Como primera línea de defensa contra la propagación de la COVID-19, la mascarilla, un simple dispositivo diseñado para proteger de la inhalación y transmisión de agentes infecciosos, ha afectado la vida de miles de millones de personas en todo el mundo.
Desde que empezó la pandemia mundial la utilización de mascarillas ha sido una necesidad y en muchos casos una obligación, pero a pesar de todo lo bueno que han hecho, su eliminación representa un desafío ecológico monumental que se ha ignorado en gran medida a favor de preocupaciones más inmediatas. Se estima que se han utilizado aproximadamente 129 mil millones de mascarillas cada mes mundialmente, de las cuales, la mayoría fueron diseñadas para un solo uso. Mitigar el impacto de estos equipos de protección personal (PPE)en nuestro medio ambiente supone un desafío de gran escala, puesto que las mascarillas pueden tardar más de 400 años en descomponerse.
Según la Conferencia de las Naciones Unidas para el Comercio y el Desarrollo, alrededor del 75 % de las máscaras y otros desechos relacionados con la pandemia terminarán en vertederos o flotando en nuestros océanos. Al no poderse incinerar ni reciclar mediante sistemas tradicionales, ¿qué se supone que debemos hacer exactamente con ellas?
Un equipo de investigación de la Universidad de Bristol, en Inglaterra, parece haber encontrado la solución. La idea detrás de la iniciativa es recolectar mascarillas quirúrgicas y transformarlas en material de impresión 3D, concretamente filamento.
En las primeras pruebas, el equipo se puso en contacto con un fabricante de PPE que suministró 1 kg de mascarillas defectuosas (gomas sueltas o sin varilla para la nariz) de polipropileno tipo IIR gratuitamente. Las mascarillas eran productos quirúrgicos certificados que cumplían con los estándares EN14683: 2019 Tipo IIR.
Imagen 1: Mascarillas cedidas para el proyecto. Fuente: Universidad de Bristol.
El primer paso del proceso, más allá de quitar las tiras elásticas de las orejas y cualquier lámina de metal que pueda haber en la nariz, es calentar una pila de mascarillas entre dos trozos de papel antiadherente con una plancha.
Imagen 2: Mascarillas convertidas en láminas. Fuente: Universidad de Bristol.
Esto hace que se derritan y se conviertan en una lámina sólida con la que es mucho más fácil trabajar y evita que se obstruya la máquina donde se realiza el proceso de esmerilado. Las láminas resultantes se pasan por una licuadora para producir unos finos gránulos (pellets) de polipropileno azul que son aptos para el proceso de extrusión.
Imagen 3: Pellets resultantes. Fuente: Universidad de Bristol.
Antes de pasar al siguiente paso es necesario aclarar que las mascarillas son sometidas a altas temperaturas que los investigadores consideran suficiente para matar las posibles bacterias de COVID-19 y desinfectar el material. Aún así, las que ellos utilizaron en el proyecto no habían sido usadas previamente.
En el tercer paso, los pellets acaban en la máquina (una trefiladora) que los convierte en filamentos. Para convertir el material de las mascarillas en el filamento necesario para una impresora 3D, los investigadores usaron el Filastruder, un producto de código abierto y que está en constante evolución gracias a la comunidad de usuarios que comparten sus diseños y configuraciones.
Imagen 4: Filastruder. Fuente: Filastruder.
El Filastruder es capaz de producir filamento bajo demanda en el color y el tamaño adecuado para cualquier proyecto en 3D. Su funcionamiento es sencillo, simplemente se debe ajustar la temperatura de extrusión deseada, esperar hasta que se alcance esta en el extrusor, añadir los pellets y los colorantes en la tolva escogida (puede ser una botella de plástico incluso) y encender el motor de engranajes para que comience la extrusión. Para llevar a cabo el embobinado del filamento y facilitar su posterior procesado con una impresora 3D, la opción ideal es utilizar el Filawinder; diseñado especialmente para los usuarios de Filastruder, el cual enrolla de forma automática el filamento que sale de la trefiladora.
Imagen 5: Filawinder. Fuente: Filastruder.
Es recomendable colocar el Filastruder a una altura de 1.5 m y dejar que el filamento se descuelgue desde ahí, así se enfría antes de tocar el suelo. No se debe colocar en un lugar en el que haya corrientes de aire, ya que estas harían oscilar el filamento y este se deformaría.
