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Desarrollo de bioempaques a partir de recursos amazónicos renovables Amazonas

2021

Investigador responsable: Clara Patricia Peña Venegas

[email protected]

Equipo técnico SINCHI: María Soledad Hernández, Marcela Carrillo, Diana Mora

Línea 4 - Bioeconomía para la transformación productiva, innovadora y sustentable en la Amazonia colombiana

Línea 4 - Bioeconomía para la transformación productiva, innovadora y sustentable en la Amazonia colombiana

Programa 2 - Programa Sostenibilidad e Intervención

Programa 2 - Programa Sostenibilidad e Intervención

ODS 11 - Ciudades y comunidades sostenibles

ODS 11 - Ciudades y comunidades sostenibles

ODS 15 - Vida de ecosistemas terrestres

ODS 15 - Vida de ecosistemas terrestres

Impacto 1 - Ciencia e innovación transformativa para las políticas públicas

Impacto 1 - Ciencia e innovación transformativa para las políticas públicas

Impacto 2 - Enfoques para la democratización de la información ambiental

Impacto 2 - Enfoques para la democratización de la información ambiental

Antecedentes

Como bioempaques, se definen dos categorías: Los bioplásticos y los oxo-degradables


(Quiñonez 2009). Los bioplásticos son plásticos de origen renovable, que pueden ser biodegradables o no; pueden ser naturales, sintéticos o una combinación de los dos. Los oxo- degradables son polímeros de origen fósil a los cuales se les agrega un catalizador para permitir su oxidación. Las fuentes naturales usadas para la fabricación de empaques biodegradables son de origen animal (colágeno, gelatina, quitina, quitosano), agrícola (lípidos e hidrocoloides como proteínas y polisacáridos) y microbiano (ácido poliláctico y polihidroxialcanoatos) (Tharanathan 2003; Villada et al. 2007). De los anteriores, el ácido poliláctico es uno de los polímeros más usados, sin embargo, esta materia prima debe ser importada a Colombia, siendo una condición poco deseada para una producción local de bajo costo. Entre los empaques biodegradables basados en materias primas naturales comercialmente disponibles en Colombia, están aquellos basados en polisacáridos. El más importante polisacárido para estos procesos es el almidón por ser éste abundante, económico y renovable, y en donde se destaca el almidón de yuca.


En Colombia, el desarrollo de bioempaques a partir de yuca ha sido una alternativa ampliamente desarrollada y evaluada por el Grupo de Investigación en Ciencia y Tecnología de Biomoléculas de Interés Agroindustrial – CYTBIA de la Universidad del Cauca. Estos bioempaques combinan el almidón de yuca con la fibra de fique. El desarrollo de biopolímeros para bioempaques a partir de yuca en términos de condiciones óptimas de temperatura, concentración de enzima y tiempo de reacción están descritos en el documento de Bonilla et al. (2014), con base en el uso de almidón importado como materia prima. Los bioempaques desarrollados por la Universidad del Cauca están siendo actualmente probados por la firma Empaques del Cauca S.A., por cuanto ya pasaron de la fase experimental a una primera etapa de producción comercial.


Aun cuando la experiencia del grupo CYTBIA en el desarrollo y producción de bioempaques a partir de yuca es un modelo a seguir, existen condiciones que requieren explorarse o ajustarse para desarrollar un proceso similar en el departamento de Amazonas:


(i) Si se quiere dinamizar la economía local e involucrar la población rural del departamento, es necesario evaluar el potencial de las yucas nativas y otros recursos amazónicos para la obtención de biopolímeros a cambio de usar harina comercial, variedades de yuca o insumos importados de otra región.


(ii) La experiencia del grupo CYBIA utiliza como aditivo la fibra de fique. Esta planta no es cultivada en la región amazónica por cuanto es necesario evaluar posibles aditivos de producción local.


(iii) Aun cuando se indica que el proceso produce una gran cantidad de residuos, una buena parte los residuos sólidos y líquidos pueden incorporarse a cadenas de producción de subproductos de la yuca, reduciendo los posibles impactos ambientales y fortaleciendo la economía local.


(iv) Dados los costos de energía y transporte en el departamento de Amazonas, es necesario evaluar el costo de producción y de venta de bioempaques de producción local frente a aquellos que son producidos en otras regiones de Colombia y frente a aquellos elaborados a partir de fuentes fósiles.


De todos los productos agrícolas del Amazonas, la yuca y el plátano son los cultivos más promisorios, con una cadena productiva definida, y un mercado de comercialización estable todo el año en producto fresco, como fariña y en almidón. El Instituto SINCHI tiene experiencia con proyectos relacionados con la transformación de la yuca, y cuenta con datos precisos sobre la producción, diversidad y costos de producción de este tubérculo como materia prima.

