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EL RECICLADO DEL POLIETILENO DE TEREFTALO Y SU APORTE A LA ECONOMÍA CIRCULAR LAURA MARCELA ANGULO MARTINEZ UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA FACULTAD DE INGENIERÍAS INGENIERÍA AMBIENTAL MONTERÍA, CÓRDOBA 2022 ii EL RECICLADO DEL POLIETILENO DE TEREFTALO Y SU APORTE A LA ECONOMÍA CIRCULAR LAURA MARCELA ANGULO MARTINEZ Trabajo de grado presentado, en la modalidad de Monografía, como parte de los requisitos para optar al Título de ingeniera ambiental Director: VIVIANA SOTO BARRERA, M.Sc. UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERIA AMBIENTAL MONTERÍA, CÓRDOBA 2022 iii La responsabilidad ética, legal y científica, de las ideas, conceptos, y resultados del proyecto de investigación, serán responsabilidad de los autores. Artículo 59, Acuerdo N° 022 del 21 de febrero de 2018 del Consejo Superior. Tener en cuenta los Artículos y directrices establecidos la Resolución 1775, del 21 de agosto de 2019. En donde se establecen las directrices y las políticas de funcionamiento del repositorio institucional de la Universidad de Córdoba (Artículos tercero, octavo, once, entre otros). “11 – BUENA FE: La universidad considera que la producción intelectual que, los profesores, funcionarios administrativos y estudiantes le presenten, es realizada por éstos, y que no han transgredido los derechos de otras personas. En consecuencia la aceptará, protegerá, publicará y explotará, según corresponda y lo considere pertinente”. Artículo 1, Acuerdo N° 045 del 25 de mayo de 2018 del Consejo Superior. iv Nota de aceptación _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ ________________________________ Firma del jurado ________________________________ Firma del jurado v DEDICATORIA A mis padres Ana y Regis por ser y estar en mi vida, y sin lugar a dudas este logro es de ellos por su amor, apoyo y confianza incondicional. A mis hermanas Sindy y Maira, mi sobrino Santiago, primos, tíos y demás familiares, por ser partícipes en cada etapa de vida. En memoria de mi tía Rosíris, mis primos Jenny y Teobaldo, mis abuelas Amelia y Julia. A mis amigos y colegas del grupo “Nojotros y Estrellitas¨. “La suprema realidad de nuestro tiempo es la vulnerabilidad de nuestro planeta” -John F. Kennedy vi AGRADECIMIENTOS Agradecimientos especiales a: Agradezco primeramente a Dios por regalarme cada día de vida, llenos de sabiduría, paciencia y fortaleza para culminar este proyecto que significa uno de los tantos peldaños de superación en el camino de la academia. Agradecimiento especial a la ingeniera Viviana Soto Barrera, quien fue una persona muy importante brindándome su apoyo, paciencia y tutoría para desarrollar de la mejor manera este trabajo. Agradecimientos: A mis amigos y colegas del grupo ―Nojotros y Estrellitas‖: Ana, Camila, Dailys, Daniela, Gaby, Jean, Jesús Miguel, Jesús Argel, Juan, Lina, Luis, Macami, Melanie, Valentina y Xavier; por sus palabras de aliento, compañía y sobre todo por haberme brindado su valiosa amistad. A todos los profesores del programa de Ingeniería Ambiental de la Universidad de Córdoba, en especial aquellos que durante mi permanencia como estudiante compartieron sus conocimientos y me ayudaron a forjar como profesional. A Liliana, Paula y Daniel, quienes me acogieron y compartieron su tiempo durante mi permanencia como Joven de Plan Padrino en la oficina del programa de Ingeniería Ambiental. Al alma mater de la Universidad de Córdoba por brindarme la oportunidad de alcanzar el logro de ser una profesional, con ansias de mejorar cada día y brindar a la sociedad todo el conocimiento adquirido. vii TABLA DE CONTENIDO RESUMEN ........................................................................................................................ 10 ABSTRACT ...................................................................................................................... 11 1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 12 2. OBJETIVOS ................................................................................................................ 14 2.1 OBJETIVO GENERAL .................................................................................. 14 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................... 14 3. METODOLOGÍA ....................................................................................................... 15 3.1 TIPO DE ESTUDIO ....................................................................................... 15 3.2 MÉTODO DE INVESTIGACIÓN ................................................................. 15 3.3 DISEÑO METODOLÓGICO ......................................................................... 15 4. MARCO TEÓRICO ................................................................................................... 19 4.1 LOS PLÁSTICOS ........................................................................................... 19 4.2 ECONOMÍA CIRCULAR .............................................................................. 31 5. POLIETILENO DE TEREFTALO ........................................................................... 38 5.1 PLÁSTICO PET ............................................................................................. 39 5.2 PRODUCCIÓN DEL POLIETILENO DE TEREFTALO ............................. 47 5.3 IMPACTOS DE LA INADECUADA GESTIÓN DE ENVASES PET ........ 51 6. RESIDUOS DE BOTELLAS PET EN EL MARCO DE LA ECONOMÍA CIRUCLAR ...................................................................................................................... 59 6.1 RECICLAJE DEL PET .................................................................................... 59 6.2 INSTRUMENTOS NORMATIVOS DEL GOBIERNO EN LA ECONOMIA CIRCULAR ................................................................................................................. 61 6.3 RETOS SOBRE LA IMPLEMENTACIÓN DE LA ECONOMÍA CIRCULAR EN COLOMBIA ......................................................................................................... 77 6.4 PAISES CON ALTAS TASAS DE RECICLAJE .......................................... 88 7. CONCLUSIONES ....................................................................................................... 90 8. BIBLIOGRAFÍA. ........................................................................................................ 92 viii LISTADO DE TABLAS Tabla 1. Listado de los términos utilizados en las bases de datos para búsqueda bibliográfica. Elaborada por el autor. ................................................................................................. 16 Tabla 2. Criterios planteados para la selección de los documentos. Elaborada por el autor. ................................................................................................. 17 Tabla 3. Consumo y reciclaje de botellas PET en Europa, Alemania, Japón, Estados Unidos, México, Brasil y Colombia. ............................................................................. 49 Tabla 4. Impactos identificados sobre la mala gestiónde los residuos de envases PET. Elaborada por el Autor. ................................................................................................ 52 Tabla 5. Normativa relacionada con los residuos de polietileno de tereftalo y la economía circular a nivel nacional e internacional. ................................................... 62 Tabla 6. Bibliografía relacionada con las barreras para la transición a una economíacircular del residuo PET. Elaborada por el Autor ................................................................................................. 77 Tabla 7. Acciones para fortalecer la gestión de residuos de envases PET en Colombia. ......................................................................................................................................... 83 LISTADO DE FIGURAS Figura 1. Clasificaciones de los plásticos según varios criterios. Elaborado por el Autor. ................................................................................................ 20 Figura 2. Código de identificación de resinas de plástico de la Sociedad de Industria de los Plásticos (SPI). ..................................................................................................... 22 Figura 3. Línea de tiempo plástico. .............................................................................. 23 Figura 4. Distribución mundial de la producción de plásticos en 2019. ................... 25 Figura 5. Estimaciones de residuos plásticos en las islas de basura en los océanos. 28 Figura 6. Representación del modelo de economía circular. ..................................... 31 Figura 7. Esquema de una economía circular. ............................................................ 33 Figura 8. Representación de la Jerarquía de los residuos Sólidos. ........................... 35 Figura 9. Tipos de reciclaje de residuos ...................................................................... 36 Figura 10. Ciclo cerrado del reciclaje. Tomado de Singh, Rorrer, Nicholson, Erickson, DesVeaux, Avelino y Beckham (2021) ........................................................................ 37 ix Figura 11. Ciclo abierto del reciclaje. .......................................................................... 37 Figura 12. Diagrama de flujo de selección de fuentes bibliográficas. ....................... 