Enzima diseñada con IA capaz de descomponer espuma de poliuretano en pocas horas, reduciendo residuos, emisiones y consumo de recursos fósiles.
- Enzima diseñada con inteligencia artificial para descomponer poliuretano en horas.
- Espumas de colchones, sofás y aislamientos convertidas en materias primas reutilizables.
- Menos incineración y menos residuos peligrosos.
- Nuevo impulso al reciclaje químico dentro de una economía circular real.
- Potencial para reducir microplásticos, emisiones y dependencia de combustibles fósiles.
Una red neuronal descubre una enzima capaz de descomponer el poliuretano
La contaminación por plásticos no es un único problema, sino una suma de crisis distintas. Cada familia de plástico —PET, polietileno, PVC, poliuretano, etc.— se fabrica con enlaces químicos diferentes y, por tanto, exige estrategias específicas para su reciclaje o degradación. Lo que funciona con una botella de refresco no sirve necesariamente para la espuma de un colchón.
A pesar de décadas de investigación, la situación global sigue siendo muy pobre: se estima que solo alrededor del 9 % de los residuos plásticos se recicla, mientras que el resto se incinera, se entierra o termina disperso en el medio ambiente. El poliuretano, omnipresente pero discreto, forma parte de ese porcentaje difícil de abordar.
En este contexto aparece una pieza nueva en el tablero: una enzima diseñada con ayuda de redes neuronales capaz de descomponer el poliuretano casi por completo y en cuestión de horas. El trabajo, publicado en la revista Science, no se limita a descubrir una proteína interesante: muestra cómo la combinación de biotecnología e inteligencia artificial puede transformar flujos de residuos que hoy acaban como basura peligrosa en materias primas reutilizables.
No es ciencia ficción. Es diseño de proteínas guiado por datos, probado ya con espuma comercial a escala de kilogramos.
Descomponer el poliuretano
El poliuretano (PU) es un plástico extremadamente versátil. Está en las espumas de colchones, sofás y asientos de coche, en suelas de zapatillas deportivas, en paneles de aislamiento, en adhesivos y en recubrimientos protectores. En 2024 se consumieron en el mundo unos 22 millones de toneladas de poliuretano, lo que lo convierte en una de las familias de plásticos más importantes del planeta.
Su problema es precisamente su virtud: es un termorrígido muy estable. A diferencia de los termoplásticos (como el PET), no se ablanda y remodela fácilmente con calor. Las cadenas de polímero están muy entrecruzadas, formando una red tridimensional resistente. Los enlaces uretano que definen su estructura —un átomo de nitrógeno enlazado a un carbono que a su vez se une a dos oxígenos— son difíciles de romper, y muchas formulaciones incorporan anillos aromáticos tipo benceno que aumentan la rigidez.
En otras palabras: el poliuretano está diseñado para durar. Y lo consigue.
Reciclaje químico tradicional… con muchos peros
En la industria ya existe un proceso químico para intentar “abrir” este material: la glicólisis con compuestos como el dietilenglicol. Se calienta la espuma a alta temperatura en presencia de este reactivo para romper parcialmente la red polimérica.
El resultado:
- una mezcla espesa, con fragmentos de polímero de distintos tamaños,
- varios subproductos difíciles de separar,
- y una fracción relativamente pequeña de moléculas que se pueden reutilizar de forma clara.
El resto termina considerándose residuo peligroso y se suele incinerar. Una salida cara, intensiva en energía y emisora de gases de efecto invernadero.
Por eso encontrar una enzima capaz de trabajar dentro de ese proceso químico, completándolo y llevándolo hasta la despolimerización casi total, no es un simple detalle técnico: es un posible cambio de juego.
Una nueva enzima
El equipo de investigación comenzó por el camino clásico: buscar en la literatura científica todas las enzimas que se habían descrito con alguna capacidad para atacar poliuretanos. Tras probar una quincena de proteínas diferentes, solo unas pocas mostraron actividad aceptable y ninguna lograba descomponer el material hasta sus monómeros de partida.
Entre todas, una enzima concreta destacaba ligeramente. Su estructura se convirtió en el punto de partida. A partir de ahí, el grupo se apoyó en dos recursos clave:
- bases de datos de proteínas naturales y estructuras predichas como AlphaFold,
- y un conjunto de redes neuronales especializadas en analizar y diseñar proteínas.
IA al servicio de la química verde
La primera herramienta utilizada, Pythia-Pocket, evalúa qué aminoácidos de una proteína tienen más probabilidades de estar en contacto con el sustrato —en este caso, fragmentos de poliuretano— y qué papel funcional podrían desempeñar (catalizar, estabilizar, unir…). Combinada con Pythia, que estima la estabilidad global de la proteína, los investigadores pudieron explorar rápidamente variantes posibles sin tener que fabricarlas todas en el laboratorio.
Sin embargo, necesitaban ir más allá: no solo querían proteínas estables, también flexibles. El reto consistía en equilibrar dos requisitos:
- una estructura lo bastante ordenada como para formar un bolsillo activo bien definido,
- y a la vez una cierta elasticidad para adaptarse a diferentes formulaciones de poliuretano, con grados de entrecruzamiento y composiciones variables.
