El uso masivo de plaguicidas sintéticos en la agricultura moderna ha desencadenado una serie de problemáticas ambientales que comenzaron a visualizarse en la década de 1960 y se agudizaron con el tiempo. Un equipo de investigadores de la Facultad de Ciencias Agrarias y Forestales y del Centro de Investigación y Desarrollo en Ciencias Aplicadas, Dr. JJ Ronco (CINDECA) de la Facultad de Ciencias Exactas de la Universidad Nacional de La Plata – CONICET, analizan la utilización de la “Química Verde “como una alternativa amigable con el ambiente.
Las intoxicaciones de los trabajadores agrícolas, la presencia de residuos de plaguicidas en los alimentos y su persistencia en el ambiente, la ruptura de los mecanismos de control biológico natural y el desarrollo de resistencia en las poblaciones de plagas son algunos de los efectos de los pesticidas que atentan contra la salud humana y el ambiente.
En las últimas décadas, diferentes reglamentaciones ambientales han prohibido o limitado el uso de muchos de estos productos, incentivando la búsqueda de nuevos compuestos selectivos y compatibles con el ambiente y de baja toxicidad hacia las personas.
En este marco, se presentan los postulados de la Química Verde, una forma de hacer Química basada en la sostenibilidad, tendiente a desarrollar métodos y procesos que eviten la generación de residuos en lugar de hacer un tratamiento posterior de los mismos.
¿Qué tiene de Verde la Química Verde?
El Doctor Gustavo P. Romanelli, director del Grupo de Investigación en Síntesis Orgánica Ecoeficiente, explicó que, “la Química Verde es la Química aplicada en post de la prevención de la contaminación. Implica la utilización de una serie de principios encaminados a reducir o eliminar el uso y generación de sustancias peligrosas en el diseño, manufactura y aplicación de los productos químicos, en lugar de recurrir a posteriori al tradicional tratamiento de efluentes; es por ello que la Química Verde aborda el concepto de prevención en lugar de la remediación”.
Estos postulados pueden adaptarse a cualquier clase de productos químicos, incluidos aquellos que se utilizan como plaguicidas, considerando varios aspectos en lo que respecta a las diferentes etapas de su preparación, ya sea desde la propia reacción, su aislamiento, purificación, formulación y aplicación.
“Nuestro grupo de investigación trabaja utilizando los postulados de la Química Verde en el diseño de métodos de síntesis que generen productos que tengan una toxicidad escasa o nula, tanto para las personas como para el ambiente. Se trata, puntualmente de modificar la metodología para lograr un producto que mantenga su eficacia, aunque reduciendo la toxicidad tanto de las sustancias utilizadas en la metodología como del producto”, explicó Romanelli.
Una Química muy solvente
En este aspecto hay estrategias destacadas en lo que a Química Verde se refiere, y se relacionan con los solventes:
La mayor parte de los solventes orgánicos constituyen la principal fuente de compuestos volátiles en la atmósfera (27% del total), son los responsables, entre otras cosas, de la formación del smog fotoquímico y generalmente son también la causa de afecciones como irritación ocular, molestias nasales y de garganta, dolor de cabeza, reacciones cutáneas alérgicas, náuseas, fatiga y mareos.
“La principal opción que aporta la Química Verde sobre este aspecto son las reacciones llevadas a cabo en ausencia de algún solvente, que reducen drásticamente la producción de desechos efluentes y la contaminación atmosférica; esta metodología también posee otras ventajas como una mayor reactividad, una concentración máxima de reactivos y una mayor productividad. También se simplifican, o eventualmente se evitan, procesos de lavado y extracción. Un buen ejemplo lo constituye la preparación de flavonas, un grupo de compuestos que han mostrado cierta actividad insecticida en larvas de Spodoptera litura y Spodoptera frugiperda. La preparación de estos compuestos, que históricamente requerían grandes volúmenes de sustancias ácidas como ácido sulfúrico concentrado, y solventes orgánicos contaminantes, han logrado prepararse en condiciones mucho más benignas, utilizando catalizadores ácidos sólidos (recuperables) y trabajando en ausencia de solventes”, explicó el investigador de la UNLP.
Otra alternativa respecto a los solventes, en los casos en que los mismos resulten imprescindibles para llevar a cabo una reacción, radica en el uso de sustancias inocuas para el ambiente, caso que tiene como ejemplo preponderante el uso del agua. Según el investigador, “Para el caso específico de los plaguicidas lo que se busca son compuestos que sean eficaces para la plaga que se pretende controlar pero inocuos para las personas y que afecten lo menos posible al ambiente.”