39 Figura 13. Composición de un kilo de PET. ................................................................ 40 Figura 14. Estructura y ecuación química del PET ................................................... 41 Figura 15. Codificación del PET según el sistema desarrollado por la sociedad de industria del plástico (SPI). .......................................................................................... 42 Figura 16. Historia del Polietileno de Tereftalo. ......................................................... 44 Figura 17. Características del PET. ............................................................................. 46 Figura 18. Ecosistema de Economía Circular PET para Colombia. ........................ 60 Figura 19. Funciones de la actores de la cadena del PET en Barranquilla .............. 61 LISTADO DE GRÁFICAS Gráfica 1. Producción de plástico a nivel mundial. .................................................... 24 Gráfica 2. Producción global de plástico periodo 2010-2015 .................................... 26 x RESUMEN Los residuos de envases plásticos y de manera específica aquellos que son elaborados en PET, se han convertido en una problemática ambiental por la inadecuada gestión que reciben la mayor parte de estos materiales en diferentes partes del mundo, generando impactos negativos en el entorno natural y en los componentes bióticos y abióticos que lo constituyen. Tras varios esfuerzos en los últimos años para contrarrestar lo anteriormente expuesto, la visión se ha tornado sobre el modelo económico circular al cual muchas naciones quieren trascender incluyendo a Colombia, donde los plásticos se han catalogado como un material de interés para conseguir la implementación de la circularidad. Teniendo en cuenta lo anterior, este trabajo bibliográfico tiene como objetivo principal proponer estrategias para la gestión de envases plásticos elaborados en polietileno de tereftalo como aporte a la economía circular, utilizando la revisión bibliográfica de los últimos diez años como material base para abarcar el tema de interés. El contenido documental parte exponiendo las generalidades de los plásticos y del PET, su producción a nivel mundial y los impactos que se han identificado en el tiempo estudiado. Luego, se abarca la gestión de los residuos de envases PET bajo el modelo de economía circular como la cadena de reciclaje y analizando las tecnologías de reciclaje que han implementado países como Alemania, identificando los retos que se han presentado en la implementación de este modelo económico en Colombia y por último se plantean acciones que permitan fortalecer esas barreras. Palabras Clave: Botellas de Polietileno de Tereftalo, Economía Circular, Residuo, impacto ambiental, Cadena de Reciclaje, Reciclaje. xi ABSTRACT Plastic packaging waste and specifically those that are made of PET, have become an environmental problem due to the inadequate management that most of these materials receive in different parts of the world, generating negative impacts on the natural environment and on the biotic and abiotic components that constitute it. After several efforts in recent years to counteract the above, the vision has turned on the circular economic model to which many nations want to transcend including Colombia, where plastics have been cataloged as a material of interest to achieve the implementation of circularity. Taking into account the above, this bibliographic work has as it’s main objective to propose strategies for the management of plastic containers made of terephthal polyethylene as a contribution to the circular economy, using the bibliographic review of the last ten years as a base material to cover the topic of interest. The documentary content starts by exposing the generalities of plastics and PET, their production worldwide and the impacts that have been identified in the time studied. Then, the management of PET packaging waste is covered under the circular economy model as the recycling chain and analyzing the recycling technologies that have been implemented by countries such as Germany, identifying the challenges that have arisen in the implementation of this economic model in Colombia and finally actions are proposed to strengthen these barriers. Key words: Bottle Terephthalic Polyethylene, Circular Economy, Waste, Environmental impact, Recycling Chain, Recycling. 1. INTRODUCCIÓN Desde la década de los años 50, se ha desarrollado una amplia variedad de plásticos con características y propiedades capaces de adaptarse a cualquier necesidad para satisfacer a la sociedad, donde los termoplásticos se han posicionado como los protagonistas por su alta demanda en sectores económicos como el de alimentos, construcción y edificación, automoción, cosméticos, eléctrico y electrónico, entre otros (PlasticsEurope 2019). El sector de envases y empaques ha sido el principal destino de los plásticos en la industria de los alimentos, donde el polietileno de tereftalo se posiciona como una de las resinas más utilizadas para el envasado de bebidas como jugos, refrescos, agua, entre otros (Combale 2020). Por consiguiente, al ser un sector con alta oferta/demanda y teniendo en cuenta el modelo económico lineal (extraer– producir – consumir - desechar) implementando por décadas, se ha desarrollado una creciente preocupación sobre las afectaciones que han generado los plásticos en el medio ambiente después de cumplir su finalidad; visualizando el reciclaje como una técnica trascendental en otorgarle valor al residuo generado y mantenerlo en el ciclo productivo, bajo el pensamiento del modelo económico circular al cual pretende trascender la sociedad. Dentro del modelo de la Economía Circular se ha concebido líneas de acción para realizar el proceso de transición, dentro de las cuales se encuentran los materiales de envases y empaques plásticos, tomando como ejemplos relevantes en el continente asiático 13 La ley de promoción de Economía Circular de China del 2009; en Europa el primer plan de Economía Circular de la Comisión Europea publicado en el 2015; para Latinoamérica a Colombia con la Estrategia Nacional de la Economía Circular en 2018, así mismo países como Chile, Ecuador, Perú y Uruguay (Chatham House 2020). En tema de reciclaje, el PET se considera como el plástico más reciclable por la facilidad de aplicar procesos en estos residuos, lo cual influye en que las iniciativas de reciclaje en muchas zonas se centren en los residuos de envases PET. Sin embargo, las tasas de dicho proceso todavía siguen siendo bajas en la mayoría de los países y regiones del mundo según EKORED S.AS, encontrando como ejemplo a Colombia con solo un 20% de reciclaje por debajo de la media mundial de 41% (Gutierrez y Prieto 2016). Por lo anterior, el presente trabajo se centra en la búsqueda documental sobre los envases PET y su reciclaje bajo la perspectiva de la economía circular, donde la información inicia con las generalidades de este material que incluye su definición y los impactos generados por su inadecuada gestión; luego se expone una serie de condiciones identificadas en la cadena de valor del reciclaje de los residuos de envases PET que han condicionado su madurez para la transición a una economía circular para el cierre de su ciclo; y finalmente, se expone acciones de reciclaje que han tomado países que además de iniciar el proceso de transición al modelo circular, se han destacado por registrar altas tasas de reciclaje, siendo referentes en este campo para los demás. El propósito principal de este trabajo monográfico, es proponer acciones para la adecuada gestión de los residuos PET utilizados para el envase de bebidas en Colombia a partir de un análisis crítico de la bibliografía encontrada, enfocada en la mejora de su reciclaje y de esta manera contribuir al modelo de economía circular al cual la sociedad actual pretende trascender. Asimismo, se pretende que tanto el autor como el público interesado fortalezcan sus conocimientos e iniciativa en abordar futuras investigaciones sobre esta temática, para aportar en la construcción de sociedades sustentables. 2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GENERAL Proponer acciones para la gestión de envases plásticos elaborados en polietileno de tereftalo (PET) como aporte a la economía circular, a partir de la revisión de fuentes bibliográficas. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Identificar avances, oportunidades y barreras en la gestión de los residuos de envases plásticos PET y la adopción de la EC en el cierre de ciclos. Analizar las acciones para el reciclado de envases PET, implementadas en algunos países que son considerados líderes de la economía circular. 3. METODOLOGÍA 3.1 TIPO DE ESTUDIO Este trabajo es de tipo documental (Méndez 2006) porque consistió en la revisión de material bibliográfico sobre el reciclaje del polietileno de tereftalo bajo la perspectiva de la economía circular publicado entre los años 2010 a 2021 en tres bases de datos. Además se utilizó un estudio de tipo descriptivo, con el cual se profundizó un poco más sobre el tema; para contribuir con el conocimiento, adecuado desarrollo del contenido y cumplimiento de los objetivos planteados para este trabajo. Cabe aclarar que la monografía proporciona un contraste de los documentos que se consideraron relevantes sobre el tema, por ende el juicio que se desarrolle en este trabajo será a partir de las fuentes literarias encontradas y posteriormente seleccionadas. 