Fuente: Science - Por Roland Geyer1,*, Jenna R. Jambeck2 y Kara Lavender Law3
Resumen
Los plásticos han superado a la mayoría de los materiales hechos por el hombre y han estado durante mucho tiempo bajo escrutinio ambiental. Sin embargo, falta una información global sólida, en particular sobre su destino al final de la vida útil. Al identificar y sintetizar los datos dispersos sobre la producción, el uso y la gestión del final de la vida útil de las resinas poliméricas, las fibras sintéticas y los aditivos, presentamos el primer análisis global de todos los plásticos fabricados en masa. Estimamos que hasta la fecha se han producido 8300 millones de toneladas métricas (Mt) de plásticos vírgenes. Hasta 2015, se habían generado aproximadamente 6300 Mt de residuos plásticos, de los cuales alrededor del 9% se habían reciclado, el 12% se incineraron y el 79% se acumularon en vertederos o en el entorno natural. Si se mantienen las actuales tendencias de producción y gestión de desechos, para 2050 se habrán acumulado en vertederos o en el medio natural unas 12.000 Mt de desechos plásticos.
INTRODUCCIÓN
Un mundo sin plásticos, o polímeros orgánicos sintéticos, parece inimaginable hoy en día, sin embargo su producción y uso a gran escala sólo se remonta a ~1950. Aunque los primeros plásticos sintéticos, como la baquelita, aparecieron a principios del siglo XX, el uso generalizado de los plásticos fuera del ámbito militar no se produjo hasta después de la Segunda Guerra Mundial. El consiguiente y rápido crecimiento de la producción de plásticos es extraordinario, superando a la mayoría de los otros materiales hechos por el hombre. Las excepciones notables son los materiales que se utilizan ampliamente en el sector de la construcción, como el acero y el cemento (1, 2).
En cambio, el mayor mercado de los plásticos es el de los envases, una aplicación cuyo crecimiento se aceleró por un cambio global de los envases reutilizables a los de un solo uso. Como consecuencia de ello, la proporción de plásticos en los desechos sólidos municipales (en masa) aumentó de menos del 1% en 1960 a más del 10% en 2005 en los países de ingresos medios y altos (3). Al mismo tiempo, la generación mundial de desechos sólidos, que está fuertemente correlacionada con el ingreso nacional bruto per cápita, ha crecido constantemente en los últimos cinco decenios (4, 5).
La gran mayoría de los monómeros utilizados para fabricar plásticos, como el etileno y el propileno, se derivan de hidrocarburos fósiles. Ninguno de los plásticos utilizados comúnmente es biodegradable. Como resultado, se acumulan, en lugar de descomponerse, en los vertederos o en el medio ambiente natural (6). La única manera de eliminar permanentemente los desechos plásticos es mediante un tratamiento térmico destructivo, como la combustión o la pirólisis. Así pues, la contaminación casi permanente del medio ambiente natural con desechos plásticos es una preocupación creciente. Se han encontrado desechos plásticos en todas las principales cuencas oceánicas (6), y se estima que sólo en 2010 entrarán en el medio marino entre 4 y 12 millones de toneladas métricas (Mt) de desechos plásticos generados en tierra (3). También se informa cada vez más de la contaminación de los sistemas de agua dulce y de los hábitats terrestres (7-9), así como de la contaminación ambiental con fibras sintéticas (9, 10). Los desechos plásticos son ahora tan omnipresentes en el medio ambiente que se ha sugerido que son un indicador geológico de la era Antropoceno propuesta (11).
