Biodegradación. Cómo la naturaleza recicla por nosotros.

La biodegradación se define como un proceso natural y esencial para el equilibrio de los ecosistemas terrestres y acuáticos. Es la descomposición de sustancias orgánicas en compuestos más sencillos, como agua, dióxido de carbono y biomasa, a través de la acción de organismos vivos, principalmente microorganismos como bacterias y hongos. Este fenómeno, intrínseco a los ciclos biogeoquímicos, es vital en la descomposición de la materia orgánica.

A diferencia de la degradación abiótica, que se produce por factores físicos o químicos como la luz solar, la biodegradación se caracteriza por la participación activa de organismos biológicos. Comprender este mecanismo ayuda con la gestión sostenible de residuos y el desarrollo de materiales y procesos más respetuosos con el planeta.

Procesos y mecanismos de la biodegradación

La biodegradación se despliega a través de una cascada de reacciones bioquímicas complejas que involucran la acción coordinada de diversos microorganismos. Inicialmente, los microorganismos presentes en el entorno, atraídos por la materia orgánica, secretan enzimas extracelulares. Estas enzimas actúan como catalizadores biológicos, fragmentando las moléculas complejas del material a descomponer, como polímeros, en unidades más pequeñas, como monómeros. Este proceso se denomina hidrólisis enzimática.

A continuación, estas moléculas más pequeñas son absorbidas por los microorganismos a través de sus membranas celulares y metabolizadas en su interior para obtener energía y nutrientes. Este metabolismo intracelular produce desechos metabólicos, como dióxido de carbono, agua y biomasa microbiana. En algunos casos, en condiciones anaeróbicas, también se produce metano.

La velocidad y la extensión de la biodegradación dependen de la interacción de varios factores, como la estructura química del material, la presencia de microorganismos específicos con las enzimas adecuadas, y las condiciones ambientales como la temperatura, la humedad y el pH.

Factores que afectan la biodegradación

En todo el proceso, la temperatura juega un papel trascendente, ya que influye directamente en la actividad enzimática de los microorganismos. Habitualmente las temperaturas más elevadas, dentro de un rango óptimo, aceleran la actividad microbiana y, por ende, la biodegradación. Sin embargo, temperaturas extremas pueden inhibir o incluso detener el proceso. La humedad es igualmente importante, ya que los microorganismos necesitan agua para su metabolismo y transporte de nutrientes. Un ambiente seco dificulta la actividad microbiana.

El pH del entorno también modula la actividad enzimática y el crecimiento microbiano. Cada microorganismo tiene un rango de pH óptimo para su desarrollo. La presencia de oxígeno es otro factor determinante, ya que clasifica la biodegradación en aerobia (con oxígeno) y anaerobia (sin oxígeno).

Algunos compuestos son más fácilmente degradables que otros debido a su estructura molecular.

Tipos de biodegradación: aerobia y anaerobia

La biodegradación se clasifica principalmente en dos tipos: aerobia y anaerobia, según la presencia o ausencia de oxígeno. La biodegradación aerobia ocurre en presencia de oxígeno. En este proceso, los microorganismos utilizan el oxígeno como aceptor final de electrones en su metabolismo, descomponiendo la materia orgánica. Este tipo de biodegradación es generalmente más rápida y completa, dando como resultado productos finales menos olorosos.

La biodegradación anaerobia, se lleva a cabo en ausencia de oxígeno. En este caso, los microorganismos utilizan otros aceptores de electrones, como sulfatos o nitratos, o realizan procesos de fermentación, descomponiendo la materia orgánica en metano (CH4), dióxido de carbono (CO2) y otros compuestos intermedios. Este proceso es más lento y menos completo que la aerobia, y la producción de metano, un potente gas de efecto invernadero. La elección entre biodegradación aerobia y anaerobia depende del tipo de residuo a tratar y las condiciones disponibles, buscando siempre reducir el impacto ambiental.

Materiales biodegradables y no biodegradables

Los materiales biodegradables pueden descomponerse mediante microorganismos en un tiempo relativamente corto, transformándose en sustancias naturales que se reintegran al medioambiente. Algunos ejemplos son los restos de comida, el papel, el cartón, la madera y algunos bioplásticos derivados de fuentes renovables como el almidón de maíz o la caña de azúcar.

Los materiales no biodegradables, al contrario, resisten la descomposición biológica y persisten en el ambiente durante mucho tiempo, acumulándose y generando problemas de contaminación. Ejemplos típicos son los plásticos convencionales derivados del petróleo, el vidrio, los metales y algunos materiales sintéticos.

Si los clasificamos por su origen:

• Residuos orgánicos. Restos de comida, cáscaras de frutas y verduras, restos de jardinería.
• Materiales de origen vegetal. Papel, cartón, madera, algodón, lino, bambú.
• Materiales de origen animal. Lana, seda, cuero (sin tratamientos químicos agresivos).
• Bioplásticos. Plásticos derivados de almidón de maíz, caña de azúcar, celulosa.