3.2 MÉTODO DE INVESTIGACIÓN De acuerdo a los diferentes métodos de investigación de Méndez (2006), este estudio se clasifica en el método de análisis de carácter documental, donde se recopiló el material bibliográfico, luego se revisó los documentos seleccionados y finalmente se organizó y se analizó los antecedentes de diferentes fuentes bibliográficas tanto académicas como gubernamentales y no gubernamentales, nacionales e internacionales. 3.3 DISEÑO METODOLÓGICO El presente trabajo se desarrolló de acuerdo a las siguientes fases: 16 Fase 1 Esta etapa consistió principalmente en la elección del tema de la monografía y en la redacción de la propuesta del trabajo, en el cual se dio a conocer las finalidades del mismo. A través del programa de Microsoft Excel se elaboró el Anexo 1, la cual fue ajustada con base al diseño planteado por Gómez (2016), con el fin de consignar de manera organizada el material bibliográfico que se obtendría en la siguiente fase. Fase 2 Esta etapa fue muy importante, debido a que consistió principalmente en la búsqueda de información sobre el reciclaje de los envases de PET relacionada con la economía circular. La búsqueda se realizó tanto en español como en inglés, empleando las bases de datos de Google Scholar, Scielo, Sciendiret; con los siguientes filtros: Lapso de tiempo (2010-2021). Ordenar por relevancia. Áreas relacionadas con la ingeniería ambiental. Uso de los términos de la Tabla 1 y a su vez realizando combinaciones entre los mismos. Tabla 1. Listado de los términos utilizados en las bases de datos para búsqueda bibliográfica. Elaborada por el autor. TÉRMINOS DE BÚSQUEDA Español Inglés Cadena de reciclaje Recycling Chain Envases de Polietileno de tereftalo Bottle Terephthalo polyethylene Residuos de botellas PET Waste bottle of PET Impacto ambiental Environmental impact Economía circular Circular Economy 17 Reciclaje Recycling Los materiales bibliográficos incluían: revistas científicas, trabajos de grados, libros digitales, artículos de prensa, informes nacionales e internacionales. También se inquirieron páginas web de organizaciones públicas o privadas nacionales e internacionales; que aportaron información veraz y significativa al desarrollo del tema. Para la selección del material bibliográfico de los resultados combinados de la búsqueda, inicialmente se llevó a cabo una filtración de acuerdo al título, resumen del documento online y a los criterios de exclusión de la Tabla 2; posteriormente al recurso bibliográfico resultante del proceso anterior se tomaron los que mejor se acoplaban a los criterios de inclusión, obteniendo así aquellos que se debían estudiar a texto completo para su selección y finalmente el material escogido fue consignado en la matriz del Anexo 1. Tabla 2. Criterios planteados para la selección de los documentos. Elaborada por el autor. CRITERIOS Criterios de inclusión Criterios de exclusión Artículos originales o con metodología entendible y verás. Artículos que estén orientados al reciclaje de los envases PET de bebidas que incluyan términos de economía circular. Artículos publicados en español e inglés sobre estos temas. Documentos entre los años 2010-2021. Documentos que permitan construir una información organizada de datos y realidades nacionales. Artículos duplicados No accesocompleto al documento Fuentes bibliográficas antiguas al lapso de tiempo planteado. Material bibliográfico no perteneciente a envases elaborados con PET. Alcance superficial y nivel de profundidad baja de abordaje del tema. 18 Fase 3 Para esta fase final se organizó la información recopilada y se procedió a la redacción de esta revisión bibliográfica, utilizando el programa de Microsoft Word y la posterior entrega del informe. 4. MARCO TEÓRICO De acuerdo al contenido de este trabajo monográfico, en este ítem se definió términos implementados en el desarrollo de la temática, con el fin de ofrecerle al lector mayor conocimiento a nivel conceptual y lograr una mejor comprensión del mismo. 4.1 LOS PLÁSTICOS De acuerdo con Kachur (2011) y Clunies (2019) la palabra plástico desde el punto de vista etimológico se deriva del griego ―plastikos¨ qué significa ¨capaz de ser moldeado¨, la cual inicialmente se empleaba como adjetivo para aquello que se podía moldurar (Ministry of Environment, Forest and Climate Change 2018), sin embargo, su empleo como sustantivo se considera a mediados del siglo XX para denominar los materiales sintéticos derivados de los hidrocarburos con los cuales se pueden elaborar objetos sólidos en variedad de formas y tamaños (Van y Schwarz 2020). Los plásticos desde la perspectiva de la química se consideran materiales sintéticos constituidos por grandes moléculas llamadas polímeros (Ministry of Environment, Forest and Climate Change 2018), creadas a su vez por la unión de una o más unidades simples denominados monómeros, en su gran mayoría de carbono, oxígeno e hidrógeno y otros pueden ser de nitrógeno, cloro y azufre (Freire y González 2014; Lozano y Torres 2020). Conociendo un poco más de los aspectos químicos de las macromoléculas que constituyen a los plásticos, estas pueden ser lineales, ramificadas o entrecruzadas, situación 20 que determina el tipo de plástico; estos se pueden clasificar según diversos criterios (Fernández 2010) como se observa en la figura 1. Figura 1. Clasificaciones de los plásticos según varios criterios. Elaborado por el Autor. Según la clasificación por su estructura, pueden ser termoplásticos (tienen moléculas lineales y ramificadas que se ablandan con el calor) como el polietileno (PE), CLASIFICACIÓN DE LOS PLÁSTICOS Origen del polímero Natural Semisintético Sintético Comportamiento frente al calor Termoplástico Termoestable Grado de cristalinización Amorfo Semicristalino Cristalino Aplicación industrial Adhesivos Recubrimientos Fibras Elastómeros Materiales plásticos Según 21 poliestireno (PS), celofán, cloruro de polivinilo (PVC), entre otros; mientras que dentro de los termoestables (poseen moléculas entrecruzadas que se mantienen con el calor) se encuentra la resina epoxi, baquelita, resina de melamina y resinas fenólicas (Fernández 2010; Vela, Rey y Jaimes 2018; Hidayat Kiranamahsa y Zamal 2019; Clunies 2019). Lo anterior permite conocer un aspecto importante del porqué los termoplásticos pueden ser reciclados y emplearlos nuevamente en los ciclos de productos, sin embargo la facilidad del proceso depende del tipo de plástico al que pertenecen. Para obtener materiales plásticos es necesario propiciar reacciones químicas de materias primas que dependiendo de su composición, según Clunies (2019) darán origen a ciertos polímeros categorizados en natural (Ejemplo: celulosa, la caseína y el caucho natural), semi-sintético (Ejemplo: nitrocelulosa) o sintético (Ejemplo: polietileno, nylon, poliestireno entre otros); de las cuales la industria química obtiene plástico en presentaciones como: polvo, gránulos, lentejas, láminas, líquidos viscosos, etc.; y posteriormente las industrias transformadoras emplean procesos de moldeo que implican presión y calor, para obtener los objetos finales (Hidayat, Kiranamahsa y Zamal 2019). La característica de los plásticos más remarcada hace referencia a la relación resistencia/densidad alta, adicionando que son materiales excelentes para el aislamiento térmico y eléctrico, así como una buena resistencia a los ácidos, álcalis y disolventes (Santamarina 2015). Actualmente existe una amplia variedad de plásticos, y para facilitar la identificación del tipo de resina utilizada en materiales que pueden ser recuperables como por ejemplo los envases o empaques, se ha implementado desde 1988 el sistema universal de la figura 2, introducido por la Sociedad de Industria de los Plásticos (Acoplástico 2019) y es dirigido por ASTM International desde el 2008 (Monteverde 2020). Por tanto se puede considerar que esta estrategia ha contribuido a la eficiencia en los procesos de reciclaje de los polímeros, puesto que ayuda a la mejora en la clasificación de estos residuos plásticos y en el empleo de las tecnologías adecuadas. 22 Figura 2. Código de identificación de resinas de plástico de la Sociedad de Industria de los Plásticos (SPI). Tomada de: Álvarez, 2015. Inicialmente los plásticos solo eran de origen natural, luego fueron surgiendo los plásticos semi-sintéticos, es decir, resinas producto de la transformación de polímeros naturales, ampliando así el uso de este material en objetos ornamentales, juegos (bolas de billar, hule, etc.), películas fotográficas, entre otros. Pero aún faltaba por mejorar, adaptar o en su defecto crear resinas para cubrir las necesidades de la época como lo era la parte de los textiles, fue así que durante esa búsqueda se desarrolló el primer plástico completamente sintético a partir de polímeros derivados del formaldehído denominado Baquelita en 1907 (Fernández 2010; Santamarina 2015; Fundación Heinrich Böll 2019). Desde esa fecha, la industria del plástico tomó más fuerza, debido a la innovación y desarrollo de resinas que han ofrecido una amplia gama de propiedades, permitiendo su uso en casi todos los sectores económicos (Figura 3). Es por ello que hoy en día este polímero sintético se puede clasificar de acuerdo a sus aplicaciones industriales como los de Figura 2. 23 Figura 3. Línea de tiempo plástico. Elaborado por el autor. 