren qué tipo de aditivo se agregó a un lote de producto en particular, qué nivel de concentración se adoptó y su valor funcional esperado para cumplir con los requisitos de seguridad impuestos por la ley, que se tuvieron en cuenta durante el proceso de fabricación. Además, siempre debe haber un etiquetado adecuado para los materiales peligrosos, y esto debe seguirse estrictamente de acuerdo con las instrucciones dadas sobre el manejo seguro de cualquier producto que esté destinado a entrar en contacto con los consumidores. Esto implica que deben saber si una sustancia ha sido incluida o no como parte de su composición, lo que les brinda la oportunidad de rechazarla o tomar las precauciones necesarias al usar dichos productos, según el conocimiento de cada individuo. El seguimiento periódico que implica la revisión de la literatura científica junto con las actualizaciones regulatorias se vuelve primordial si uno quiere que su práctica siga siendo relevante frente a los conocimientos emergentes en torno a las preocupaciones sobre la seguridad de los aditivos.
¿Cuál es el impacto ecológico de la fabricación de plástico?
La contaminación plástica y cómo afecta al mundo
El problema de la contaminación de nuestro planeta por plásticos es grave, ya que afecta tanto a los ecosistemas terrestres como a los marinos. Los hábitats se destruyen, los animales se enredan en ellos o los ingieren, lo que provoca lesiones o la muerte, y las cadenas alimentarias se contaminan con toxinas. Estas son solo algunas de las formas en que esta contaminación daña la biosfera de la Tierra. Además, los diminutos fragmentos llamados microplásticos, que provienen de la descomposición de elementos más grandes, se han infiltrado en muchos lugares diferentes, como ríos y océanos, empeorando así la calidad del agua en todo el mundo y potencialmente entrando en la dieta humana, agravando así lo que ya puede describirse como nada menos que una situación de crisis cuando hablamos de plásticos nuevamente. Además, durante las fases de fabricación y descomposición, los desechos plásticos liberan gases de efecto invernadero a la atmósfera, lo que acelera el calentamiento global.
Emisiones de dióxido de carbono derivadas de la producción de plásticos
La huella de carbono que dejan los procesos de fabricación es enorme, ya que se producen millones y millones de toneladas al año; la mayoría de ellas provienen de la quema de combustibles fósiles que se utilizan para generar la energía necesaria solo durante las etapas de producción, por no hablar de la extracción de materias primas, donde el petróleo (crudo) se obtiene mediante la perforación de pozos y luego se refina para que se convierta en materia prima adecuada, principalmente plásticos, entre otras cosas. Por lo tanto, cada paso implicado tiene una gran importancia para los esfuerzos de conservación ambiental, considerando todos los aspectos involucrados, desde la extracción hasta la etapa de eliminación.
¿Cómo podemos reducir los residuos plásticos y la contaminación?
Para reducir eficazmente los residuos plásticos y la contaminación, algunas estrategias incluyen:
- Sistemas de reciclaje mejorados: Desarrollar instalaciones de reciclaje más eficientes y accesibles para todos, aumentando así las tasas de reciclaje de productos y controlando su destino final para que no acaben contaminando nuestro entorno.
- Campañas de educación pública:Crear conciencia entre las personas sobre los efectos negativos que genera el uso excesivo de materiales no biodegradables como las bolsas de polietileno y luego alentarlas a adoptar hábitos ecológicos, como por ejemplo evitar por completo los plásticos de un solo uso.
- Leyes y reglamentos: Promulgar nuevas leyes que prohíban la producción o el uso de ciertos tipos de plásticos nocivos con el objetivo de salvar el medio ambiente de una mayor degradación causada por procesos de fabricación que hacen que dichos agentes contaminantes se liberen a nuestro alrededor innecesariamente.
