La semilla de cáñamo no es lo único que puede aprovecharse de la planta. Sus cáscaras, que quedan como residuo después del procesamiento de las semillas, también pueden convertirse en materia prima para desarrollar nuevos materiales. Y de acuerdo a un nuevo estudio, también puede fortalecer los bioplásticos.
Un equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Kaunas, en Lituania, estudió justamente esa posibilidad: utilizar cáscaras de semillas de cáñamo como relleno de un biocompuesto termoplástico basado en acetato de celulosa. El trabajo encontró que un tratamiento químico moderado de las cáscaras mejoró las propiedades mecánicas del material y favoreció su degradación en determinadas condiciones de laboratorio.
El estudio parte de una idea sencilla: aprovechar un residuo agrícola que todavía está poco explorado para producir materiales de mayor valor. Los investigadores señalan que, a diferencia de las fibras y otros residuos del cáñamo, las cáscaras de las semillas prácticamente no habían sido estudiadas como relleno para biocompuestos.
De residuo agrícola a material plástico
Las cáscaras de las semillas de cáñamo contienen distintos componentes de la biomasa vegetal, entre ellos celulosa, hemicelulosa y lignina, además de proteínas, grasas y otros compuestos.
El problema es que incorporar directamente este tipo de material vegetal a un polímero no garantiza que ambos componentes se integren bien. Por eso, los investigadores probaron diferentes tratamientos químicos antes de incorporarlo al biocompuesto.
La estrategia principal fue utilizar hidróxido de sodio (NaOH) en distintas concentraciones. El tratamiento modifica la superficie de las partículas vegetales y elimina parcialmente algunos de sus componentes, dejando más expuesta la celulosa. Esto puede mejorar la interacción entre el residuo vegetal y la matriz plástica.
Los investigadores probaron concentraciones de entre 4% y 16% de NaOH. En el material tratado con las concentraciones más efectivas, el tratamiento eliminó parte de la hemicelulosa y de la lignina sin perder celulosa. En uno de los tratamientos más intensos, la proporción de celulosa llegó a aumentar más del doble respecto de las cáscaras simplemente lavadas, debido a la eliminación de otros componentes.
El tratamiento también cambió la superficie de las partículas. Las imágenes obtenidas mediante microscopía electrónica muestran que, después del tratamiento alcalino, la superficie se vuelve más rugosa y aparecen estructuras en las que las fibras de celulosa quedan más expuestas.
¿Qué material fabricaron?
El material desarrollado no está compuesto exclusivamente por cáñamo.
La matriz utilizada fue acetato de celulosa, un derivado de la celulosa que puede utilizarse para fabricar materiales termoplásticos. Como plastificante utilizaron triacetina, y las cáscaras de semillas de cáñamo tratadas funcionaron como biorelleno.
La formulación final incorporó 20% en peso de cáscaras de semillas de cáñamo tratadas con álcali, que fueron mezcladas con la matriz mediante extrusión de doble tornillo.
La idea es similar a la de otros materiales compuestos: una matriz polimérica aporta determinadas propiedades y el material vegetal funciona como refuerzo.
Pero en este caso el refuerzo no proviene de una fibra especialmente procesada. Se trata de un residuo de la producción de semillas que puede ser molido y tratado para incorporarlo al material.
Más resistencia con la concentración adecuada
Uno de los resultados más interesantes apareció cuando los investigadores compararon diferentes concentraciones de hidróxido de sodio. Los mejores resultados se obtuvieron con cáscaras tratadas con 8% y 12% de NaOH.
En el compuesto que utilizó el material tratado con 8%, la resistencia a la tracción alcanzó 35,43 MPa, frente a 29,37 MPa del material elaborado con cáscaras sin tratamiento. Con el tratamiento al 12%, llegó a 36 MPa. Eso representa aumentos de aproximadamente 21% y 23% en la resistencia a la tracción, respectivamente.
También aumentó la rigidez del material. El módulo de tracción pasó de 1114 MPa sin el tratamiento a 1306 MPa con 8% de NaOH y 1377 MPa con 12%. En términos relativos, fueron incrementos de 17% y 24%. La dureza también aumentó alrededor de un 11–13%.
El resultado muestra, además, que más tratamiento no necesariamente significa mejor material.
Las concentraciones más altas de álcali no produjeron los mejores resultados. Según los investigadores, un tratamiento excesivo puede alterar la estructura de las fibras y eliminar demasiados componentes, perjudicando la interacción entre el relleno vegetal y la matriz.
¿También se degrada más rápido?
Los investigadores quisieron comprobar qué ocurría con el material una vez terminado su uso.
Para eso realizaron ensayos de biodegradación durante 70 días, en un medio acuoso y bajo condiciones aeróbicas, utilizando un sistema que permite medir el consumo de oxígeno asociado a la actividad microbiana.
Los resultados mostraron que el material con cáscaras tratadas alcalinamente se degradó algo más rápido que el material sin ese tratamiento.
Al finalizar los 70 días, la degradación de la matriz y del compuesto con cáscaras simplemente lavadas rondaba el 26%, mientras que los materiales con rellenos tratados con álcali alcanzaron aproximadamente 29%.
Los autores plantean que el tratamiento alcalino puede favorecer este proceso porque elimina hemicelulosa, lignina, proteínas, grasas y otros componentes, dejando una superficie más accesible para los microorganismos.
Eso sí: el resultado no significa que el material desaparezca rápidamente en cualquier ambiente. La prueba se realizó en condiciones controladas de laboratorio y durante un período determinado. Los propios investigadores señalan que todavía hacen falta estudios de mayor duración y evaluaciones más completas para conocer qué ocurre con estos materiales al final de su vida útil.
Aprovechar todo el potencial del cáñamo
El trabajo se suma a una línea de investigación que busca aprovechar partes de la planta que habitualmente reciben menos atención.
El cáñamo industrial ya puede utilizarse para obtener fibras, alimentos, aceites y otros productos. Pero sus residuos también contienen materiales que pueden incorporarse a productos de mayor valor.
En este caso, las cáscaras de las semillas funcionaron como un biorelleno para un material termoplástico, aportando rigidez y resistencia después de un tratamiento relativamente sencillo.
La propuesta también encaja dentro de un modelo de economía circular: en lugar de considerar las cáscaras como un desecho, se las incorpora como materia prima para fabricar nuevos materiales. El estudio señala precisamente que el aprovechamiento de estos residuos puede reducir la dependencia de polímeros derivados del petróleo y contribuir a valorizar biomasa agrícola.
Todavía no se trata de un reemplazo directo para todos los plásticos convencionales. El trabajo es experimental y los propios autores plantean que hacen falta más estudios sobre procesamiento, propiedades mecánicas, durabilidad y biodegradabilidad.
Pero el resultado apunta hacia una posibilidad interesante: que una parte de los residuos que deja la producción de semillas de cáñamo pueda volver al circuito productivo convertida en material.