1833 • Apartir de la celulosa Alexander Parkes creó la "Parkesita" (Fundación Heinrich Boll 2019) 1852 • Berzeluis introdujo la palabra polímero (Santamarina 2015) 1860 • Wesley Hyant creó el plástico "CELULOIDE" (Santamarina 2015; Clunies 2019.) 1884 • Origen de la película fotovoltaica (Kachur 2011) 1907 • Leo Hendrick Baekland obtuvo el primer plástico sintético "BAQUELITA" (Fernández 2010; Santamarina 2015; Ritchie y Roser 2018; Fundación Heinrich Boll 2019) 1909 • Bekland aplica la palabra "plásticos" (Lozano y Torres 2020) 1912 • Eugen Baumann patenttó el Policloruro de Vinilo (Fundación Heinrich Boll 2019) 1913 • Se creó el celofán 1915 • Se descubre el proceso de Co-polimerización (Perilla 2017) 1931 • Origen del poliestireno (Fundacion Heinrich Boll 2019) 1933 • Es desarrollado el polietileno (Fernández 2010) 1935 • Aparece nueva ténica para los termoplásticos, que abre el campo a nuevos materiales (Perilla 2017) 1937 • Invención del poliuterano (Fundación Heinrich Boll 2019) 1938 • Invención de la primera fibra artificial Nailon (Kachur 2011) 1940 • J.R Whinfield y J.T Dickson patentan el PET para fibra (Freire y González 2014; PET Resin Association 2015) 1952 • Karl Ziegler creó el polietileno de baja densidad (Fundación Heinrich Boll 2019) 1953 • Aparece el policarbonato (Fundación Henrich Boll 2019) 1954 • Paul Hogan y Robert Banks manufacturaron el polietileno de alta densidad (Fundacion Henrich Boll 2019) 1968 • Se producieron las promeras botellas de plástico provenientes de la marca (agua mineral Vittel en Francia) 1970 • Desde los años50 a los 70 la producción de plástico aumentó 20 veces con respecto a sus inicios 24 4.1.1 Industria de los Plásticos Desde la creación de los primeros plásticos y con el aumento e invención de diversos tipos de polímeros de esta índole, la vida moderna sería totalmente irreconocible sin estos materiales del diario vivir (Parker 2019). Según las cifras obtenidas en los informes de PlasticsEurope (2014, 2017, 2019 y 2020) donde se incluyen las cantidades de termoplásticos, poliuretanos, termoestables, elastómeros, adhesivos, revestimientos y selladores y fibras de PP (no se tienen en cuenta las fibras de PET, fibras de PA y fibras de poliacrílico); el crecimiento de la producción de plástico a nivel mundial ha sido de manera progresiva, obteniendo un alza del 3,16% entre el 2017 y 2018 (ver gráfica 1). Los datos de estos informes suelen ser los más utilizados por autores, para argumentar cuanto de estos polímeros sintéticos se han fabricado y a partir de eso contextualizar algún aspecto de estudio. Gráfica 1. Producción de plástico a nivel mundial. Adaptada de los informes de: PlasticsEurope 2014, 2017, 2019 y 2020. Siguiendo con la idea anterior, cuando se pretende identificar por zona geográfica en la producción de plásticos (ver Figura 4), se evidencia que un poco más de la mitad de la 270 280 288 299 311 322 335 348 359 368 100 150 200 250 300 350 400 450 500 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 M IL LO N ES D E TO N EL A D A S AÑOS PRODUCCIÓN MUNDIAL DE PLÁSTICOS 25 producción mundial se realiza en el continente asiático, destacando a China como el país de oriente que ha permanecido en los últimos 10 años como el mayor productor, seguido por Japón y el resto de Asia con un 17%. Otras regiones que presentan un porcentaje considerable son Norte América con un 19% y Europa con un 16%, considerando a Latinoamérica con solo un 4% (PlasticsEurope 2020). Figura 4. Distribución mundial de la producción de plásticos en 2019. Tomada de: PlasticsEurope, 2020. Es preciso señalar que hace falta información sólida sobre los plásticos en cuanto a las cifras a nivel mundial como lo hace notar Geyer, Jambeck y Law (2017) en su estudio, porque con el objetivo de dar a conocer una proximidad a la realidad de la industria de los polímeros sintéticos, además de incluir las resinas sintéticas en su investigación, también se consideraron las fibras sintéticas y los aditivos, dando como resultado diferencias con los datos aportados por los informes de PlasticsEurope en el periodo 2011 al 2015 (ver Gráfica 26 2). Sin embargo, resaltaron que la información relacionada con la fibra y los aditivos no estaban fácilmente disponibles, dando paso a estimaciones. Gráfica 2. Producción global de plástico periodo 2010-2015. Tomado de: Ritchie y Roser, 2018; Geyer, Jambeck y Law , 2017 En lo que sí concuerdan Geyer, Jambeck y Law (2017) y los informes de PlasticsEurope es que Asia, específicamente China lidera la producción de plástico, siendo esta más inclinada en la industria textil. Por lo anterior, y teniendo en cuenta la Figura 4 se puede identificar que la alta producción de plástico se realiza en los continentes donde se encuentran mayormente los países desarrollados, considerando sus características como mejor calidad de vida, desarrollo industrial, entre otros; así como los aspectos potenciales en los hábitos de consumo de sus habitantes (Ritchie y Roser 2018). Aunque en el mercado mundial exista diversidad de plásticos, Geyer, Jambeck y Law (2017) y Clunies (2019) enfatizan que solo unos pocos se encuentran en la cúspide de la industria, por el bajo costo con el cual se puede producir grandes volúmenes, siendo estos 27 el polietileno (PE), polipropileno (PP) y policloruro de vinilo (PVC), polietileno de tereftalo (PET), poliuretano (PUR) y poliestireno (PS); destacando el hecho que la producción de los polímeros sintéticos se emplean en gran medida en el sector de envases y empaques (PlasticsEurope 2019). La idea que se mantiene aún con las diferentes cifras de un autor u otro, es que la producción de plástico ha tenido un aumento progresivo durante los años, debido a la expansión de la industria (Clunies 2019) y desde la posición de la Fundación Ellen Macarthur (2015) si la tendencia de crecimiento continúa a este ritmo, la cantidad de plásticos para el año 2050 se puede cuadruplicar, escenario poco esperanzador si se conserva el modelo lineal de producir-consumir-tirar que ha predominado por décadas. 4.1.2 Problemática de los Plásticos Los residuos plásticos son una preocupación a nivel nacional e internacional por las grandes cantidades que se producen, su corta vida útil y la inadecuada gestión que recibe más de la mitad de los residuos (Morillas, Pérez, Valdemar, Contreras, Islas, Guillén y Filgueira 2017; Parker 2019). El alto volumen de residuos plásticos que no presentan una gestión adecuada, conlleva a que de manera sistemática se propicien problemas en los medios que componen al ambiente, como la alteración de los hábitats, daños en la vida silvestre y repercusiones negativas en la función y los servicios de los ecosistemas, tal como argumenta PEW Charitable Trusts and SystemIQ. ―Breaking the Plastic Wave: A Comprehensive Assessment of Pathways Towards Stopping Ocean Plastic Pollution,‖ (2020). Los residuos plásticos se encuentran presentes en cualquier parte del medio ambiente, como por ejemplo en los mares y océanos que por su gran extensión se ha convertido en el foco principal de muchos estudios, dentro de los cuales se ha logrado estimar que este medio acuático recibe aproximadamente entre 8 a 12 millones de toneladas de esta basura marina (Zettler, Takada, Monteleone, Mallos, Eriksen y Amaral 2017, Ministry of Environment, Forest and Climate Change 2018; Parker 2019; Clunies 2019), además Ritchie y Roser (2018) enfatiza que la cantidad de plástico que se encuentra en el 28 fondo del mar es más grande de lo que se estima, conociendo esta situación como ―El problema del plástico faltante‖. La mayor evidencia existente y conocida en el planeta sobre los residuos plásticos en los océanos, es la existencia 5 giros o islas oceánicas de basura (Ministry of Environment, Forest and Climate Change 2018) y en la figura 5, se pueden observar las cantidades estimadas en cada una. Figura 5. Estimaciones de residuos plásticos en las islas de basura en los océanos. Tomado de: Fundación Heinrich Böll, 2019. Por otra parte y no ajena a lo anterior, en los continentes el panorama de las aguas dulces lenticas no es tan alentador, puesto que un estudio por Science Advances concluyó que son aproximadamente 1000 ríos los que aportan de manera significativa residuos plásticos a los ecosistemas marinos (Parker, Plastic gets to the oceans through over 1,000 rivers 2021), cambiando el pensamiento de que la problemática se enfocaba en los veinte 29 ríos más contaminados expuestos por Ritchie y Roser (2018), dentro de los cuales se encontraban los más grandes como el Nilo (África), el Amazonas (América Latina), el Yangtze (Asia), Ganges (África), entre otros. Sin embargo, los dos estudios todavía mantienen el argumento de que Asia y África aportan a esta problemática. En cuanto a la fauna, los datos de afectación de la especies varían de acuerdo con el autor, a modo de ejemplo se tiene que El Ministerio de Medio Ambiente, Bosques y Cambio Climático de New Delhi (2018) expone que aproximadamente el 74% de las aves contienen en sus intestinos materiales plásticos, resaltando el siguiente fragmento: “Al menos 267 especies en todo el mundo, incluido el 44 % de todas las aves marinas, el 43 % de todos los mamíferos marinos, el 86 % de todas las especiesde tortugas y peces, se ven afectadas por los desechos plásticos marinos”. Parker (2019) confirma lo anterior, considerando que casi todas las aves marinas consumen polímeros, y además expone que cerca de 700 especies de animales, incluidas las que se encuentran categorizadas en peligro de extinción están afectadas por la basura plástica. Aproximadamente 100 especies acuáticas como los mejillones, peces y camarones contienen en sus sistemas los famosos ―Microplásticos‖ (Clunies 2019). Las cifras totales de animales afectados según PEW Charitable Trusts and SystemIQ. ―Breaking the Plastic Wave: A Comprehensive Assessment of Pathways Towards Stopping Ocean Plastic Pollution,‖ (2020) son mayores, argumentando que 800 especies se ven afectadas por la contaminación plástica marina, incluyendo a todas las especies de tortugas marinas, más del 40 % de las especies de cetáceos y el 44 % de las especies de aves marinas. Ritchie y Roser (2018) analizó que la ingestión de plásticos por parte de la fauna se da principalmente de materiales muy pequeños como los microplásticos, que presentan repercusiones en el desarrollo biológico en ciertas especies como por ejemplo afectación en el consumo de presas, lo que lleva al agotamiento de la energía, la inhibición del crecimiento y los impactos en la fertilidad, citando mejillones, langostinos, cangrejos de costa y gusanos, entre otros. Sin embargo Puskic, Lavers y Bond (2020) a través de su revisión bibliográfica manifiesta la necesidad de realizar estudios a diversas especies de vertebrados, y que a su vez tengan en cuenta los impactos en distintos niveles fisiológicos. 