- Innovaciones en nuevos materiales: Invertir más fondos en investigación científica orientada a descubrir sustancias biodegradables capaces de reemplazar a los plásticos convencionales, haciéndolos así menos perjudiciales cuando finalmente encuentren su camino de regreso a la naturaleza después de su uso, en lugar de permanecer allí para siempre, teniendo impactos negativos sobre los ecosistemas en los que esto sucede de todos modos.
- Responsabilidad Social Corporativa (RSC): Las empresas necesitan adoptar principios asociados con la economía circular donde la reducción, la reutilización y el reciclaje se convierten en áreas de enfoque clave durante la etapa de diseño del producto hasta la gestión del ciclo de vida final para que podamos tener un planeta más limpio habitado por personas más saludables siempre.
¿Qué pasa con el reciclaje en la industria del plástico?
Métodos de reciclaje de plástico
El reciclaje de plástico se puede llevar a cabo de muchas formas diferentes. A continuación, se indican algunas de ellas:
- Reciclaje mecánico: Aquí procesan físicamente el plástico hasta convertirlo en pequeñas escamas o pellets que, sin cambiar su composición, se utilizan como materia prima para fabricar nuevos productos.
- Reciclaje químico: Este método descompone los plásticos mediante procedimientos químicos en monómeros u otros componentes químicos básicos, que luego pueden utilizarse para crear plástico nuevo u otros materiales.
- Recuperación de energía: Lo que ocurre aquí es que los residuos plásticos se convierten en energía incinerándolos o gasificándolos, lo que proporciona una fuente de energía alternativa y, al mismo tiempo, reduce el uso de vertederos.
- Reciclaje Biológico:Mediante el empleo de procesos microbianos o enzimáticos para descomponer los plásticos con el fin de producir subproductos biodegradables (aunque todavía se está investigando y desarrollando).
Cada técnica tiene usos, limitaciones e impactos ambientales específicos que deben considerarse dentro de un marco más amplio de gestión sostenible de residuos.
Complicaciones al reciclar distintos tipos de plásticos
La complejidad de los tipos de plástico: más de 75 tipos de plástico contienen composiciones químicas separadas, lo que dificulta su clasificación y reciclaje.
- Contaminación: Los desechos de alimentos y otras impurezas pueden alterar el proceso de reciclaje, produciendo así materiales reciclados de menor calidad.
- Demanda del mercado: Dependiendo de la cantidad que se necesite en un momento dado, las operaciones de reciclaje pueden tener o no sentido económico debido a las fluctuaciones en la demanda de plásticos reciclados, lo que reduce los incentivos para recolectar y procesar dichos materiales.
- Limitaciones tecnológicas: Alguno polímeros plásticos La mayoría de las plantas de reciclaje no pueden gestionarlos de forma óptima, lo que genera ineficiencias y un mayor desperdicio.
- Conocimiento del consumidor: La ignorancia pública sobre las prácticas correctas de reciclaje podría dar lugar al uso de métodos de eliminación incorrectos, lo que complicaría aún más las cosas para quienes participan en el proceso.
Avances tecnológicos en el reciclaje de plásticos
Separadores más inteligentesLa incorporación de inteligencia artificial y aprendizaje automático a las máquinas de clasificación ha mejorado su capacidad para reconocer y dividir diferentes tipos de plástico, aumentando así la eficiencia del reciclaje y reduciendo los volúmenes de producción.
- Reciclaje químico: La invención de procesos químicos más sofisticados permite descomponer los plásticos en sus monómeros originales, que pueden utilizarse para crear nuevos Plástico de alta calidad materiales.
- Reciclaje de circuito cerrado: Los sistemas de circuito cerrado garantizan que los productos reciclados se vuelvan a incorporar al proceso de fabricación, reduciendo así el desperdicio y promoviendo la sostenibilidad.
- Blockchain para la transparencia:El uso de la tecnología blockchain en la industria del reciclaje aumenta la visibilidad a lo largo de la cadena de valor para que se pueda establecer la responsabilidad de cada etapa dentro de esta red.
