Contaminación por plásticos podría reducirse con grafeno 3D

Con la mirada puesta en solucionar el grave problema ambiental que resulta del escaso tratamiento posconsumo que reciben las botellas de plástico PET, un investigador brasileño desarrolló un método sencillo que hace posible obtener de ellas un nanomaterial conocido como grafeno tridimensional (3D) o espuma de carbono liviana, con múltiples aplicaciones industriales e hídricas y menor costo ambiental.

La sigla PET se refiere al Polietileno Tereftalato, uno de los siete tipos de plástico comúnmente utilizados en envases y botellas de gaseosa, agua y aceite, cuya degradación natural tarda entre 500 y 800 años.

Para sintetizar el grafeno 3D el método, además de PET, usa una sal: cloruro de amonio, como agente expansivo que al recibir calor genera gases y vapores, haciendo que el plástico se expanda y dé por resultado una espuma.

El compuesto, que utiliza el PET como precursor de carbono, ofrece un abanico de promisorias aplicaciones en varios sectores industriales como obtención de tintas, materiales conductores, compuestos poliméricos y para la fabricación de cemento. También en la purificación, filtración y tratamiento de efluentes industriales, y retención de agua en suelos áridos, aspecto clave en el control de la desertificación.

De bajo costo económico y energético, el método fue probado en diferentes estudios en pequeña escala, y ya cuenta con patente de invención, que lo protege por 20 años. Fue expedida el 23 de mayo de este año por el Instituto Nacional de la Propiedad Industrial de Brasil, a nombre de la Universidad Federal de Minas Gerais y su inventor, Luiz Orlando Ladeira, profesor del Centro de Tecnología en Nanomateriales y Grafeno y físico senior, con un voluminoso historial académico y de desarrollo productivo.

“Patenté esta ‘tecnología verde’ porque sin duda tiene interés comercial y de desarrollo tecnológico, pero mi mayor deseo es lograr contribuir a sacar este plástico del ambiente en todo el mundo”, dice a SciDev.Net Ladeira, preocupado por las posibles consecuencias de la proliferación de microplásticos de PET en distintos ambientes, como la afectación de la fauna marina y terrestre, y la salud humana.

“Este es el descubrimiento más importante que he hecho a lo largo de mi carrera. Todo un proceso virtuoso (que coloca al PET en el marco de la economía circular) para solucionar un gravísimo problema de la humanidad”, afirma.

“Lo que me llevó a dejar todo lo que estaba haciendo para buscar una solución fue ver una ballena en la playa, con la boca abierta, llena de plástico en su interior”.

Luiz Orlando Ladeira – Centro de Tecnología en Nanomateriales y Grafeno, Universidad Federal de Minas Gerais

Crédito de la imagen: Cortesía de Luiz Orlando Ladeira para SciDev.Net

Según el programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), cada minuto se adquieren un millón de botellas plásticas en el mundo y para 2040, entre 23 y 37 millones de toneladas de plástico ingresarán anualmente a los ecosistemas acuáticos. Se suma a este hecho que América Latina presenta tasas de reciclaje muy bajas, de manera que alrededor del 90 por ciento de las botellas de un solo uso acaba convirtiéndose en basura marina.

“Precisamente, lo que me llevó a dejar todo lo que estaba haciendo para buscar una solución fue ver una ballena en la playa, con la boca abierta, llena de plástico en su interior”, señala Ladeira.

Un trabajo de Ladeira y colaboradores publicado en junio pasado en Environmental Science and Pollution Research resume la manera de obtener grafeno 3D a partir de botellas usadas de PET, además de dar cuenta de sus usos y aplicaciones.

La transformación del PET se produce mediante un mecanismo de descomposición a alta temperatura denominado pirólisis lenta, que permite transformar un polímero en moléculas menos complejas.

La espuma resultante, que tiene en su composición únicamente carbono y oxígeno, ha demostrado su capacidad de filtrar agua y eliminar metales pesados. También se ha comprobado su efecto como fertilizante en ciertos cultivos. Y el propio Ladeira ha estudiado su uso para modificar las propiedades mecánicas del hormigón en obras civiles o para combatir la desertificación del suelo, debido a su capacidad de retención de agua.