Importancia de la biodegradación en el medioambiente

La biodegradación ejecuta un papel ecológico insustituible. Actúa como el principal mecanismo natural de reciclaje de la materia orgánica, cerrando los ciclos y permitiendo la recirculación de nutrientes esenciales para la vida. Sin este proceso, la acumulación de restos orgánicos generaría graves problemas ambientales, como la proliferación de plagas, la contaminación del suelo y el agua o la emisión de gases de efecto invernadero. La biodegradación también contribuye a la depuración natural de contaminantes orgánicos presentes en el suelo y el agua, como hidrocarburos y pesticidas.

Aplicaciones de la biodegradación

En la gestión de residuos, se utiliza en el compostaje de residuos orgánicos, transformándolos en abono natural para la agricultura. En el tratamiento de aguas residuales, se emplean procesos biológicos para eliminar contaminantes orgánicos, mejorando la calidad del agua. En la biorremediación de suelos contaminados, se utilizan microorganismos para descomponer contaminantes como hidrocarburos, metales pesados y pesticidas, restaurando la calidad del suelo. El desarrollo de bioplásticos biodegradables, derivados de fuentes renovables, es otra aplicación importante que busca sustituir a los plásticos convencionales derivados del petróleo.

Biodegradación y economía circular

La biodegradación se alinea con los principios de la economía circular, un modelo económico que busca reducir los residuos y maximizar el uso de los recursos. Al descomponer la materia orgánica y reintegrarla al ciclo natural, la biodegradación cierra el círculo de vida de los materiales, eliminando la dependencia de recursos vírgenes y aminorando la generación de residuos. La promoción de materiales biodegradables y el desarrollo de sistemas de compostaje son elementos clave para la transición hacia una economía más circular y sostenible.

Normativas y estándares sobre biodegradabilidad

Estas normas establecen criterios y métodos de ensayo para determinar si un material se considera biodegradable. Se busca asegurar que los productos etiquetados como biodegradables cumplan con ciertos requisitos de descomposición biológica, evitando el “lavado verde” o “greenwashing”.

La proliferación de productos que se autodenominan «biodegradables» ha hecho necesaria la creación de normativas y estándares que regulen y definan qué significa realmente que un material sea biodegradable. Estas normativas establecen criterios técnicos y métodos de ensayo para evaluar la biodegradabilidad de los materiales, garantizando la transparencia y la confianza para los consumidores.

A nivel internacional, existen varias normas relevantes:

• ISO 17088:2021. Esta norma de la Organización Internacional de Normalización (ISO) especifica los procedimientos para la identificación y el marcado de plásticos compostables. Define los requisitos que deben cumplir los materiales plásticos para ser considerados compostables en instalaciones de compostaje industriales.
• ISO 14855. Esta norma se centra en la determinación de la biodegradabilidad aeróbica de materiales plásticos en un medio acuoso bajo condiciones controladas de compostaje.
• ASTM D6400. Esta norma americana, desarrollada por la American Society for Testing and Materials (ASTM), especifica los requisitos para el compostaje de plásticos en instalaciones municipales o industriales. Define los niveles de biodegradabilidad, desintegración y ecotoxicidad que deben cumplir los materiales.

A nivel europeo, la norma más importante es la EN 13432:2000, «Requisitos de los envases y embalajes valorizables mediante compostaje y biodegradación». Esta norma armonizada establece los criterios que debe cumplir un material para ser considerado compostable en instalaciones industriales de compostaje. Define cuatro características principales:

1. Biodegradabilidad. El material debe descomponerse biológicamente en un cierto porcentaje en un tiempo determinado.
2. Desintegración. El material debe fragmentarse físicamente durante el proceso de compostaje.
3. Ecotoxicidad. El material descompuesto no debe ser tóxico para el medioambiente.
4. Metales pesados. El material debe contener niveles bajos de metales pesados.

El cumplimiento de estas normativas es obligado para asegurar que los productos etiquetados como biodegradables realmente lo sea.

Innovaciones y tendencias en biodegradación

El campo de la biodegradación está en constante evolución, impulsado por la necesidad de encontrar soluciones más eficientes y sostenibles para la gestión de residuos y la mitigación del impacto ambiental.

Una de las tendencias más destacadas es el desarrollo de nuevos bioplásticos con propiedades mejoradas, como mayor resistencia mecánica, mayor flexibilidad y velocidad de biodegradación. Un ejemplo es el plástico BioBio.

Se están investigando nuevas fuentes de biomasa para la producción de bioplásticos, como residuos agrícolas y algas, buscando alternativas más sostenibles a los cultivos tradicionales.

Otra área de interés es la optimización de los procesos de compostaje, a través del desarrollo de nuevas tecnologías y la aplicación de principios de la biotecnología. Se están investigando microorganismos con mayor capacidad de descomposición de diferentes tipos de materiales, incluyendo plásticos convencionales, y se están desarrollando enzimas más eficientes para la degradación de polímeros.

Además, se están investigando activamente soluciones para la biodegradación de plásticos convencionales, que son altamente resistentes a la descomposición natural. Se están explorando enfoques como la ingeniería genética de microorganismos para que puedan degradar estos plásticos, o el desarrollo de aditivos que faciliten su biodegradación.