- Plantas de reciclaje híbridas:Estas instalaciones mezclan técnicas mecánicas y químicas para procesar diversas categorías o tipos de residuos, incluidos los plásticos.
¿Qué causa la variación en los diferentes tipos de plásticos?
Características del polietileno, poliestireno y cloruro de polivinilo
- Polietileno (PE): El polietileno es un material termoplástico versátil que posee una gran resistencia química, así como durabilidad y flexibilidad. Es ligero y, por lo tanto, se utiliza a menudo para materiales de embalaje como contenedores o películas de plástico. Las resistencias varían según sea de alta o baja densidad, lo que afecta a los niveles de permeabilidad.
- Poliestireno (PS): Este polímero tiene una excelente transparencia debido a su estructura rígida. Entre sus aplicaciones más habituales se incluyen cubiertos desechables, materiales de embalaje y aislamiento, donde no intervienen altas temperaturas pero la resistencia al impacto no es crítica; sin embargo, se puede utilizar poliestireno expandido (EPS) en su lugar si se necesita maximizar la ligereza.
- Cloruro de polivinilo (PVC): Los PVC son termoplásticos duraderos y rígidos que resisten la degradación ambiental de manera más efectiva entre todos los tipos de plásticos. Estos pueden ser flexibles o rígidos según el área de aplicación, por lo que se utilizan ampliamente en la industria de la construcción, como tuberías para edificios o aislamientos eléctricos, etcétera. Sin embargo, este material debe manipularse con cuidado ya que, durante su producción y eliminación, pueden liberarse sustancias nocivas al medio ambiente, lo que requiere prácticas de gestión adecuadas para evitar problemas de contaminación.
Aplicaciones y usos de diferentes tipos de plásticos.
- Poli(etileno) (PE): Se utiliza comúnmente para fabricar bolsas de compras, botellas y contenedores porque es flexible y resiste la humedad.
- Poliestireno (PS): Este tipo de recipiente suele utilizarse para fabricar utensilios desechables, como cucharas o tenedores, debido a su dureza. Además, es transparente, por lo que la gente puede ver fácilmente lo que hay dentro, ¡una excelente opción cuando necesitamos paneles aislantes!
- Cloruro de polivinilo (PVC): Una forma de utilizar este material sería para construir tuberías que se utilizan en instalaciones de fontanería; otra forma consiste en crear revestimientos para las casas junto con los marcos de las ventanas, ya que estos elementos deben durar mucho tiempo fuera de los edificios sin pudrirse. Además, necesitan algo lo suficientemente resistente como para que no se dañe fácilmente con el agua. Los cables eléctricos a veces requieren materiales de revestimiento que puedan soportar ciertos factores ambientales; por lo tanto, el cloruro de polivinilo es una excelente opción gracias a su durabilidad contra la degradación causada por el calor o la exposición a la luz ultravioleta.
Ventajas y desventajas de los plásticos desechables
Ventajas:
- Manejabilidad: Los productos desechables son una solución rápida para envolver cosas y servirlas, lo que hace que sea fácil comer mientras estás en movimiento.
- Barato: Normalmente, unos costes de fabricación más bajos se traducen en precios más bajos tanto para los consumidores como para las empresas.
- Limpieza: Se esterilizan con frecuencia antes de su uso en entornos médicos o de servicio de alimentos, lo que ayuda a prevenir la contaminación.
Desventajas:
Impacto en la naturaleza: Son responsables de la mayor parte de la contaminación plástica del mundo, que tarda cientos de años en descomponerse en los vertederos.
Utilizar demasiados recursos: Su producción requiere una gran cantidad de combustibles fósiles que liberan dióxido de carbono a la atmósfera solo durante las etapas de extracción, refinación y transporte.
Difícilmente reciclable: O bien no son reciclables o bien se procesan mediante sistemas de reciclaje ineficaces cuando están disponibles, lo que genera mayor presión sobre el medio ambiente.