30 La afectación de los residuos plásticos en los humanos se encuentra relacionado principalmente por provocar inundaciones en el ambiente donde vive al tapar los canales de desagüé, su acumulación propicia foco de enfermedades a causa de posibles olores y animales portadores de enfermedades, así como disminución del turismo y de actividades que le generan al hombre ingresos para su diario vivir como la pesca (Van y Schwarz 2020) Lo anterior se resume dentro de los cinco aspectos que consideró como problemática de los plásticos en el ambiente el trabajo de Van y Schwarz (2020), siendo estos: Ingestión de plásticos. Enredos en materiales plásticos de animales Fuga de aditivos tóxicos y acumulación de toxinas. descomposición en microplásticos. Afectación en el medio donde se desarrollan los humanos (a nivel socio- económico). 31 4.2 ECONOMÍA CIRCULAR El concepto de Economía Circular ha sido promovido y discutido desde 1970 (Wautelet 2018), sin embargo la Fundación Ellen MacArthur (ver figura 6) en las últimas décadas se ha convertido en la promotora del auge de este modelo económico, llevando a cabo diferentes proyectos con entes gubernamentales, gremios de investigadores académicos, empresas, entre otros (Fundation Ellen Macarthur 2015); con el fin de generar aportes para cambiar paulatinamente a un modelo económico más sustentable y que no se encuentre limitado como el que predomina en la actualidad (Kowszyk y Maher 2018). Figura 6. Representación del modelo de economía circular. Tomada de: Kowszyk y Maher, 2018. Teniendo en cuenta a Cerdá y Khalilova (2016), en palabras textuales la economía circular se asimila como ―un ciclo de desarrollo continuo positivo que preserva y aumenta el capital natural, optimizando los rendimientos de los recursos y minimizando los riesgos del sistema, gestionando stocks finitos y flujos renovables‖. La economía circular parte de tres principios regidos por el diseño (Cerdá y Khalilova 2016): 1) Eliminar los desechos y la contaminación, 2) Circular productos y materiales a su valor más alto, 3) Regenerar la naturaleza. Otro autor los contextualiza en otras palabras, pero con un sentido similar, siendo estos descritos como: 1) Al ser la economía circular un proceso sistemático a través del diseño de los productos y la optimización de las operaciones se puede ―acabar con los residuos‖; 2) El producto pensado 32 y elaborado bajo el enfoque circular, permite distinguir los aspectos consumibles y duraderos que posee direccionando su progresividad en el ciclo productivo; 3) Al emplear recursos renovables, el uso de nuevos recursos no será necesario y con esto se aumenta la capacidad de recuperación (Zapata, Vieira, Zapata y Rodríguez 2021). La economía circular a través de sus principios interpone la idea de repensar de manera sistemática la parte operativa, categorizando aquellos procesos y tecnologías adecuadas que permitan al producto al final de su vida útil reincorporarse al ciclo productivo como materia prima para la elaboración de materiales, otorgándole un valor agregado y disminuyendo las externalidades negativas que pueden generar al medio ambiente (Rozo 2019). La fundación Ellen Marcathur (2015) ha estructurado el modelo de economía circular en dos ciclos: biológico y técnico (ver figura 7); que acuerdo al CONPES (2016) en Colombia, estos ciclos presentan aspectos referentes sobre a los materiales descartados, donde el ciclo biológico parte del flujo de materiales renovables (García 2020), donde se regeneran con o sin intervención del hombre a través de distintos procesos (compostaje, digestión anaeróbica, biogás); mientras que en el técnico, los materiales se recuperan o se restauran con la suficiente energía disponible y la participación humana para el desarrollo de procedimientos (reutilización, aprovechamiento, tratamiento, entre otros) (Lozano y Torres 2020), donde existe una gestión de reservas de recursos agotables (García 2020). 33 Figura 7. Esquema de una economía circular. Tomado de: Fundación Ellen MacArthur, 2015. En la actualidad algunos países han tomado como iniciativa la elaboración y puesta en conocimiento público documentos relacionados con la Economía Circular, siendo la comunidad política de la Unión Europea uno de los líderes en cuanto a la publicación e implementación del plan de acción hacia una economía circular desde el 2015, y que ha tenido ya una actualización para acoplar lo que se ha logrado desde su puesta en marcha con los nuevos retos y mejoras en su ejecución; destacando de este continente Alemania, Francia; así como países Asiáticos dentro de los cuales está Japón, China. En América se tiene a Colombia con la Estrategia Nacional de la Economía Circular ajustada en el documento final del 2019, así mismo países como Chile, Brasil, México. Hay que destacar que además de las acciones que se pretenden alcanzar en los planes o políticas publicadas sobre la economía circular, es común hallar el interés de cerrar el ciclo de vida de materiales, dentro de los cuales se encuentran los plásticos y de un modo más específicos, aquellos relacionados con el envase de alimentos y bebidas, debido a su 34 alta producción y pérdida de valor al convertirse en residuo; que además de ser prácticamente de un solo uso, su permanencia en el ambiente de manera inadecuada puede ser por muy largo tiempo y provocar efectos negativos en el entorno. Por lo anterior, y teniendo en cuenta los ciclos del sistema de economía circular, los envases de plásticos como lo son aquellos elaborados en polietileno de tereftalo, los ciclos técnicos son los que se emplean para buscar soluciones y darle valor cuando se convierte en residuo, donde el reciclaje se convierte en un interés por ser uno de los ejes principales de la economía circular (Wojnarowska 2018) y conceptuarse como el proceso que conecta el final del ciclo de vida del producto plástico con el inicio de la cadena cuando se le hace un buen aprovechamiento; sirviendo como materia prima secundaria para la producción de nuevos productos con igual función, permitiendo su permanencia en el medio económico y a su vez disminuyendola presión sobre los ecosistemas. Implementar el modelo económico circular en el ciclo de vida de un producto, ya sea plástico u otro, implica adoptar un esquema de gestión de residuos, donde posiblemente demandará nuevos actores, o los fortalecerá, con cambios económicos relacionados con la remoción, transporte, recolección, tratamiento y transformación de residuos plásticos, acordes con las características y hábitos de consumo de plástico de cada región. 4.2.1 EL RECICLAJE Siguiendo con la idea anterior, el reciclaje se considera uno de los principios básicos dentro de cualquier economía circular (Fundación Ellen MacArthur 2015, ), sin embargo, al momento de gestionar los residuos se debe tener en cuenta la jerarquía de las acciones introducida por la Directiva Europea en 1975, priorizando aquella que sea adecuada para el material que se quiere disponer (Ver figura 8). 35 Figura 8. Representación de la Jerarquía de los residuos Sólidos. Tomada de: CONPES, 2016. Según la definición de Santamarina (2015) sobre el reciclaje se tiene que ―es un proceso que utiliza ciertos materiales, por lo general no biodegradables, considerados "basura", como: papel, cartón, plástico, metales, residuos orgánicos y otros, con el fin de reintegrarlos al ciclo económico, reutilizándolos o aprovechándolos como materia prima para nuevos productos…‖. Sin embargo, Británica (2020) lo asume como ―la recuperación y reprocesamiento de materiales de desecho para su uso en nuevos productos‖. A nivel nacional, de acuerdo con el CONPES (2016) el reciclaje se atribuye al ―proceso de transformación física o química o biológica de los materiales procedentes de los residuos potencialmente aprovechables, para su reincorporación en el ciclo productivo”. El reciclaje es un proceso que conduce a la reducción de residuos y, por tanto, a la disminución del consumo de materiales mediante la reutilización de productos, la aplicación de materiales alternativos y biodegradables, así como la recuperación de energía en forma de combustibles (Wojnarowska 2018). 