 

Junto con Corpoamazonia han desarrollado proyectos conjuntos en temas que busca la reducción de residuos sólidos y la articulación de la población local a estos procesos. Ya existen desarrollos de bioempaques a partir de yuca desarrollados en Colombia, por el grupo CYTBIA de la Universidad del Cauca, que incluyen dos patentes.

Descripción

La ciudad de Leticia es la principal comercializadora y distribuidora de empaques desechables del departamento. Los desechables llegan desde Leticia a Puerto Nariño via fluvial y a las zonas no municipalizadas por avión. Leticia produce aproximadamente 25 toneladas diarias de residuos sólidos, de los cuales sus principales componentes son los desperdicios orgánicos (39%), y los plásticos (ente el 12 y 23%) (Actualización PGIRS del municipio de Leticia 2017). Puerto Nariño produce 22.440 kg de residuos sólidos por mes, de los cuales el plástico y el poliestireno (comúnmente conocido como ICOPOR) conforman el 44% de la basura total producida (PGIRS Puerto Nariño 2015). En las zonas no municipalizadas toda la basura es quemada o dispuesta a cielo abierto en espacios no habitados.

 

De acuerdo con las estadísticas, en los últimos años, se observa un “creciente consumo y generación de residuos con menor degradabilidad” (PGIRS municipio de Leticia, 2017), dentro de los que se incluyen los empaques de poliestireno como residuos no aprovechables. El documento PGIRS indica que existe una baja cultura ciudadana y educación para el reciclaje. Según el documento PGIRS del municipio de Leticia, en Leticia solo se aprovecha el 4% de los residuos sólidos, lo demás va a disposición final al relleno. Básicamente, se reciclan botellas, pet y otros envases de plásticos de uso doméstico (detergentes, frascos de yogur, por ejemplo), pero lo correspondiente a bolsas plásticas y empaques de icopor no son reciclados.  El bajo porcentaje de reciclaje se da por los bajos márgenes de ganancia que la actividad del reciclaje deja en un departamento como el Amazonas, sin carreteras ni vías de comunicación y transporte baratos.

 

Dado que no es económicamente rentable reciclar, hay un aumento de residuos que llega a disposición final a los rellenos sanitarios, acortando la vida útil de los mismos (PGIRS municipio de Leticia 2017 y PGIRS municipio de Puerto Nariño). El departamento no puede controlar que los productos de producción industrial lleguen en empaques no biodegradables (bebidas en botellas pet, por ejemplo), pero puede disminuir el uso de empaques desechables no biodegradables de un solo uso en la población, y en especial, en aquellos asociados al empaque de alimentos (empaques para transporte de comidas calientes en restaurantes, empaque de alimentos porcionados que son reempacados en Leticia para su venta (jamón, queso, frutas, verduras), y bolsas plásticas para el reempaque de alimentos comprados. En el país existen empaques biodegradables de papel y cartón que pueden ser utilizados para el empaque de alimentos. Sin embargo, los costos de los empaques biodegradables (importados por avión o barco al departamento) son muy altos, lo cual desestimula su uso. De allí la necesidad de generar alternativas locales que incentiven el uso de empaques biodegradables a cambio de empaques de baja degradabilidad.

Aliados

Sistema General de Regalías

Localización geográfica


Leticia, Puerto Nariño

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Justificación

Importancia

El departamento de Amazonas es el más grande del país y la frontera más extensa de Colombia, colindando con Brasil y Perú. Su población es mayoritariamente indígena. La mayoría de su territorio está cubierto por bosques naturales, siendo uno de los departamentos con mayor zona boscosa del país. Uno de sus municipios, Puerto Nariño, está certificado por el Ministerio de Comercio, Industria y Turismo, como destino ecoturístico de Colombia. A pesar de su potencial ecoturístico y ambiental, el manejo y disposición de residuos sólidos en sus centros urbanos constituye uno de sus mayores problemas. Los empaques plásticos y de poliestireno (conocido comúnmente como ICOPOR) son los componentes de menor biodegradación y mayor contaminación ambiental en el departamento de Amazonas y su área de influencia, ya que desde Leticia se distribuyen hacia los poblados de Brasil y Perú en la frontera.