Fuentes de referencia
Preguntas frecuentes (FAQ)
P: ¿Cuáles son las materias primas clave en la producción de plástico a nivel mundial?
R: Las principales materias primas que se utilizan para la producción mundial de plástico son el gas natural y el petróleo. En una refinería, la mayoría de los plásticos sintéticos se derivan del petróleo que se ha refinado para obtener los elementos necesarios.
P: ¿Cómo se fabrica el plástico a partir de combustibles fósiles?
R: El plástico se forma a partir de combustibles fósiles mediante procesos químicos. Los monómeros como el etileno y el propileno se producen refinando petróleo crudo o gas natural. Estos monómeros se someten a polimerización para crear largas cadenas de polímeros, que forman los plásticos. A menudo, estos vienen en forma de gránulos.
P: ¿Cuál fue el primer plástico creado por el hombre y para qué se utilizó?
R: La baquelita, inventada por Leo Baekeland en 1907, fue el primer plástico sintético. Como no es conductor y es resistente al calor, se utiliza como aislante eléctrico y para artículos del hogar.
P: ¿Qué papel juega la industria petroquímica en la producción de plásticos?
R: El sector petroquímico es importante para la fabricación de diferentes formas de plástico mediante el uso de materias primas como el petróleo y el gas natural para crear los monómeros y polímeros necesarios para su formación. También crea tipos específicos con diferentes propiedades para diversas aplicaciones.
P: ¿Qué cosas que nos rodean están hechas de plástico?
R: Envases de alimentos, botellas (plástico), juguetes (plástico), dispositivos médicos (plástico), piezas de automóviles (plástico) y artículos para el hogar (plástico) son algunos de los productos comunes fabricados con este material versátil.
P: ¿Cómo afecta la producción de plástico a la salud y al medio ambiente?
R: La producción de plásticos durante su ciclo de vida puede afectar significativamente tanto a la salud como al medio ambiente. Este proceso utiliza sustancias químicas tóxicas y emite gases de efecto invernadero que provocan contaminación, lo que provoca el cambio climático, además de la generación de subproductos nocivos. Además, los residuos que no se tratan pueden dañar la vida silvestre que vive en los ecosistemas donde residen dichos desechos.
P: ¿Existen alternativas a los plásticos fabricados a partir de combustibles fósiles?
R: Sí, existen alternativas a los plásticos derivados de combustibles fósiles. Materiales como los bioplásticos fabricados a partir de recursos renovables como el almidón de maíz o la caña de azúcar se han vuelto cada vez más populares en los últimos años porque pueden ayudar a reducir nuestra dependencia de fuentes de energía no renovables y al mismo tiempo tener un menor impacto ambiental.
P: ¿Cuál es el ciclo de vida de los productos plásticos?
R: La extracción de materias primas, la producción y fabricación, la distribución, el uso y la eliminación/reciclado forman parte del ciclo de vida de un producto plástico. A lo largo de este ciclo pueden producirse diferentes impactos ambientales, siendo especialmente problemático el envío de residuos a vertederos o a los océanos.
P: ¿Cómo satisface el plástico la creciente demanda mundial de plásticos?
R: Para satisfacer la creciente demanda mundial de plásticos, la industria busca constantemente nuevas formas de hacerlos más eficientes y adaptables. Los avances tecnológicos y las ciencias de los materiales abrieron puertas que permitieron la producción de muchos tipos diferentes, cada uno con cualidades únicas, adecuados para diversos sectores.
P: ¿Qué sucede después de que desechamos los plásticos usados?
R: Después de su eliminación, los plásticos usados pueden reciclarse, incinerarse o enviarse a vertederos. El reciclaje es una opción que permite convertir los artículos viejos en nuevos, prolongando así su vida útil, pero no todos los tipos de plásticos pueden reciclarse. La incineración produce energía, aunque también emite contaminantes, y el vertido debería evitarse debido a sus consecuencias ambientales a largo plazo.