En este caso, el equipo optó por montar la máquina de forma vertical e imprimir una tolva para trabajar en esta posición. La boquilla llega a alcanzar los 170 ºC y los pellets que pasan por ella se convierten en filamento. El equipo señala que en la primera prueba el filamento solo tenía un diámetro promedio de 1.5 mm, pero los resultados indican que con un refinamiento adicional será posible lograr el diámetro estándar de 1.75 mm, dentro de una tolerancia razonable, por lo que están modificando el nozzle (se ha perforado de 1.75 mm a 1.9 mm) y desarrollando un mecanismo de alimentación más potente para acercarse al diámetro objetivo. Aún así, al activar el multiplicador de extrusión en el software de rebanado, el equipo pudo imprimir objetos con éxito usando el filamento delgado de polipropileno.
Imagen 6: Montaje vertical. Fuente: Universidad de Bristol.
El polipropileno (PP) es notoriamente conocido por ser difícil de imprimir en 3D, ya que no se adhiere bien a las superficies de impresión comunes. Sin embargo, sí tiene buena adherencia entre capas. El truco empleado por estos científicos fue utilizar cinta transparente normal sobre la base, ya que a menudo también es de PP. Usando este método, fue muy sencillo imprimir en 3D con su limitado stock rudimentario de filamento en una máquina de impresión 3D de bajo coste. De ello se deduce que los problemas residen actualmente en la producción del filamento y no en la impresión 3D con él.
Imagen 7: Pieza resultante. Fuente: Universidad de Bristol.
El filamento obtenido, que se acaba enrollando, alcanzó los 7 metros de longitud. La pieza de material que se puede ver en las imágenes cedidas por la Universidad de Bristol es el resultado de transformar en filamento menos de un tercio de una mascarilla entera.
Una vez conseguido este resultado, el equipo de investigadores se plantea nuevos retos como la posibilidad de procesar materiales mixtos tratando la mascarilla con las asas en el mismo proceso. También se cuestionan si el trabajo se puede automatizar a gran escala o si las universidades serían capaces de crear su propia economía circular y supervisar la distribución, recolección y reciclaje de los EPI.
Proyectos como el de la Universidad de Bristol se pueden encontrar también en España.
Por ejemplo, un grupo de científicos de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ha ideado un sistema para diseñar una mascarilla creada a partir de mascarillas anti covid usadas. La mascarilla tiene capas de fibra de polipropileno recicladas procedentes de mascarillas quirúrgicas desechadas y esterilizadas adecuadamente. También se incluye una capa protectora de nanopartículas de óxido de plata y cerio, debido a su función antiviral y antibacterial. El objetivo es obtener un producto que proteja, sea funcional, innovador y sostenible. El reciclaje de las mascarillas ya usadas y desechadas comienza con su esterilización autoclave. Acto seguido, el material se granula de tal modo que se obtienen pellets de polipropileno para su posterior procesamiento y uso para crear un filamento de plástico que, mediante una impresora 3D, resulte en una nueva mascarilla. Se puede aplicar una capa protectora con iones de óxido de cerio y plata a la mascarilla impresa, lo que aumenta su protección antibacteriana. Las mascarillas fabricadas de esta manera, además de ser reutilizables, pueden ser a su vez recicladas para obtener nuevas mascarillas, minimizando así al máximo la generación de residuos.
En el caso de FILMA, un equipo formado por 4 jóvenes, idearon un proyecto de reciclaje de mascarillas quirúrgicas que busca darles una segunda vida transformándolas en filamento para impresoras 3D que sirva para la creación de productos nuevos. Antes de transformarse en filamento, las mascarillas pasan por un tratamiento de desinfección. Posteriormente se separan los materiales y luego se envían a una trituradora que los corta en pedazos pequeños. Esos trozos de plástico se mezclan con algunos pellets de plástico y, finalmente, se introducen en una extrusora que derrite el plástico, formando así el filamento. A parte de su propia producción de artículos a partir de dicho filamento, junto a otras marcas, diseñan procesos, campañas, y productos sostenibles para introducir la economía circular en empresas y demostrar a las nuevas generaciones cuál es el compromiso que tienen con los cambios que son necesarios para un futuro mejor.
