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20 julio 2021

En busca de nuevos materiales en la basura

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Con la creciente concienciación social de que el mundo que habita el ser humano no posee infinitos recursos para su explotación, cada vez son mayores los incentivos para la investigación en nuevas formas de reciclar productos hasta ahora contemplados como desecho, sustituyendo en algunos casos a materias primas que pueden destinarse a otro uso.

Un ejemplo de esto último lo podemos encontrar en la fabricación de bioplásticos a partir de residuos vegetales. En el campo de las alternativas al plástico es importante no llevarse a confusión, ya que ni todos los plásticos biodegradables prescinden del petróleo como materia prima, ni todos los bioplásticos —aquellos que sí lo hacen— son biodegradables. Con la intención de lograr el doble objetivo, eliminar la dependencia del petróleo en la elaboración de plásticos y además mejorar su biodegradación, la industria química ha venido desarrollando nuevos compuestos a partir de materia vegetal. Almidón, celulosa y otros biopolímeros son utilizados como punto de partida en los procesos químicos que darán lugar a los bioplásticos, y estas sustancias base se obtienen a partir de maíz, guisantes, patatas, algodón, cáñamo o madera. Sin embargo, este enfoque presenta un grave inconveniente de cara a su sostenibilidad, y es que obliga a desviar materias primas válidas para otros usos, lo que a su vez aumenta la superficie terrestre dedicada a estos cultivos.

Es por ello que los investigadores buscan utilizar desechos vegetales que normalmente no tienen otro uso. En el Instituto Italiano de Tecnología en Génova (Italia), Athanassia Athanassiou e Ilker Bayer han desarrollado un método de fabricación de bioplásticos a partir de desechos vegetales tales como cáscaras de arroz, vainas de cacao, tallos de espinaca o perejil y residuos de zanahoria o coliflor. El origen de la idea parte de una modificación del método para producir celofán a partir de celulosa de algodón y cáñamo, que llevó a descubrir cómo podía obtenerse una masa plástica moldeable disolviendo la materia vegetal en ácido trifluoroacético, sin todo el tratamiento normalmente utilizado.

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Bioplástico fabricado a partir de vainas de cacao. Crédito: Italian Institute of Technology

Los investigadores probaron a utilizar otras fuentes alternativas de celulosa y hallaron que el material tenía diferentes propiedades dependiendo del objeto de partida. Así, el obtenido a partir de los tallos de espinacas era más flexible que el derivado del arroz, por ejemplo. De este modo, sugieren los científicos, puede darse un nuevo uso a las partes “que no nos queremos comer”, aunque aún falta mucha investigación para convertir esta tecnología en un sustituto económicamente viable a la utilización de productos vegetales refinados.

Una vuelta de tuerca más al uso de residuos para fabricar bioplásticos la encontramos en la empresa estadounidense Newlight Technologies, cuyo material de partida es un gas de efecto invernadero: el metano producido por los eructos de los bóvidos en las granjas o por la descomposición de materia orgánica en vertederos cubiertos. Lo llaman AirCarbon y ya se ha empleado para fabricar sillas, carcasas de móviles y envoltorios para los ordenadores Dell. La tecnología en este caso consiste en aprovechar el carbono presente en el metano y combinarlo en una serie de procesos químicos, gracias a un biocatalizador desarrollado por Newlight, hasta formar un termoplástico formado en un 60% por elementos provenientes del metano y el 40% restante por oxígeno del aire. Según sus fabricantes, las propiedades son las mismas que las del fabricado a partir de petróleo.

Pero pese a lo anterior, todo plástico siempre tiene un inconveniente, y es que más tarde o más temprano generalmente tiende a descartarse como residuo. El 91% del plástico nunca se recicla, y los expertos suelen advertir de que el plástico biodegradable no desaparece tan rápido como nos han hecho creer, por lo que se acumula durante años. Por ello, otra posibilidad es convertir los desechos plásticos en un material distinto con un uso diferente; por ejemplo, combustible. Este es el propósito del reciclaje químico, un método consistente en degradar las largas cadenas de los polímeros en fragmentos más pequeños mediante procesos de gasificación o pirolisis. De este modo pueden obtenerse combustibles como el diésel o el queroseno, o bien mezclas semejantes al petróleo crudo.

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La empresa tecnológica estadounidense Dell utiliza el plástico AirCarbon de Newlight como embalaje de algunos de sus productos. Crédito: Dell

Otra opción es dar a los plásticos un uso definitivo, y para ello probablemente no haya mejor idea que construir ciudades con ellos, como hacen los niños con sus juegos de bloques. Investigadores como Sibele Cestari, de la Queen’s University de Belfast, junto con diversas compañías, trabajan en la transformación de los plásticos reciclados en ladrillos, tejas, vigas y otros elementos destinados a la construcción. Según Cestari, ya se están logrando hitos cruciales tanto en las propiedades mecánicas de estos materiales como en sus cualidades estéticas, y si bien la tecnología aún no está preparada para su aplicación a gran escala, los avances son muy prometedores.