Para el 2005 se estableció que las principales actividades económicas de frontera están relacionadas en un 80% con las compras personales de consumo (víveres, ropa y calzado) que dinamizaron unos USD 11.000.000 (Trujillo 2017), tendencia que en los últimos años se ha incrementado con el crecimiento poblacional de los centros urbanos fronterizos y el crecimiento del turismo. Se ha estimado que del 100% de los empaques desechables que llegan a Leticia para su venta, un 60% es vendido a establecimientos y usuarios brasileños y peruanos, por cuanto acciones que se tomen en Leticia y su área de influencia, se reflejarán también en las fronteras de los países vecinos.


Aun cuando hay algunas iniciativas en marcha de reciclar, éste se reduce principalmente al acopio ya que el transporte del material acopiado a los sitios de reciclaje fuera de la zona, hace que estos procesos no sean económicamente viables. De allí la necesidad de buscar otras alternativas, como lo es el reemplazo de los empaques de origen fósil por empaques biodegradables que cumplan la misma función.

Pertinencia

Uno de los sectores con mayor demanda en empaques es el sector de alimentos. En el último siglo, envases de metal, vidrio y fibras han sido reemplazados por plásticos dada sus características y bajo costo de producción (Léis et al. 2017). Su más frecuente uso ha llevado a que los empaques sintéticos de baja degradabilidad, especialmente aquellos elaborados a partir de recursos fósiles, hayan sido uno de los mayores contaminantes ambientales en el mundo, contribuyendo significativamente a la huella de carbono. La contaminación superó la capacidad de resilencia del medio natural, llegando a un punto insostenible para nuestra propia supervivencia. Por ello, el público en general es cada vez más sensible a los temas relacionados con el medio ambiente y busca alternativas menos contaminantes al momento de escoger un producto.


Así, se hace necesario encontrar alternativas de empaques con similares características al plástico en cuanto a su versatilidad y resistencia, pero que tengan mayor degradabilidad y dejen una menor huella de carbono. La alternativa con mayor aceptación son los llamados biopolímeros o bioplásticos. El mercado actual de bipoplásticos se estima en 250.000 ton/año. 

De acuerdo a European Bioplastics, para el año 2019 la producción de bioplásticos será de 7,85 millones de toneladas, dominada por Asia con 80,6 millones de toneladas y donde Suramérica ocuparía un importante lugar con una producción aproximada de 10,3 millones de toneladas, principalmente dominada por Brasil. En Colombia ya existen empresas que están fabricando productos a partir de polímeros biodegradables (sin incluir los denominados oxodegradables) que satisfacen ciertos mercados específicos, pero que parten de materias primas importadas como ácido poliláctico (PLA) y policaprolactona (PCL) (Arboleda y Villada 2016). Aun cuando existen avances en la optimización de los procesos de obtención de biopolímeros a partir de yuca, éstos avances se han hecho mayoritariamente en el proceso mismo de producción del polímero, dejando de lado el análisis global de todo el proceso (estudios holísticos) en las condiciones reales de uso del polímero incluyendo la producción de la materia prima, los costos de producción e impacto ambiental, el comportamiento del material localmente, y las necesidades y expectativas del consumidor (Tumwesigye et al. 2016).


Colombia es el segundo país más biodiverso del mundo, pero lamentablemente, una buena parte de los procesos tecnológicos e industriales en Colombia se hacen a partir de insumos foráneos, desconociendo el enorme potencial que tiene su biodiversidad. Dentro de los materiales con mayor promisoriedad para la elaboración de bioempaques se encuentra la yuca (Manihot esculenta Crantz) (Martínez et al. 2007). En Colombia, departamentos como el Amazonas, sin rutas de comunicación terrestre, los empaques comúnmente usados son de plástico o ICOPOR (polietilenglicol), de baja degradabilidad y altamente contaminantes. En el caso particular del municipio de Puerto Nariño, éste produce en promedio 22.440 kg/mes, de los cuales el 44% corresponde a plástico, siendo también el componente más abundante entre los residuos sólidos producidos (PGIRS Puerto Nariño 2015). Estos empaques son también distribuidos a las poblaciones vecinas en la frontera, generando similares problemas de contaminación. Aun cuando algunos de ellos son susceptibles de ser reciclados, dado el aislamiento del departamento y su área de influencia, los costos de acopio y transporte a sitios donde puedan ser reutilizados hace que estas iniciativas sean poco rentables. Esta problemática es compartida con Brasil y Perú en la zona de triple frontera, al igual que en otros departamentos amazónicos de Colombia.


De allí que cualquier alternativa que se plantee para el departamento de Amazonas en torno a disminuir el uso de empaques no biodegradables, repercutirá directamente en la zona de frontera e indirectamente como un ejemplo a seguir en los otros departamentos de la Amazonia colombiana.