Presentamos el primer análisis global de todos los plásticos producidos en masa que se haya hecho, desarrollando y combinando datos globales sobre la producción, uso y destino final de las resinas poliméricas, fibras sintéticas y aditivos en un modelo integral de flujo de materiales. El análisis incluye termoplásticos, termoestables, poliuretanos (PUR), elastómeros, revestimientos y selladores, pero se centra en las resinas y fibras más comunes: polietileno de alta densidad (PE), PE de baja densidad y lineal de baja densidad, polipropileno (PP), poliestireno (PS), cloruro de polivinilo (PVC), tereftalato de polietileno (PET) y resinas PUR; y fibras de poliéster, poliamida y acrílico (PP&A). El polímero puro se mezcla con aditivos para mejorar las propiedades del material.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La producción mundial de resinas y fibras aumentó de 2 millones de toneladas en 1950 a 380 millones de toneladas en 2015, lo que supone una tasa compuesta de crecimiento anual (TCAC) del 8,4% (cuadro S1), aproximadamente 2,5 veces la TCAC del producto interno bruto mundial durante ese período (12, 13). La cantidad total de resinas y fibras fabricadas desde 1950 hasta 2015 es de 7800 Mt. La mitad de esta -3900 Mt- se produjo en sólo los últimos 13 años. Hoy en día, China por sí sola representa el 28% de la resina mundial y el 68% de la producción mundial de fibras de PP&A (13-15). Los plásticos biológicos o biodegradables tienen actualmente una capacidad de producción mundial de sólo 4 Mt y se excluyen de este análisis (16).
Hemos recopilado estadísticas de producción de resinas, fibras y aditivos de diversas fuentes industriales y las hemos sintetizado según el tipo y el sector de consumo (tabla S2 e higos S1 y S2) (12-24). Los datos sobre la producción de fibras y aditivos no están fácilmente disponibles y, por lo general, se han omitido hasta ahora. En promedio, encontramos que los plásticos sin fibra contienen un 93% de resina polimérica y un 7% de aditivos en masa. Al incluir los aditivos en el cálculo, la cantidad de plásticos sin fibra (en adelante definidos como resinas más aditivos) fabricados desde 1950 aumenta a 7300 Mt. Las fibras de PP&A añaden otras 1000 Mt. Los plastificantes, rellenos y retardantes de llama representan alrededor de tres cuartas partes de todos los aditivos (tabla S3). Los grupos más grandes en la producción total de plásticos sin fibras son PE (36%), PP (21%) y PVC (12%), seguidos por PET, PUR y PS (<10% cada uno). El poliéster, la mayor parte del cual es PET, representa el 70% de toda la producción de fibra PP&A. Juntos, estos siete grupos representan el 92% de todos los plásticos que se han fabricado. Aproximadamente el 42% de todos los plásticos sin fibra se han utilizado para el embalaje, que está compuesto predominantemente de PE, PP y PET. El sector de la construcción, que ha utilizado el 69% de todo el PVC, es el siguiente sector consumidor, utilizando el 19% de todos los plásticos sin fibra (tabla S2).
Combinamos los datos de producción de plásticos con las distribuciones de la vida útil de los productos para ocho sectores de uso industrial diferentes, o categorías de productos, para modelar el tiempo que los plásticos están en uso antes de que lleguen al final de su vida útil y se desechen (22, 25-29). Supusimos distribuciones log-normales con medias que iban desde menos de 1 año, para los embalajes, hasta décadas, para la construcción (Fig. 1). Se trata de un enfoque de modelización de uso común para estimar la generación de desechos para materiales específicos (22, 25, 26). Una forma más directa de medir la generación de desechos plásticos es combinar los datos de generación de desechos sólidos con la información de caracterización de los desechos, como en el estudio de Jambeck y otros (3). Sin embargo, para muchos países, estos datos no están disponibles con el detalle y la calidad requeridos para el presente análisis.
Fig. 1 Distribuciones de la vida útil de los productos para los ocho sectores de uso industrial trazados como funciones de distribución de probabilidad log-normal (PDF).
Obsérvese que los sectores otros y el textil tienen la misma PDF.