Para resolver esta tensión diseñaron GRASE (por sus siglas en inglés, recomendación de enzimas activas y estables basada en redes neuronales de grafos). En lugar de tratar la proteína como una secuencia lineal, GRASE la ve como un grafo donde cada aminoácido es un nodo que “habla” con sus vecinos. En cada pasada, la red ajusta virtualmente la identidad y posición de esos aminoácidos, buscando simultáneamente:
- maximizar la estabilidad estructural,
- y mejorar el entorno químico del bolsillo donde se producirá la reacción.
El resultado de esta búsqueda guiada fue una lista de 24 candidatas. En el laboratorio, 21 mostraron actividad catalítica sobre poliuretano, y ocho superaron claramente a la mejor enzima natural conocida hasta el momento. Algunas, hasta 30 veces más activas.
Desmontando espuma en horas
Entre todas las opciones, una enzima destacó de manera especial, bautizada como AbPURase. A pesar de estar emparentada con enzimas clasificadas como esterasas, el estudio mostró que su función real se acerca más a una uretanasa, es decir, especializada en romper enlaces uretano.
Cuando se probó en condiciones cercanas a las industriales, la combinación de:
- espuma comercial de poliuretano,
- dietilenglicol,
- temperatura moderada en torno a 50 °C,
- y AbPURase,
consiguió despolimerizar alrededor del 95 % de la espuma a escala de kilogramos en 8 horas, llegando a casi 98 % en 12 horas. Con una carga enzimática mayor, el proceso alcanzó hasta un 98,6 % de despolimerización en 8 horas.
Además, la enzima:
- mantuvo su actividad durante varios ciclos de uso,
- toleró bien el medio rico en solventes,
- y generó una mezcla de productos mucho más limpia, con una fracción mayor de monómeros reutilizables que pueden volver a entrar en la fabricación de nuevo poliuretano.
No es magia: es ingeniería de proteínas cuidadosamente guiada por modelos de IA.
Qué impacto puede tener en el medio ambiente
La relevancia ambiental de estos resultados solo se entiende al mirar el cuadro completo de los plásticos.
Hoy, la producción mundial de plástico ronda los 400 millones de toneladas al año y sigue creciendo, con previsiones de casi duplicarse hacia 2050. Mientras tanto, el reciclaje global se mantiene estancado en torno a ese 9 % y una parte importante de los residuos se incinera o acaba dispersa en ecosistemas terrestres y marinos.
El poliuretano forma parte de ese bloque difícil: espumas mezcladas, adhesivos, piezas con recubrimientos, residuos de demolición. La mayoría de estos materiales no se recicla, se quema o se entierra.
La aparición de uretasas compatibles con procesos de glicólisis, como AbPURase, abre varios frentes ambientales interesantes:
- Reducción de incineración y emisiones. Si una fracción significativa de las espumas de colchones, muebles o aislamientos pudiera reconvertirse en monómeros válidos, habría menos necesidad de enviarlas a hornos de cemento o plantas de valorización energética. Cada tonelada que evita esa ruta implica menos CO₂, menos óxidos de nitrógeno y menos contaminantes atmosféricos asociados a la combustión de plásticos.
- Menos demanda de materia prima fósil. El poliuretano procede en gran parte de materias primas fósiles. Recuperar componentes químicos de alto valor significa reducir la presión para producirlos de nuevo a partir de petróleo o gas. Esto encaja con los objetivos de la Estrategia Europea de Plásticos, que busca aumentar el contenido reciclado y disminuir la dependencia de combustibles fósiles en la economía del plástico.
- Control de microplásticos. Parte de los microplásticos que se encuentran en el aire, el agua y los suelos procede de la fragmentación de espumas y recubrimientos. Si una proporción creciente de estos materiales entra en circuitos de reciclaje químico controlado, se reduce el riesgo de que acaben degradándose en partículas finas y persistentes en el medio. Algunos estudios recientes han asociado la exposición continua a partículas plásticas y sus aditivos con impactos sobre la salud humana a lo largo de toda la vida.
- Gestión más segura de residuos peligrosos. Muchos poliuretanos incorporan retardantes de llama, plastificantes y otros aditivos potencialmente tóxicos. Procesos enzimáticos más selectivos permiten, al menos en teoría, diseñar cadenas de tratamiento donde esos compuestos se identifiquen, separen y gestionen de forma específica, en lugar de diluirlos en la atmósfera mediante la incineración.
Ahora bien, conviene no idealizar. Esta tecnología también plantea preguntas:
- ¿Cuál es el balance energético real de un proceso enzimático a escala industrial?
- ¿Qué impacto tienen la producción masiva de enzimas y el uso de solventes en términos de emisiones y toxicidad?
- ¿Cómo se comportan las enzimas y los subproductos en escenarios de fallo o vertido accidental?
Responder a estas cuestiones requerirá análisis de ciclo de vida independientes y pilotos industriales bien monitorizados. Sin esa mirada crítica, el riesgo es cambiar un problema por otro.
Fuente: EcoInventos Publicación