36 Raju (2016) manifiesta que el proceso de reciclaje comprende varios tipos, los cuales se encuentran clasificados de acuerdo a los métodos empleados para realizar el aprovechamiento de los residuos como se observa en la Figura 9. Figura 9. Tipos de reciclaje de residuos Elaborado por el Autor. TIPOS DE RECICLAJES Reciclaje Primario Es aquel que se realiza en la planta de producción de un material, es decir, preconsumo o post- industrial (Meza y Pérez 2015). Se da principalmente cuando un producto ya sea de plástico u otro material, en su elaboración presenta imperfecciones que no cumplen con los criterios de calidad de la industria, por lo cual vuelven hacer reintroducido por lo general de manera directa como materia prima (Malik, Kumar, Shrivastava & Ghosh 2016) Reciclaje Mecánico o secundario Corresponde al procesamiento físico de residuos: Para ello es necesario el empleo de técnicas que van desde trabajo manual hasta el empleo de máquinas que permitan disminuir el volumen de los residuos post- consumo y clasificación de aquellos que se encuentran mezclados. Reducción de tamaño por trituración y molienda, extrusión por calor y reformado Reciclaje Químico o terciario Los residuos son sometidos a procesos donde existe una transformación en su estructura química (Monteverde 2020); Siendo los mas comunes pirolisis (sometimiento de los residuos a altas temperaturas sin oxigeno), hidrogenación (uso de altas temperaturas con presencia de oxigeno), craqueo térmico (rompimiento de las cadenas de polímeros por el calor en ausencia de oxigeno), hidrólisis (tratamiento térmico con hidrógeno, empleando catalizadores), metanólisis (proceso entre el metanol con el residuo tratado) y glicolisis (proceso entre el etilenglicol con el residuo tratado) (Meza y Pérez 2015) 37 De acuerdo con Monteverde (2020), el proceso de reciclaje se puede dar en un ciclo cerrado (el material reciclado es nuevamente utilizado como materia prima para elaborar el mismo producto del que se recicló originalmente), como se muestra en la Figura 10 o en un ciclo abierto (el material reciclado se emplea para fabricar un producto diferente al que se recuperó inicialmente), a modo de ejemplo se tiene la Figura 11. En los plásticos en general se pueden emplear los anteriores métodos, sin embargo, la calidad, viabilidad económica, entre otros aspectos, dependerán del tipo de residuo plástico que se quiera aprovechar. Figura 10. Ciclo cerrado del reciclaje. Tomado de: Singh, Rorrer, Nicholson, Erickson, DesVeaux, Avelino y Beckham, 2021. Figura 11. Ciclo abierto del reciclaje. Tomado de: Revista Semana, 2020. 5. POLIETILENO DE TEREFTALO De acuerdo a la revisión bibliográfica realizada en los tres motores de búsqueda de Google Scholar, Scielo y Sciendiret, y empleando los respectivos filtros expuestos en el apartado 3.3 de la metodología, se logró seleccionar para este trabajo monográfico 94 fuentes bibliográficas que cumplían con los criterios de inclusión para el cumplimiento de los objetivos propuestos, siendo estas consignadas de manera organizada en el Anexo 1 del presente documento. Es importante tener en cuenta que la combinación de los resultados de la búsqueda bibliográfica fue considerablemente amplia, situación marcada principalmente por el rango de tiempo consultado (2010-2021) y la limitación de una de las bases de datos (Google Scholar) en generar solo bibliografías de áreas relacionadas con la ingeniería ambiental. Sin embargo, a partir de una revisión general se obtuvo una base de aproximadamente 310 bibliografías, de las cuales a medida que se realizaron las filtraciones e identificando los criterios de búsqueda de la Tabla 2, se obtuvo un total de 94 documentos online para el desarrollo del presente trabajo (ver Figura 12). 39 Figura 12. Diagrama de flujo de selección de fuentes bibliográficas. Elaboración propia. 5.1 PLÁSTICO PET Nisticó (2020) y Chu, Cai, Li, Wang, Liu y He (2021) hacen referencia que el polietileno de tereftalo es técnicamente denominado politereftalo de etileno, polietiléntereftalato o por su sigla en inglés PET o PETE; y desde el punto de vista químico Becerra (2019) lo describe como un polímero aromático termoplástico que posee en su cadena principal el grupo funcional éster, que a su vez presenta largas cadenas de unidades repetidas de los elementos orgánicos carbono (C), oxígeno (O) e hidrógeno (H). En la Figura 13, se encuentra representado un kilogramo de PET con los respectivos porcentajes de petróleo crudo, aire y gas (Meza y Pérez 2015; Lozano y Torres 2020). En el mercado se tiene que cuando su uso es para fibras o tejidos acoge el nombre de poliéster (Ministry of Environment, Forest and Climate Change 2018), mientras si su uso es para botellas o empaques se le conoce PET (PET Resin Association 2015). Bibliografía Base: 310 bibliografía resultante del segundo y tercer proceso: 126 Número de bibliografía analizada de manera completa: 100 Bibliografía incluida en el trabajo monográfico: 94 40 Figura 13. Composición de un kilo de PET. Elaborada por el autor. El PET es valorado como el individuo termoplástico más destacado del grupo del poliéster (Malik, Kuar, Shrivastava, y Ghosh 2016; Ministry of Environment, Forest and Climate Change de New Delhi 2018; Pudack, Stepanski y Fässler 2020), debido sus características (Chu, Cai, Li, Wang, Liu y He 2021); siendo el material sintético con la mayor demanda en la industria de botellas para jugos, sodas o refrescos carbonatados, agua purificada, conservas, aceite para alimentos, bebidas alcohólicas y productos químicos (Freire y González2014; Ikpe y Ikechukwu 2017), en una diversidad de presentaciones en cuanto al volumen del recipiente (Mudgil y Barak 2018). La fabricación de PET sintético se basa en dos formas de esterificación (Malik, Kumar, Shrivastava y Ghosh 2016), siendo la combinación del ácido tereftálico y el etilenglicol el más común en la industria (Welle 2018; Rojas, Pinzón, Avellaneda y Gil 2019; Pudack, Stepanski y Fässler 2020), presentando la reacción química en la Figura 14. Para obtener el ácido tereftálico, se debe extraer del petróleo crudo el paraxileno y oxidarlo con el aire, y para el etilenglicol es necesario que a partir de los derivados de gas natural se obtenga el etileno, para luego oxidarlo con el aire, finalizando con la polimerización de ambos componentes (Castells y Jurado 2012; Freire y González 2014; Becerra 2019: Lozano y Torres 2020). 41 Figura 14. Estructura y ecuación química del PET Tomado de: Welle, 2018. Considerando lo anterior, se puede inferir que la materia prima principal para la producción del polietileno de tereftalo es la explotación de hidrocarburos, fuente de energía considerada como recurso no renovable, y conociendo que la mayoría de los plásticos incluyendo el PET son totalmente sintéticos, la preocupación radica en el agotamiento de estos compuestos orgánicos en la naturaleza, ligado con todo los efectos adversos que trae su obtención (Lozano y Torres 2020; Chu, Cai, Li, Wang, Liu y He 2021). La mayor demanda de PET en el mercado se da principalmente en el sector de las fibras sintéticas (Malik, Kuar, Shrivastava, y Ghosh 2016; Gomes, Visconte, y Pacheco 2019), sin embargo, Pudack, Stepanski y Fässler 2020) argumenta que en los últimos años la industria de envasado y embotellamiento de alimentos y bebidas ha crecido en tal magnitud, que ha cobrado importancia después de su uso en el mercado textil. Para orientar el tema estudiado en el presente documento, los temas relacionados con el PET se centrarán en los envases o botellas elaboradas para bebidas, por tal motivo dentro de la información general de este material sintético se tiene que para facilitar su identificación en los envases utilizados comúnmente para almacenaje de líquidos carbonatados (gaseosas), agua en botella (mineral o no), jugos entre otros; se cuenta con un logo (ver Figura 15) conformado por tres flechas en forma de un triángulo (triángulo de möbius) con el número 1 en el centro (Welle 2018; Acoplásticos 2019), que generalmente se encuentra en la base de estos recipientes. 42 Figura 15. Codificación del PET según el sistema desarrollado por la sociedad de industria del plástico (SPI). Tomado de: Welle, 2018; Acoplástico, 2019. Por su alto grado de cristalinidad y por su comportamiento como polímero termoplástico, los procesos por los cuales se pueden obtener preformas para envases son extrucción, inyección, soplado, inyección-soplado y termoformado (Meza y Pérez 2015). No obstante, Santamarina (2015) expresa que por su baja velocidad de cristalización, se considera poco adecuado emplear el proceso de inyección para su transformación. Por otra parte, se tiene que la mayoría de los envases PET se reciclan mecánicamente por ser una tecnología menos costosa; sin embargo, Castells y Jurado (2012) sugieren que al ser un polímero sencillo de despolimerizar por ser producto de la adición de dos sustancias, el reciclaje químico entra como un proceso a considerar, siendo la metanólisis, hidrólisis y glicólisis, las alternativas más estudiadas para este material. 