Obsolescencia reciclada

Si la tecnología puede aportar nuevas formas de reciclaje, el desarrollo puede hacer también que objetos ahora en uso se vuelvan obsoletos y pasen a amontonarse en los vertederos. Un caso sangrante puede ser el de las baterías de los automóviles, que hoy en día se reciclan. El 90% del plomo recuperado del procesamiento de las baterías gastadas se destina a la fabricación de nuevas baterías del mismo tipo. Sin embargo, la industria automovilística se está moviendo en la dirección de sustituir estas baterías de plomo por las más eficientes de ion litio, con lo que el plomo antes reciclado pasará a ser un potencial contaminante ambiental.

Angela Belcher, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (EEUU), estima que más de 200 millones de estas baterías de plomo se acumularán solo en los Estados Unidos. Y en parte será culpa suya, pues su grupo de investigación se dedica a conseguir mejores y más eficientes baterías de litio, recurriendo incluso a la ingeniería genética para crear nanocables con un andamiaje formado por el ensamblaje de virus bacteriófagos. Afortunadamente, la investigadora también está trabajando en buscar una salida a este plomo de las viejas baterías para la fabricación de paneles solares.

Un nuevo tipo experimental de célula fotovoltaica utiliza como material que absorbe los rayos de luz un compuesto de plomo con una estructura cristalina similar a la de un mineral llamado perovskita. Este material es el que mayor desarrollo está experimentando en términos de mejora de su eficacia, superando ya a tecnologías establecidas basadas en células solares de película fina de silicio. Aparte de su potencial, la principal ventaja de las  es el reducido coste de fabricación, pero tienen el inconveniente de requerir plomo, metal altamente contaminante y cuya extracción también es dañina para el medio ambiente.

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El plomo de una sola batería puede usarse para fabricar suficientes paneles solares como para abastecer de energía 30 casas. Fuente: MIT

El trabajo de Belcher demuestra que es factible aprovechar el plomo procedente de baterías de coche usadas para la fabricación de este tipo de células solares. Según sus análisis, el plomo de una sola batería puede usarse para fabricar suficientes paneles solares como para abastecer de energía a 30 casas. Y cuando estos paneles solares necesiten ser reemplazados al final de su vida útil, el plomo que contienen podrá ser reciclado de nuevo.

Un caso cada vez más acuciante de reciclaje tecnológico es el de los dispositivos electrónicos. El continuo avance de las tecnologías de consumo hace que cada año se generen inmensas cantidades de la llamada e-waste, o basura electrónica, que hoy se considera el tipo de residuo con mayor crecimiento. En 2019 se generaron en todo el mundo 53,6 millones de toneladas de esta basura —una media de 7,3 kilos por persona—, y se estima que para 2030 la cifra aumentará hasta los 74,7 millones de toneladas.

Entre esta basura se encuentran grandes cantidades de metales preciosos. Según Sandra Wilson, de la Universidad de Dundee, de unos 41 teléfonos móviles puede recuperarse 1 gramo de oro, la cantidad que llevan muchos anillos de boda. En la Universidad de Coventry, Sebastien Farnaud investiga el uso de bacterias para extraer los metales de la basura electrónica, algo que se aplica en la minería para extraer el mineral de la mena. De este modo se evita el vertido de estos metales al medio ambiente y se reduce la dependencia de la minería. 

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La basura tecnológica supone uno de los desechos con mayor crecimiento, superando los 50 millones de toneladas en el año 2019. Imagen: Wikimedia

Además, los dispositivos como los smartphones, o las turbinas eólicas y las baterías de los coches eléctricos, entre otros aparatos, hacen uso de las llamadas tierras raras, elementos que no son siempre escasos en la corteza terrestre pero que sí están muy repartidos, y son difíciles de encontrar en estado puro y de extraer. Los teléfonos móviles contienen unos 60 elementos diferentes, incluyendo tierras raras como itrio, lantano, terbio, neodimio, gadolinio y praseodimio. Solo una quinta parte de la e-waste global se recicla, por lo que se están desperdiciando enormes cantidades de estos materiales.

En 2019 Apple comenzó por primera vez a utilizar tierras raras recicladas en un componente de sus iPhones. Pero aún queda un largo camino hasta que el reciclaje se convierta en un estándar de la industria, ya que los procedimientos de recuperación de las tierras raras de los aparatos son energéticamente costosos y contaminantes. Investigadores como Cristina Pozo-Gonzalo, de la Universidad Deakin (Australia), trabajan en métodos alternativos como la electrodeposición para poder recuperar estos materiales por técnicas más limpias y sostenibles. Así, gracias al aumento del reciclaje y a los avances en la investigación, la basura que generamos puede ser la mina de materias primas del futuro.

Javier Yanes

@yanes68

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