Volver a las plantas: menta, eucalipto y clavo de olor
Uno de los principios de la Química Verde nos dice que es preferible usar materias primas renovables, sin embargo, en la actualidad, el 90% de los productos orgánicos generados por la industria química son derivados de compuestos fósiles, que, primero, no son renovables y segundo, generan grandes cantidades de desechos contaminantes. Por esta razón, la Química Verde desvió su mirada hacia la biomasa, pues, así como a principios de 1990, la atención se centró en prevenir la producción de residuos, ahora el foco se centra en la explotación de los residuos que no se pueden evitar generar, como por ejemplo los desechos de biomasa. Dentro de esta perspectiva nuestro grupo genera a través de procesos de bajo impacto ambiental nuevas moléculas con potencialidad en distintos campos y en particular para el control de plagas partiendo de compuestos que puedan obtenerse a partir de esos residuos provenientes de biomasa.
Las características deseables para los plaguicidas parecen concentrase en productos derivados de las plantas: los llamados insecticidas botánicos, que son metabolitos secundarios que cumplen un importante rol en el mecanismo defensivo de las plantas. Su uso no es nuevo, explica el investigador, sino que data de hace al menos dos milenios atrás. “Éstas en su conjunto, producen más de 100.000 sustancias de bajo peso molecular que cumplen ese rol y normalmente no resultan ser esenciales para el proceso metabólico básico de la planta. Entre ellos se encuentran terpenos, lignanos, chalconas, flavonoides, alcaloides, azúcares, esteroides, ácidos grasos, etc”.
Semejante diversidad de compuestos es consecuencia de un proceso de coevolución que ha llevado al desarrollo de mejores defensas por parte de las plantas ante la presión de selección causada por microbios y animales fitófagos. Por lo tanto en los últimos años se está retornando al uso de las plantas como fuente de plaguicidas más seguros para el ambiente y la salud humana. Actualmente, existen cuatro grupos de productos botánicos usados para el control de insectos plaga que son el piretro y el neem, junto a la rotenona y los aceites esenciales tales como el mentol derivado de diferentes especies de menta, el eugenol presente en el clavo de olor y el 1,8-cineol, derivado del eucalipto. Sin embargo, la gran limitación se presenta con las pequeñas cantidades de estos compuestos que pueden obtenerse por procesos de extracción y purificación del material vegetal. Por lo tanto, en nuestro grupo de investigación desarrollamos procedimientos sencillos y amigables con el medio ambiente de laboratorio que posibilitan la preparación de moléculas íntimamente relacionadas a ellas, en apreciable mayores cantidades, agregó Romanelli.
Otro aspecto de la Química Verde, muy importante para el caso de los plaguicidas es tender a generar productos que resulten biodegradables, es decir que luego de cumplir con su función específica se transformen en productos inocuos gracias a las condiciones ambientales, de manera de no persistir en dicho medio. Romanelli remarcó que,”también pueden mejorarse las metodologías de preparación de productos químicos desde un punto de vista energético. Muchos procesos implican condiciones que requieren elevadas presiones y temperaturas, sin embargo la Química Verde tiende a la máxima reducción posible del consumo energético en función de su impacto (el ambiental y el económico). Lo ideal sería lograr métodos y procesos que resulten efectivos a presión y temperatura ambientes”.
Otro desafío de la Química Verde es reducir el uso de materiales como reactivos o solventes. Una solución muy interesante en el mismo sentido es el uso de catalizadores que resulten selectivos en cuanto al producto de reacción deseado, y que sean fácilmente recuperables y a la vez reutilizables. De esta forma se reduce la cantidad de material y a su vez se reemplaza el uso de cantidades estequiométricas de otros materiales que terminan formando parte de un desecho contaminante. El uso de compuestos heteropoliácidos sólidos recuperables y reutilizables en reemplazo de los tradicionales ácidos inorgánicos líquidos utilizados habitualmente como el sulfúrico, clorhídrico y nítrico, generadores de gran cantidad de efluentes, representa un aporte destacado de la Química Verde.
Si bien, esta nueva Química se ha particularizado aquí, en el desarrollo de compuestos más seguros para el control de plagas, puede aplicarse a otro tipo de industrias como la farmacéutica, de alimentos o de pinturas. En cuanto ha este último punto hemos desarrollado en cooperación con integrantes del CIDEPINT, UNLP, compuestos a partir de biomasa para el diseño de antiincrustantes para el control del fouling marino.
Química más eficiente, menos tóxica y más segura
También la Química Verde aboga, desde sus principios, por la minimización del riesgo de accidentes; ello implica la elección de las sustancias a emplear en un proceso de manera que resulte mínimo el riesgo de siniestros asociados a su manipulación, como por ejemplo las emanaciones, intoxicaciones, explosiones o incendios.
“En resumen, y como puede verse, la Química Verde incluye los diferentes aspectos que implican a una reacción o proceso químico, partiendo de reactivos inócuos, pasando por el proceso que involucra la reacción en sí misma (selectividad, reducción del uso de sustancias auxiliares, reemplazo por solventes inocuos, disminución del consumo energético, uso de catalizadores reutilizables y recuperables, reducción de la derivatización, monitoreo en tiempo real), hasta finalmente lograr el producto (de baja toxicidad aunque eficaz, biodegradable, y seguro)”, concluyó el Doctor Romanelli.