Estimamos que en 2015, 407 Mt de plásticos primarios (plásticos fabricados a partir de materiales vírgenes) entraron en la fase de utilización, mientras que 302 Mt la abandonaron. Así pues, en 2015, se añadieron 105 Mt a las existencias en uso. A modo de comparación, estimamos que la generación de residuos plásticos en 2010 fue de 274 Mt, lo que equivale a la estimación derivada independientemente de 275 Mt por Jambeck y otros (3). Los diferentes tiempos de vida de los productos provocan un cambio sustancial en el sector de uso industrial y en el tipo de polímero entre los plásticos que entran y salen de uso en un año determinado (tablas S4 y S5 e higos S1 a S4). La mayoría de los plásticos de embalaje dejan de utilizarse el mismo año en que se producen, mientras que los plásticos de construcción que dejan de utilizarse se produjeron décadas antes, cuando las cantidades de producción eran mucho menores. Por ejemplo, en 2015, el 42% de los plásticos primarios sin fibra producidos (146 Mt) entraron en uso como envases y el 19% (65 Mt) como construcción, mientras que los desechos plásticos sin fibra que salieron de uso fueron el 54% de envases (141 Mt) y sólo el 5% de construcción (12 Mt). De manera similar, en 2015, el PVC representó el 11% de la producción de plásticos sin fibras (38 Mt) y sólo el 6% de la generación de desechos de plásticos sin fibras (16 Mt).
A finales de 2015, todos los desechos plásticos que se habían generado a partir de plásticos primarios habían alcanzado las 5.800 Mt, de las cuales 700 Mt correspondían a fibras de PP&A. Hay esencialmente tres destinos diferentes para los desechos plásticos. En primer lugar, puede ser reciclado o reprocesado en un material secundario (22, 26). El reciclaje retrasa, en lugar de evitar, la eliminación final. Reduce la futura generación de desechos plásticos sólo si desplaza la producción primaria de plástico (30); sin embargo, debido a su naturaleza contrafactual, este desplazamiento es extremadamente difícil de establecer (31). Además, la contaminación y la mezcla de tipos de polímeros generan plásticos secundarios de valor técnico y económico limitado o bajo. En segundo lugar, los plásticos pueden ser destruidos térmicamente. Aunque existen tecnologías emergentes, como la pirólisis, que extrae combustible de los desechos plásticos, hasta la fecha, prácticamente toda la destrucción térmica se ha producido por incineración, con o sin recuperación de energía. Los efectos de los incineradores de desechos en el medio ambiente y la salud dependen en gran medida de la tecnología de control de las emisiones, así como del diseño y el funcionamiento de los incineradores. Por último, los plásticos pueden ser desechados y contenidos en un sistema gestionado, como los vertederos sanitarios, o dejados sin contener en vertederos abiertos o en el entorno natural.
Estimamos que 2500 Mt de plásticos - o el 30% de todos los plásticos producidos hasta ahora - están actualmente en uso. Entre 1950 y 2015, la generación acumulada de residuos plásticos primarios y secundarios (reciclados) ascendió a 6300 Mt. De ellas, se han incinerado aproximadamente 800 Mt (12%) de plásticos y se han reciclado 600 Mt (9%), de las cuales sólo el 10% se ha reciclado más de una vez. Alrededor de 4.900 Mt -el 60% de todos los plásticos que se han producido- se han desechado y se están acumulando en los vertederos o en el entorno natural (Fig. 2). De esta cantidad, 600 Mt eran fibras de PP&A. Ninguno de los plásticos producidos en masa se biodegradan de manera significativa; sin embargo, la luz solar debilita los materiales, causando la fragmentación en partículas que se sabe que llegan a tener un tamaño de milímetros o micrómetros (32). Las investigaciones sobre los efectos ambientales de estos "microplásticos" en los entornos marinos y de agua dulce se han acelerado en los últimos años (33), pero se sabe poco sobre los efectos de los desechos plásticos en los ecosistemas terrestres.
Fig. 2 Producción, uso y destino mundial de resinas poliméricas, fibras sintéticas y aditivos (1950 a 2015; en millones de toneladas métricas).