5.1.1 Historia del PET Las situaciones de conflictos o guerra que se han desarrollado a lo largo de la historia, han sido fuente para la creación de muchos objetos y servicios que se tienen hoy en día, y los materiales plásticos como el PET no han sido la excepción. El origen del polímero de PET se le atribuye a varias de las necesidades generadas por la segunda guerra mundial, dentro de las cuales fue la de obtener fibra sintética de textiles por el poco o nulo suministro que tenían los soldados de los tejidos de algodón provenientes de Egipto (Freire y González 2014). En el tiempo de post-guerra, al observar que se podía obtener beneficios económicos con el material, se empezó a comercializar 43 para la producción masiva de fibras y tejidos. Sin embargo, esta resina fue más estudiada y otros sectores como el de películas y el de bebidas, encontraron en sus características lo necesario para disminuir costos y ampliar sus ventas; y fue así como en 1973, según PET Resin Association (2015) se patentó la primera botella de polietileno de tereftalo destinada para almacenar bebidas carbonatas. Con el transcurso de los años, se dieron hechos relevantes como el primer reciclaje de botella de PET en 1977 (PET Resin Association 2015), cambios en la presentación de productos de aguas y bebidas carbonatadas, entre otros (Figura 16). Fue producido por primera vez en 1941 por los científicos británicos Whinfield y Dickson, quienes lo patentaron como polímero para la fabricación de fibras (Freire y González 2014, PET Resin Association 2015). Se debe recordar que su país estaba en plena guerra y existía una apremiante necesidad de buscar sustitutos para el algodón proveniente de Egipto. A partir de 1946 se empezó a utilizar industrialmente como fibra y su uso textil ha proseguido hasta el presente (Freire y González 2014), sin embargo Lozano y Torres (2020) asumen que este hecho se dio en 1955. En 1952 se comenzó a emplear en forma de filme para envasar alimentos. Pero la aplicación que le significó su principal mercado fue en envases rígidos, a partir de 1976. Pudo abrirse camino gracias a su particular aptitud para la fabricación de botellas para bebidas poco sensibles al oxígeno como por ejemplo el agua mineral y los refrescos carbonatados. Desde principios de los años 2000 se utiliza también para el envasado de cerveza. Con lo anterior se puede inferir que a pesar que el PET es un material creado en la década de los 40’s y el uso inicial para el cual fue creado, su producción no fue tan alta en comparación con la que ha tenido desde los años 70´s hasta el siglo 21, donde gracias a las innovaciones realizadas a través del tiempo adquirió característica y propiedades que permitieron su aplicación en la elaboración de envases, en la que su demanda cada vez mayor (Vela, Rey y Jaimes 2018). 44 Figura 16. Historia del Polietileno de Tereftalo. Elaborado por el autor Durante los últimos años, es común que las personas tengan a la mano productos envasados en PET, siendo de gran importancia su aplicación para embalajes y envases de bebidas carbonatadas, agua, entre otros (Meza y Pérez 2015; Vela, Rey, y Jaimes 2018), debido a la versatilidad y fiabilidad que han adquirido por su evolución y mejora con el paso del tiempo, tanto así que de acuerdo a Freire y González (2014) este material ha 1940 •Whinfield y Dickson sintetizaron por primera vez el polietileno de Tereftalo (Freire y González 2014, PET Resin Association 2015) 1946 •Porducción industrial del PET para fibra (Freire y González 2014) 1952 •Freire y González (2014) menciona que en este año se empezó a emplear el PET como lamina protectora para alimentos. 1960 •Fue producido el ácido tereftálico purificado (PTA) a escala industrial mediante recristalización (Pudack, stepanski y Fassler 2020) 1969 •La compañía de Coca-Cola realiza el primer analisis del ciclo de vida aplicado a botellas PET (Gomes, Visconte y Pacheco 2019) 1970 •Inicio de elebarocaión de botellas PET por estirado y soplado (PET Resin Association 2015) 1973 •Se patentó la botella de PET PET (Resin Association 2015; Malik, Kumar, Shrivastava y Ghosh 2016; Nisticó 2020) 1976 •Se utilizó por primera vez envases PET para bebidas (Freire y González 2014, Lozano y Torres 2020) 1977•Primera boatella de PET reciclada (Meza y Pérez 2015; PET Resin Association 2015; Malik, Kumar, Shrivastava y Ghosh 2016) 1978 •Coca.Cola emplea en grandes volumenes de botellas PET en sus productos (Fundación Heinrich Boll 2019) 1990 •Innovación del peso de las botellas PET de jugos y agua por la masiva introducción de esta resina en dicho mercado (Rabnawaz, Wyman, Auras y Cheng 2017). 1996 •La Asociación de Refrescos de Japón levanta su prohibición voluntaria sobre el uso de botellas de PET de menor tamaño. 2018 •Las exportaciones de botellas de PET usadas a China se detuvieron como resultado de la prohibición del gobierno chino de importar ciertos tipos de materiales de desecho sólidos. 45 desplazado a otros que tradicionalmente eran implementados fuertemente en muchos sectores económicos, como por ejemplo el vidrio y el aluminio en la industria de refrescos. 5.1.2 Características de los plásticos PET El PET posee características que lo hacen un material llamativo para diferentes sectores económicos, siendo uno de los más desatacados la industria de envases para bebidas carbonatadas, jugos, o agua (Freire y González 2014 ; Santamarina 2015), por ser un plástico que permite alcanzar el cumplimiento de los requerimientos y necesidades de este sector de manera económica (Revista Semana 2016) y según las botellas con este material son más competitivas y amigables ambientalmente que otros envases elaborados en vidrio o aluminio. Dentro de las características a destacar se tienen las de la Figura 17. . Dentro de la amplia información general sobre este material, se logró evidenciar que las propiedades eran tomadas como características, siendo un aspecto aceptable dado que las primeras definen esas cualidades que hacen diferenciar un material de otro, que para este caso la materia en cuestión fue el PET. 46 Figura 17. Características del PET. Elaborado por el Autor Es un polímero termoplástico, porque se puede someter a temperaturas hasta los 255°C, posteriormente se reblandece y endurece al enfriase de manera reiterada; sin afectar radicalmente los enlaces que existen entre sus macromoléculas. Es un material liviano (Hidayat et al. 2019), por ello se considera muy fácil para transportarlo y distribuirlo. Tiene baja permeabilidad con los gases, en especial con el dióxido de carbono, humedad y el oxígeno. Considerandose como un material que conserva la temperatura de los alimentos y mantenerlos seguros de agentes tóxicos externos (Ministry of Environment, Forest and Climate Change 2018; Mudgil y Barak 2018; Anampa 2019; Nisticò 2020). No se rompe, es resistente y posee alta tenacidad (Becerra 2019) debido a su adecuada disipación de energía frente a fuerzas externas; característica adquirida por sus propiedades físico-mecánicas como la resistencia a la tracción hasta la rotura, alargamiento hasta la rotura y resistencia al impacto charpy principalmente (Caballero et al. 2017). Es un material reciclable (Santamarina 2015; Pudack, Stepanski y Fässler 2020 ), de acuerdo a la publicación de Semana Sostenible en 2016, Greenpeace lo considera como una resina con buenas características para su reciclaje, aspecto que lo ha posicionado como el plástico número uno reciclado a nivel mundial (Freire y González 2014). Posee características eléctricas y dieléctricas favorables (Perilla 2017; Becerra 2019). Es muy duradero (Hidayat et al. 2019;Pudack, Stepanski y Fässler 2020) Estabilidad en la intemperie (Pudack, Stepanski y Fässler 2020). Es altamente transparente, pero al poseer una superficie barnizable, se pueden encontrar en el mercado botellas de color verde, azul, roja, entre otros colores (Nisticò 2020). 47 5.2 PRODUCCIÓN DEL POLIETILENO DE TEREFTALO Hasta la fecha, el mercado de PET se encuentra liderado por dos grados estándar, el PET de grado fibra y el de botella (Pudack, Stepanski, y Fässler 2020), lo cual conlleva que exista diversidad de registros, que dificulten obtener un dato exacto de cuanto polietileno de tereftalo se elabora y más si se pretende establecer el valor producido para envases. Como explicación de lo expuesto en el párrafo anterior, Kuczenski y Geyer (2010) señalan que la industria del PET no ha ofrecido suficiente información sobre la producción, y conjugado a lo expuesto, los gobiernos no le hacen un seguimiento tan específico como si lo realizan a otros materiales como el metal (Chu, Cai, Li, Wang, Liu y He 2021). Esto se ve reflejado en trabajos de normativas sobre residuos, donde exponen que la falta de información de los sectores, limitan la planificación vigorosa y desarrollo de políticas fundamentado en evidencia de datos verídicos y confiables (Besada, Walsh, Camardelli, Martinez, Amánquez y De Lucca 2021). Estudios centrados en la producción del PET a nivel global o nacional, donde los autores con el fin de dar a conocer datos más específicos de este polímero, seleccionan fuentes que van desde: Estadísticas del mercado generadas por las investigaciones de organizaciones independientes que hacen público su trabajo; tal es el caso de Wood Mackenzie (Welle 2018); Pudack, Stepanski y Fässler (2020) toma las cifras de la organización ICIS (Servicios independientes de inteligencia de productos básicos). Información generada por asociaciones empresariales del mercado a través de informes anuales como por ejemplo PlasticsEurope Market Research Group, Euromotor, entre otros. Por lo anterior, a pesar de que existe diferencias en los datos encontrados, se evidencia que la producción de PET si ha venido