Impacto

El presente proyecto contempla el desarrollo de un polímero a base de yuca, plátano y otros insumos locales de bajo costo, que pueda ser usado en la elaboración de bioempaques para el sector de alimentos y comercio del departamento de Amazonas, desestimulando así el uso de empaques de origen fósil y disminuyendo la contaminación en los principales asentamientos del departamento. Con ello se pretende: Disminuir la contaminación por residuos sólidos de baja degradabilidad; reducir los volúmenes de residuos sólidos que llegan a disposición final a los rellenos sanitarios y que tienen una baja degradabilidad; reducir de la huella de carbono en los centros urbanos de Leticia y Puerto Nariño, así como en la triple frontera Colombia-Brasil y Perú; generar innovación en la solución de problemas locales a partir de la biodiversidad de especies amazónicas con que se cuenta; dinamizar de las economías locales a través de las cadenas productivas de la yuca y otros recursos amazónicos renovables; y generar inclusión y participación social, en especial de las comunidades indígenas, de los procesos productivos y de desarrollo regional, articulando sus sistemas de producción con procesos productivos y de innovación en la región.

Objetivo general

Reducir el impacto ambiental negativo generado por el uso de empaques no biodegradables de poliestireno (icopor) y plástico en el Departamento de Amazonas


Objetivos específicos


1. Desarrollar bioempaques sustitutos de empaques de poliestireno y plástico a partir de recursos amazónicos renovables.

2. Evaluar la viabilidad de aumentar la oferta de empaques desechables biodegradables en el departamento de Amazonas a partir de una producción local.

Alcance

El presente proyecto contempla el desarrollo de polímeros a base de yuca, plátano y aditivos locales de bajo costo, que puedan ser usados en la elaboración de bioempaques semirrígidos y flexibles para el sector de alimentos del departamento de Amazonas, como una alternativa que dinamice la economía local, y permita una mayor participación de la población rural del departamento.


Los principales productos a obtener serían:


Producto 1: Servicio de fomento a la vigilancia y prospectiva tecnológica: Seis estudios realizados:


1. Artículo de investigación A sobre un prototipo de bioempaque semirrígido desarrollado; 

2. Documento de investigación de vigilancia tecnológica de bioempaques semirrígidos (capítulo de libro) 

3. Artículo de investigación A sobre el prototipo de bioempaque flexible desarrollado; 

4. Documento de investigación de vigilancia tecnológica de bioempaques flexibles (capítulo de libro) 

5. Socialización y generación de nuevo conocimiento sobre bioempaques (comunicados de radio y web que sensibilicen la población sobre la necesidad de cambiar sus hábitos de consumo).

6. La participación en un simposio nacional de biopolímeros con resultados de investigación.


Producto 2: Tres Centros y parques para el desarrollo tecnológico y la innovación fortalecidos


1. Planta piloto de productos desarrollados en Puerto Nariño. En ejercicios previos desarrollados por el Instituto SINCHI se pudo evidenciar que el desarrollo y generación de un único producto, no genera los retornos económicos suficientes y puede generar altas tasas de producción de residuos. Por esta razón la planta de producción piloto a diseñar debe contemplar no solo la producción de bioempaques, sino que se debe articular con procesos de producción de derivados de la yuca que permitirán una mayor sostenibilidad del proceso, una reducción de costos de producción, y un manejo de residuos del proceso de producción de bioempaques, haciéndolo ambientalmente, socialmente y económicamente viable. La propuesta de planta de producción ideal contemplaría la articulación de tres procesos simultáneamente: Un proceso de producción de bioempaques, una utilización de los residuos sólidos para ampliar la producción local de fariña, y una utilización de los residuos líquidos para ampliar la producción local de tucupí.

2. Laboratorio de bioensayos de la sede del Instituto SINCHI en Leticia (Adquisición de nuevos equipos).

3. Pruebas en equipos del laboratorio de Empaques y Reología de la Universidad del Cauca con nuevas materias primas y biopolímeros para bioempaques (Análisis de laboratorio).


Informe final y seis (06) Informes técnicos y financieros de ejecución presentados.

Actores

  • Instituto SINCHI: Formulador y ejecutor del proyecto
  • Gobernación del Amazonas: Principal financiador de la propuesta 
  • Universidad del Cauca: Formulador, cofinanciador y principal apoyo técnico de la propuesta
  • Agrovarzea: Asociación de productores involucrados en la producción inicial de materia prima para el proyecto

Beneficiarios

Aproximadamente 77.510 habitantes correspondientes a la población urbana y rural del departamento de Amazonas (proyecciones DANE 2005)

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Fotografías y videos

1/10

Percepciones Bioempaques, Clara Peña

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