El proyecto, financiado por la UE, finalizará el 30 de junio de 2012

Desarrollo de tuberías para microirrigación biodegradables mediante compuestos en base PLA

Chelo Escrig Rondán, responsable de Extrusión de AIMPLAS (Instituto Tecnológico del Plástico)09/12/2011

9 de diciembre de 2011

El proyecto Hydrus (2009-2012), financiado por la UE, surgió con dos objetivos claros: a) desarrollar un sistema de microirrigación, tanto las tuberías como los goteros, completamente biodegradable y compostable, cuyos materiales mantuvieran todas sus propiedades funcionales durante su vida útil y de degradaran completamente después de su uso; y b) resolver los problemas relacionados con el uso de estos sistemas de microirrigación como son su eliminación, separación y gestión al final de su vida útil.

Para cumplir los objetivos en un principio, el nuevo sistema de microirrigación debería cumplir los siguientes requerimientos:

- Mantener las mismas propiedades mecánicas que las tuberías y goteros actuales soportan en condiciones normales de uso.
- Ser procesable por el equipamiento convencional de transformación de plásticos para obtener las tuberías y los goteros, los procesos de extrusión e inyección respectivamente.
- Ser biodegradable y compostable.
- Ser resistente químicamente a los productos fertilizantes que se utilizan en un cultivo.
- Ser reciclable y económicamente viable.
- Presentar un Análisis de Ciclo de Vida (LCA) positivo desde el punto de vista medioambiental.

Figura 1: Sistemas de microirrigación en cultivo.

Innovaciones

Las innovaciones a alcanzar durante el desarrollo del proyecto son:

- Desarrollar un material biodegradable cuya composición tenga un contenido de fuente renovable de al menos un 75 %.
- Conocer y controlar los procesos de reticulación mediante extrusión reactiva en matrices poliméricas biodegradables.
- Superar la falta de conocimiento técnico que existe sobre el proceso de extrusión de tubería en combinación con un proceso de extrusión reactiva en línea.
- Modificar la resistencia térmica, química y las propiedades mecánicas de los polímeros biodegradables existentes con el fin de adaptarse a las necesidades de un sistema convencional de micro-irrigación.

Socios del proyecto

Para alcanzar los objetivos de los proyectos se formó un consorcio con las siguientes empresas y centros tecnológicos. Los diferentes socios presentan los roles necesarios para abarcar toda la cadena del valor del proyecto a desarrollar.

Figura 2: Socios del proyecto y su rol dentro de la cadena de valor.

Desarrollo del proyecto

Este proyecto comenzó el 1 de julio de 2009 y finaliza el 30 de junio de 2012. En estos momentos se ha desarrollado completamente el biocompuesto a utilizar para la obtención de tuberías para el sistema de microirrigación y se está optimizando el biocompuesto que se utilizará para la obtención de los goteros. El material desarrollado para la obtención de tubería ha sido testado en planta piloto para evaluar su procesabilidad y caracterizado obteniéndose unos resultados muy prometedores.

La tubería obtenida a nivel industrial será validada en campo durante los próximos 3 meses en las instalaciones de los tres usuarios finales que forman parte del consorcio.

Hasta el momento se ha desarrollado el biocompuesto a utilizar para la obtención de tuberías para el sistema de microirrigación y se está optimizando el biocompuesto que se utilizará para la obtención de los goteros

Tuberías

El biocompuesto desarrollado para la obtención de tuberías en un sistema de micro-irrigación ha sido modificado mediante extrusión reactiva y presenta un contenido del 72% en materiales procedentes de fuente renovable puede ser procesado en un equipo convencional de extrusión de tuberías. La figura 3 muestra la línea de extrusión de tubería a nivel de planta piloto utilizada.

Figura 3: Extrusión de tubería para microirrigación en planta piloto.

Las características de dichas tuberías han sido evaluadas y los resultados son los siguientes:

a) Propiedades en tracción: La determinación de las propiedades en tracción del biopolímero desarrollado se ha realizado según norma UNE-EN ISO 527–3 (junio 1996) + erratum (noviembre 2002) y los resultados obtenidos son muy similares al del material tipo utilizado en la actualidad para esta aplicación.

Tabla1: Propiedades en tracción del biopolímero desarrollado. (*) Entre paréntesis la desviación estándar.

b) Resistencia química y térmica: Para evaluar la resistencia química, se preparó un nuevo procedimiento basado en la norma: ISO 4433 ‘Thermoplastic pipes - Resistance to liquid chemicals’. En este procedimiento se testaron 2 tipos de fertilizantes, uno en estado sólido y otro en estado líquido. Las tuberías obtenidas en planta piloto fueron inmersas en ambos fertilizantes en una concentración 10 veces mayor que la concentración que se usa normalmente en un cultivo tipo durante 1 semana. Las tuberías obtenidas con el nuevo biopolímero no presentan pérdidas en las propiedades mecánicas, ni problemas estructurales tales como amarilleamiento, fisuras, etc. La resistencia térmica ha sido evaluada, estudiando la temperatura Vicat, teniendo en cuenta que la temperatura máxima de uso del material se encuentra entre 10 y 15 grados por debajo de dicha temperatura.

Tabla 2: Resistencia química y térmica del biopolímero desarrollado.

c) Presión interna: En los ensayos de presión interna las tuberías fueron sometidas a 2 bares de presión durante 24 h a una temperatura de 20 °C y no sufrieron ninguna modificación ni rotura. La figura 4 muestra las tuberías durante el ensayo de presión interna.

Figura 4: Ensayos de presión interna con las tuberías obtenidas con el biopolímero desarrollado a nivel de planta piloto.

d) Biodegradabilidad: Por último de forma paralela, se han realizado los ensayos de biodegradabilidad según la norma UNE-EN ISO 14855-1:2008 ‘Determinación de la biodegradabilidad aeróbica final de materiales plásticos en condiciones de compostaje controladas. Método según el análisis de dióxido de carbono generado. Parte 1: Método general. (ISO 14855-1:2005)’

El bio-compuesto desarrollado muestra un grado de biodegradabilidad similar al de la celulosa, línea azul (material de referencia), después de 75 días.

Agradecimientos

La financiación del presente proyecto ha sido realizada por la Unión Europea, bajo el Séptimo Programa Marco (FP7/2007-2013), Sub-programa Capacidades-Investigación para el Beneficio de las PYME con el número de contrato 231975.