La mascarilla, la primera línea de defensa contra la propagación del COVID-19, un dispositivo simple diseñado para proteger contra la inhalación y transmisión de agentes infecciosos, ha afectado la vida de miles de millones de personas en todo el mundo.

Desde que comenzó la pandemia mundial, el uso de mascarillas ha sido una necesidad y en muchos casos una obligación, pero a pesar de todo el bien que han hecho, su eliminación representa un desafío ecológico monumental que ha sido ampliamente ignorado en favor de preocupaciones más inmediatas. Se estima que aproximadamente se utilizan 129 mil millones de respiradores cada mes en todo el mundo, la mayoría de los cuales están diseñados para un solo uso. Mitigar el impacto de este equipo de protección personal (EPP) en nuestro medio ambiente es un desafío a gran escala, ya que las mascarillas pueden tardar más de 400 años en descomponerse.

Según la Conferencia de las Naciones Unidas sobre Comercio y Desarrollo, aproximadamente el 75 % de las mascarillas y otros residuos relacionados con la pandemia terminarán en vertederos o flotando en nuestros océanos. Dado que no pueden ser incineradas o recicladas a través de sistemas tradicionales, ¿qué se supone que debemos hacer 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 recoger mascarillas quirúrgicas y transformarlas en material de impresión 3D, es decir, filamento.

En las primeras pruebas, el equipo contactó a un fabricante de EPP que proporcionó 1 kg de mascarillas defectuosas (sueltas o con varillas nasales faltantes) hechas de polipropileno tipo IIR de forma gratuita. Las mascarillas eran productos quirúrgicos certificados que cumplían con los estándares EN14683: 2019 Tipo IIR.

Imagen 1: Mascarillas proporcionadas para el proyecto. Fuente: Universidad de Bristol.

El primer paso en el proceso, más allá de quitar las tiras elásticas de las orejas y cualquier lámina metálica 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 fundan en una hoja sólida que es mucho más fácil de trabajar y evita que se obstruya la máquina trituradora. Las láminas resultantes se pasan por una licuadora para producir pellets finos de polipropileno azul que son adecuados 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 se someten a altas temperaturas que los investigadores consideran suficientes para matar posibles bacterias COVID-19 y desinfectar el material. Sin embargo, las que utilizaron en el proyecto no habían sido utilizadas previamente.

En el tercer paso, los pellets terminan en la máquina (una máquina de dibujo de alambre) que los convierte en filamentos. Para convertir el material de la mascarilla en el filamento necesario para una impresora 3D, los investigadores utilizaron Filastruder, un producto de código abierto 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 tamaño adecuados para cualquier proyecto 3D. Su funcionamiento es sencillo, solo hay que ajustar la temperatura de extrusión deseada, esperar a que se alcance en el extrusor, agregar los pellets y tintes en la tolva elegida (incluso puede ser una botella de plástico) y activar el motor de engranajes para iniciar la extrusión. Para llevar a cabo el bobinado del filamento y facilitar su posterior procesamiento con una impresora 3D, la opción ideal es utilizar el Filawinder; diseñado especialmente para usuarios de Filastruder, que bobina automáticamente el filamento que sale de la máquina de dibujo.

Imagen 5: Filawinder. Fuente: Filastruder.

Es recomendable colocar el Filastruder a una altura de 1.5 m y dejar que el filamento cuelgue desde allí, para que se enfríe antes de tocar el suelo. El Filastruder no debe colocarse en un lugar donde haya corrientes de aire, ya que estas harían que el filamento oscile y se deforme.

En este caso, el equipo optó por montar la máquina verticalmente e imprimir una tolva para trabajar en esta posición. La boquilla alcanzó los 170 °C y los pellets que pasaron por ella se convirtieron en filamento. El equipo observó que en la primera prueba el filamento solo tenía un diámetro promedio de 1.5 mm, pero los resultados indicaron que con un mayor refinamiento sería posible alcanzar el diámetro estándar de 1.75 mm, dentro de una tolerancia razonable, por lo que se modificó la boquilla (taladrada de 1.75 mm a 1.9 mm) y se desarrolló un mecanismo de alimentación más potente para acercarse al diámetro objetivo. Aun así, al activar el multiplicador de extrusión en el software de rebanado, el equipo pudo imprimir con éxito objetos utilizando el delgado filamento de polipropileno.

Imagen 6: Montaje vertical. Fuente: Universidad de Bristol.

El polipropileno (PP) es conocido por ser difícil de imprimir en 3D, ya que no se adhiere bien a las superficies de impresión comunes. Sin embargo, tiene una buena adhesión entre capas. El truco empleado por estos científicos fue utilizar cinta adhesiva transparente normal sobre la base, ya que a menudo también está hecha de PP. Con este método, fue muy fácil imprimir en 3D con su limitado stock rudimentario de filamento en una máquina de impresión 3D de bajo costo. Se deduce que los problemas actualmente residen 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 está enrollado, alcanzó una longitud de 7 metros. El trozo de material que se puede ver en las imágenes proporcionadas por la Universidad de Bristol es el resultado de transformar menos de un tercio de una mascarilla completa en filamento.

Habiendo logrado este resultado, los investigadores ahora están analizando nuevos desafíos, como la posibilidad de procesar materiales mixtos tratando la mascarilla con las asas en el mismo proceso. También se cuestionan si el trabajo puede ser automatizado a gran escala o si las universidades podrían crear su propia economía circular y supervisar la distribución, recopilación y reciclaje de EPP.

Proyectos como el de la Universidad de Bristol también se pueden encontrar 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 reciclado de mascarillas quirúrgicas desechadas y adecuadamente esterilizadas. También se incluye una capa protectora de nanopartículas de óxido de plata y cerio, debido a su función antiviral y antibacteriana. El objetivo es obtener un producto que sea protector, funcional, innovador y sostenible. El reciclaje de mascarillas usadas y desechadas comienza con su esterilización en autoclave. Luego, el material se granula de tal manera que se obtienen pellets de polipropileno para su posterior procesamiento y uso en la creación de un filamento de plástico que, mediante una impresora 3D, resulta en una nueva mascarilla. Se puede aplicar un recubrimiento protector con iones de óxido de cerio y plata a la mascarilla impresa, lo que aumenta su protección antibacteriana. Además de ser reutilizables, las mascarillas producidas de esta manera también se pueden reciclar en nuevas mascarillas, minimizando así la generación de residuos al mínimo.

En el caso de FILMA, un equipo compuesto por 4 jóvenes, idearon un proyecto para reciclar mascarillas quirúrgicas que tiene como objetivo darles una segunda vida transformándolas en filamento para impresoras 3D que se puede utilizar para crear nuevos productos. Antes de transformarse en filamento, las mascarillas pasan por un tratamiento de desinfección. Luego, los materiales se separan y se envían a una trituradora que los corta en trozos pequeños. Estos trozos de plástico se mezclan con algunos pellets de plástico y finalmente se alimentan en un extrusor que derrite el plástico, formando así el filamento. Además de su propia producción de artículos a partir del filamento, junto con otras marcas, diseñan procesos, campañas y productos sostenibles para introducir la economía circular en las empresas y demostrar a las nuevas generaciones su compromiso con los cambios que son necesarios para un futuro mejor.