en aumento hasta los ultimos años. Pudack, Stepanski y Fässler (2020) menciona que la producción actual de poliéster a nivel mundial es de alrededor de 70 millones de toneladas, dominada por uso en fibras sintéticas 48 (correspondiente al 66%), seguida por la industria del envasado y embotellado, en particular para alimentos y bebidas, con un 30%. Sin embargo, otros autores consideran que la producción está por encima de los 80 millones de toneladas (Rojas, Pinzón, Avellaneda y Gil 2019) e incluso llegando afirmar que está cerca de los 82 millones de toneladas (Singh, Rorrer, Nicholson, Erickson, DesVeaux, Avelino y Beckham 2021). Para registros más antiguos en tiempo cronológico se encontró que para el 2010 el polietileno de tereftalo solo alcanzó una producción de 56,1 millones de toneladas (Malik, Kumar, Shrivastava y Ghosh 2016). La idea que llamó la atención fue que el uso de la resina PET para la elaboración de materiales, varía de acuerdo con las zonas geográfica, es decir, Malik, Kumar, Shrivastava y Ghosh (2016) argumentan que para Europa y América el aumento del consumo de este polímero se dirige a la industria de botellas principalmente, mientras que para el continente asiatico resaltando a China, el mercado se encuentra encabezado por la producción de fibra textil, sin embargo su posición en cuanto al consumo de botellas se encuentra por encima de los demás paises. Lo anterior puede estar relacionado con el hecho que en Asía, se encuentran las industrias textiles con altos volúmenes de producción que luego de elaborar el material, su demanda en el mercado internacional es alta, y que los paises pertenecientes a latino América y Europa se centren más en la industria de botellas. Por otro lado se halló que el PET ya elaborado en botella llega a una producción unitaria global de aproximadamente 500 mil millones de unidades (Rabnawaz, Wyman, Auras y Cheng 2017), en contraste al dato anterior, Euromotor estimó que la producción está un poco más alta con 583.300 millones para cada año. Según el Ministry of Environment, Forest and Climate Change de New Delphi (2018), el consumo de botellas elaboradas en polietileno de tereftalo se ha descontrolado a tal punto que de acuerdo con estimaciones, en unminuto se compran aproximadamente 1.000.000 de estos recipientes a nivel mundial, situación que tambien sostiene Clunies (2019). Con el fin de dar a conocer datos más específicos, se encontraron autores que permitieron conocer de manera aproximada la producción o consumo de PET, en algunos paises se encontró cifras relacionadas con la cantidad unitaria de botellas y en otros la 49 resina utilizada para uso de envase; así como el porcentaje que es reciclado por cada lugar, logrando de esta manera elaborar la Tabla 3. Tabla 3. Consumo y reciclaje de botellas PET en Europa, Alemania, Japón, Estados Unidos, México, Brasil y Colombia. País/Continente Consumo de PET (en resina o grado botella) Reciclaje de envases PET Europa Se utilizaron en el 2019 aproximadamente 4 millones de PET para botellas de refrescos, jugos,agua, producto de limpieza, entre otros, representando el 7,9% de la demanda total (PlasticsEurope 2020) Promedio el PET tiene una tasa de recuperación respecto a su uso en envases y empaques 58,2% Según Petcore en el 2017 (Monteverde 2020) y para el 2019 el reciclaje fue de 39.6% (Shunichi 2021). Alemania Se consumieron 467.400 toneladas de botellas Pet en el 2019 (K Industrievereinigung Kunststoffverpackungen e.V. 2020) Se reciclaron el 94% de botellas PET producidas en Alemania en el 2019 (K Industrievereinigung Kunststoffverpackungen e.V. 2020) Japón Se empleo en el mercado aproximadamente 600.000 toneladas de PET en el año 2017 (Nippon 2019) En el 2019 tuvo una producción de 715.053 Se recicló el 85% de botellas PET en el año 2017 (Nippon 2019) Para el año 2019, según el Consejo de reciclaje de botellas PET, se reciclaron 50 toneladas de botellas (Shunichi 2021) 85.8% (Shunichi 2021) China 4 millones de toneñadas de botellas PET fueron consumidas en el año 2018 (Ma, Ryberg, Wang, Tang, y Chen 2020) ____________ Estados Unidos Se utilizó aproximadamente 2.800 millones de toneladas de resina PET para uso en botellas con este material en el 2019 (NAPCOR 2020) Presentó una tasa de reiclaje de 27,9% para el año 2019 (NAPCOR 2020) México 780.000 toneladas en el 2018 (Monteverde 2020) 56,2% recuperado respecto al producido para envases y empaques en el 2018 (Monteverde 2020) Brasil Se generaron 521.000 toneladas de botellas PET como residuo en el 2017 según estudio de MaxiQuim (Monteverde 2020) Según informe de MaxiQuim en el 2017 se logró una tasa de reciclaje de 54,9% (Monteverde 2020) Colombia De acuerdo a Dinero en el mercado colombiano entraron aproximadamente 134.000 toneñadas de PET en el 2019 (Monteverde 2020). La Procuraduría General de la Nación en el 2019, estimó Vela, Rey y Jaimes (2018) a través de la información aportada por el fundador de la Tecnología del plástico en Colombia, el reciclaje de PET que se genera se encuentra entre el 25% y el 30%. Esta información 51 que en Colombia se produjeron 672.000 toneladas de resina PET, y la cantidad unitaria de botellas al año se acerca a los 4.000 millones (Zapata, Vieira, Zapata y Rodríguez 2021). tambien es descrita por Monteverde (2020), argumentado que según la revista Dinero para el 2019 la tasa de reciclaje fue de 30% . 5.3 IMPACTOS DE LA INADECUADA GESTIÓN DE ENVASES PET De acuerdo a lo expuesto anteriormente, las botellas de PET hacen parte de los plásticos y por consiguiente se encuentran en los residuos que generan las actividades industriales, domésticas y demás; de hecho se han convertido en una preocupación para entes con o sin ánimo de lucro como El Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), Greenpeace, entre otros; debido a los altos volúmenes en que se consumen, la poca recuperación al finalizar su vida útil y su presencia en ecosistemas terrestres y acuáticos; perdiendo de esta manera el valor que poseen para reintegrarlas a la industria de envases u otros sectores económicos, y convirtiéndose en fuente contaminante del entorno. Dentro de los impactos encontrados en los documentos bibliográficos pertenecientes a la inadecuada gestión de los residuos de los envases PET, se pueden contemplar alteraciones en el componente abiótico (agua, aire y suelo), biótico (fauna y la flora) y socio-cultural (demográfico, económico y urbanístico). De acuerdo a esto, se organizó la Tabla 4 para exponer los impactos destacados, relacionando la fuente bibliográfica que lo menciona y su clasificación de acuerdo al componente al que pertenece. 52 Tabla 4. Impactos identificados sobre la mala gestión de los residuos de envases PET. Elaborada por el Autor. Componente Ambiental Factor Ambiental Impacto Observación Fuente Bibliográfica ABIOTICO SUELO Afectación a la calidad del suelo Al cubrir la capa vegetal y natural por el volumen y dimensión de los envases PET, limitan el desarrollo de vegetación y microorganismos. Becerra 2019 Las partículas de PET pueden actuar como vector de transferencia de metales pesados como Pb y Cd en la zona de la rizósfera de cultivos. Así como alteración en la agregación del suelo, comunidad microbiana, inmovilización de nutrientes y por consiguiente Abbasi, Moore, Keshavarzi, Hopke, Naidu, Mahmudur, Oleszczuk y Karimi 2020 53 fitotoxicidad directa. AGUA Alteración en los cuerpos de aguas superficiales terrestres y marítimas El PET por su volumen y baja densidad genera una capa superior en los cuerpos de agua dificultando el ingreso de rayos solares al ecosistema acuático alterando el equilibrio hidrobiológico. Becerra 2019; Lozano y Torres 2020 Contaminación de aguas marítimas Contribución en la cantidad de plásticos que conforman las islas flotantes oceánicas. Su degradación en condiciones naturales marinos es lenta, donde solo se puede tener algunos cambios de textura en la superficie del envase. Ioakeimidis et al. 2016; Becerra 2019. 54 AIRE Alteración del aire Por la emisión de gases de efecto invernadero como el CO2 al ser incinerados. La acumulación de PET es propensa a ser incinerado, generando ―hollín‖ con dioxinas de alto nivel tóxico. Semba, Sakai, Sakanishi, y Inaba 2018 Becerra 2019; Lozano y Torres 2020 Presencia de partículas PET en muestras de polvo interior y exterior en espacios abiertos y cerrados caso China, así como en 12 países del mundo incluyendo Colombia. Liu, Li, Zhang, Wang, Deng, Gao y Sun 2019; Zhang, Wang & Kannan 2020. BIÓTICO FAUNA Afectaciones en fauna marina Se le atribuye la muerte de peces por ingesta de fragmentos plásticos, incluyendo el PET. Así como otras Tobón 2011; Ocoró, Guzmán, Gómez, y Montoya 2018; Becerra 2019. 55 especies: el plancton, los crustáceos, entre otros. Pueden servir como vectores de especies invasoras en ambientes marinos, ejemplo: Magallana angulata en Faro- Portugal. Rech, Salmina, Borrell, Y García 2018. FLORA Disminución de la cubierta, diversidad y abundancia de flora Obstaculiza el desarrollo de vegetales y comunidades biológicas, restando nivel orgánico en la cubierta Natural. Becerra 2019 SOCIO- ECONÓMICO SOCIAL Disminución de la calidad paisajística del entorno Debido a la acumulación de residuos de PET ya sea en espacios públicos, áreas verdes, canales de Ocoró, Guzmán, Gómez, y Montoya 2018; Becerra 2019 56 desagüé diseñados para el drenaje de calles e inclusos sitios
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