Antes de 1980, el reciclado y la incineración de plásticos eran insignificantes. Desde entonces, sólo los plásticos sin fibra han sido objeto de importantes esfuerzos de reciclaje. Los siguientes resultados se aplican sólo a los plásticos sin fibra: Las tasas mundiales de reciclado e incineración han aumentado lentamente hasta representar el 18 y el 24%, respectivamente, de los desechos de plástico sin fibra generados en 2014 (figs. S5 y S6). Sobre la base de los limitados datos disponibles, las tasas de reciclado más elevadas en 2014 se registraron en Europa (30%) y China (25%), mientras que en los Estados Unidos el reciclado de plástico se ha mantenido estable en un 9% desde 2012 (12, 13, 34-36). En Europa y China, las tasas de incineración han aumentado con el tiempo hasta alcanzar el 40 y el 30%, respectivamente, en 2014 (13, 35). Sin embargo, en los Estados Unidos, la incineración de plásticos sin fibras alcanzó un máximo del 21% en 1995 antes de disminuir al 16% en 2014 a medida que aumentaban las tasas de reciclado, y las tasas de desecho se mantuvieron constantes en el 75% durante ese período (34). La información sobre la gestión de los desechos de otros 52 países indica que en 2014 el resto del mundo tenía tasas de reciclado e incineración similares a las de los Estados Unidos (37). Hasta la fecha, los textiles al final de su vida útil (productos de fibra) no experimentan tasas de reciclaje significativas y, por lo tanto, se incineran o se descartan junto con otros desechos sólidos.
Los datos de producción de plásticos primarios describen una tendencia temporal robusta a lo largo de toda su historia. Si la producción continúa en esta curva, la humanidad habrá producido 26.000 Mt de resinas, 6.000 Mt de fibras de PP&A y 2.000 Mt de aditivos a finales de 2050. Suponiendo unas pautas de uso coherentes y proyectando las actuales tendencias mundiales de gestión de desechos hasta 2050 (fig. S7), se habrán reciclado 9.000 Mt de desechos plásticos, 12.000 Mt se habrán incinerado y 12.000 Mt se habrán desechado en vertederos o en el medio natural (fig. 3).
Fig. 3 Generación y eliminación acumulativa de desechos plásticos (en millones de toneladas métricas).
Las líneas sólidas muestran datos históricos desde 1950 hasta 2015; las líneas discontinuas muestran proyecciones de tendencias históricas hasta 2050.
Todo análisis de flujo de materiales de este tipo requiere múltiples suposiciones o simplificaciones, que se enumeran en Materiales y Métodos, y está sujeto a una considerable incertidumbre; por ello, todos los resultados acumulados se redondean a las 100 Mt más próximas. Las mayores fuentes de incertidumbre son las distribuciones durante la vida útil de las categorías de productos y las tasas de incineración y reciclado de plásticos fuera de Europa y los Estados Unidos. Aumentar/disminuir la vida media de todas las categorías de productos en 1 SD cambia la generación primaria acumulativa de desechos plásticos (de 1950 a 2015) de 5900 a 4600/6200 Mt o en -4/+5%. Aumentar/disminuir las actuales tasas mundiales de incineración y reciclado en un 5%, y ajustar las tendencias temporales en consecuencia, cambia la generación acumulativa de desechos plásticos desechados de 4900 (de 1950 a 2015) a 4500/5200 Mt o en -8/+6%.
El crecimiento de la producción de plásticos en los últimos 65 años ha superado sustancialmente a cualquier otro material manufacturado. Las mismas propiedades que hacen que los plásticos sean tan versátiles en innumerables aplicaciones -durabilidad y resistencia a la degradación- hacen que estos materiales sean difíciles o imposibles de asimilar por la naturaleza. Así pues, sin una estrategia de gestión bien diseñada y a medida para los plásticos al final de su vida útil, los seres humanos están llevando a cabo un experimento singular e incontrolado a escala mundial, en el que se acumularán miles de millones de toneladas métricas de material en todos los principales ecosistemas terrestres y acuáticos del planeta. Las ventajas y desventajas relativas de las tecnologías de desmaterialización, sustitución, reutilización, reciclado de materiales, conversión de desechos en energía y conversión deben considerarse cuidadosamente para diseñar las mejores soluciones a los desafíos ambientales que plantea el enorme y sostenido crecimiento mundial de la producción y el uso de los plásticos.