Ladeira señala que el método que propone es de bajo costo, puede utilizar instalaciones relativamente simples e insumos fáciles de usar en el entorno industrial.

El equipo de investigación que desarrolló la tecnología lo integran físicos, químicos, ingenieros civiles, biólogos, especialistas en ecología y en desertificación. Las aplicaciones posibles son examinadas en forma horizontal desde distintas perspectivas.

Para Elena Abraham, especialista en desertificación e integrante del Instituto Argentino de Investigaciones de las Zonas Áridas, quien no participó en el estudio, “el trabajo es absolutamente novedoso. Permitiría mejorar muchísimo el estado de los suelos”.

Remarcó que el 47 por ciento de la superficie terrestre está cubierta por tierras secas. “En particular, en la Argentina, más del 80 por ciento del territorio se encuentra afectado por la desertificación”, señala.

La investigadora pone de relieve que entre los Objetivos de Desarrollo Sostenible –metas globales fijadas por Naciones Unidas–, se incluye la necesidad de rehabilitar las tierras dañadas por la desertificación para 2030, a causa de la expansión de la frontera agropecuaria, los monocultivos o la falta de políticas preventivas de la degradación, entre otras cosas.

“No nos queda mucho tiempo para 2030, por lo que este desarrollo sería una verdadera ayuda”, afirma Abraham.

Guillermo Copello, bioquímico, e integrante del Departamento de Ciencias Químicas de la Facultad de Farmacia y Bioquímica de la Universidad de Buenos Aires, dice que la propuesta tiene aspectos muy beneficiosos, pero aún debe sortear algunas barreras hasta llegar a la aplicación.

“Es claro que emplea una materia prima muy accesible, considerada hoy un desecho, y que es preferible que se emplee en esta dirección que, por el contrario, termine generando microplásticos en el mar. A su vez, contribuye a que se encuentren más alternativas para estos plásticos con miras a lograr alcanzar un proceso de economía circular”, señala.

Entre los aspectos que Copello pone bajo la lupa, se encuentran las posibles dificultades que podrían surgir del escalado de las aplicaciones estudiadas y la necesidad de evaluar, en lo que respecta a su capacidad de retener agua, las condiciones de absorción de la espuma de grafeno, y su capacidad frente a diferentes cultivos y tipos de suelos, para conocer dónde es más eficiente.

“Obtener materiales del tipo grafeno a partir de PET es una propuesta muy interesante y económica ya que aprovecha la “basura de plástico” para crear este material. El método de la pirólisis lenta implica calentar algo de forma controlada y muy lentamente, normalmente en vacío, o en ambientes de gases controlados. No es un método caro y funciona bastante bien”, señala Laura Serkovic, investigadora de la División Superficies, del Centro Atómico Bariloche, en la provincia argentina de Río Negro.

Actualmente Ladeira estudia el posible impacto ambiental del grafeno 3D. “Investigo estos materiales desde 2017 y son inertes; sé que no presentarán ningún problema para el ambiente. Tenemos que actuar ya, ofrecer soluciones. No podemos trasladar el tema de la contaminación ambiental por PET a las próximas generaciones”, añade.

Más de tres proyectos en Brasil ya han recibido aportes económicos del sector público y privado, dado el alto potencial de sus aplicaciones, pero Ladeira prefiere no revelar más detalles por compromisos contractuales.

Lo más importante, señala, es que el desarrollo permite transformar un desecho en una materia prima de valor “lo que puede llevar a la industria a invertir en la selección y recogida de estos materiales que hoy contaminan cursos de agua y suelos, transformándolos en la base para generar productos de interés económico e industrial”.

> Enlace al artículo en Environmental Science and Pollution Research

> Sepa más sobre los plásticos de un solo uso

Este artículo fue producido por la edición de América Latina y el Caribe de SciDev.Net