Come prima linea di difesa contro la diffusione del COVID-19, la mascherina, un semplice dispositivo progettato per proteggere dall'inalazione e dalla trasmissione di agenti infettivi, ha influenzato la vita di miliardi di persone in tutto il mondo.

Dall'inizio della pandemia globale, l'uso delle mascherine è stato una necessità e in molti casi un obbligo, ma nonostante tutto il bene che hanno fatto, la loro eliminazione rappresenta una sfida ecologica monumentale che è stata largamente ignorata a favore di preoccupazioni più immediate. Si stima che siano state utilizzate circa 129 miliardi di mascherine ogni mese a livello mondiale, di cui la maggior parte progettate per un singolo utilizzo. Attenuare l'impatto di questo dispositivo di protezione individuale (DPI) sull'ambiente rappresenta una sfida su larga scala, poiché le mascherine possono impiegare oltre 400 anni per decomporsi.

Secondo la Conferenza delle Nazioni Unite per il Commercio e lo Sviluppo, circa il 75% delle mascherine e altri rifiuti correlati alla pandemia finiranno nelle discariche o galleggianti nei nostri oceani. Non potendo essere incenerite né riciclate attraverso i sistemi tradizionali, cosa dovremmo fare esattamente con loro?

Un team di ricerca dell'Università di Bristol, in Inghilterra, sembra aver trovato la soluzione. L'idea dietro l'iniziativa è quella di raccogliere maschere chirurgiche e trasformarle in materiale per stampanti 3D, nello specifico in filamento.

Nelle prime prove, il team si è messo in contatto con un produttore di DPI che ha fornito gratuitamente 1 kg di maschere difettose (gomme allentate o senza ferretto per il naso) in polipropilene tipo IIR. Le maschere erano prodotti chirurgici certificati conformi agli standard EN14683: 2019 di tipo IIR.

Immagine 1: Maschere fornite per il progetto. Fonte: Università di Bristol.

Il primo passo del processo, oltre a rimuovere i lacci elastici dalle orecchie e qualsiasi lamina di metallo presente sul naso, è scaldare un ammasso di maschere tra due fogli di carta antiaderente con un ferro da stiro.

Immagine 2: Maschere trasformate in fogli. Fonte: Università di Bristol.

Questo fa sciogliere le maschere e le trasforma in un foglio solido con cui è molto più facile lavorare e impedisce che la macchina in cui avviene il processo di macinazione si intasi. I fogli risultanti vengono passati attraverso un frullatore per produrre piccoli granuli (pellets) di polipropilene blu adatti al processo di estrusione.

Immagine 3: Pellets risultanti. Fonte: Università di Bristol.

Prima di passare al passo successivo, è necessario chiarire che le maschere vengono sottoposte a temperature elevate che i ricercatori ritengono sufficienti per uccidere eventuali batteri COVID-19 e sterilizzare il materiale. Tuttavia, quelle utilizzate nel progetto non erano state precedentemente usate.

Nel terzo passo, i pellets finiscono nella macchina (una trafilatrice) che li trasforma in filamenti. Per convertire il materiale delle maschere nel filamento necessario per una stampante 3D, i ricercatori hanno utilizzato il Filastruder, un prodotto open source in continua evoluzione grazie alla comunità di utenti che condividono i loro progetti e configurazioni.

Immagine 4: Filastruder. Fonte: Filastruder.

Il Filastruder è in grado di produrre filamento su richiesta nel colore e nelle dimensioni adatte a qualsiasi progetto in 3D. Il suo funzionamento è semplice, è sufficiente regolare la temperatura di estrusione desiderata, aspettare che venga raggiunta nell'estrusore, aggiungere i pellets e i coloranti nell'imbuto scelto (che può essere anche una bottiglia di plastica) e avviare il motore degli ingranaggi per avviare l'estrusione. Per avvolgere il filamento e agevolarne il successivo processo di stampa 3D, l'opzione ideale è utilizzare il Filawinder; progettato appositamente per gli utenti del Filastruder, avvolge automaticamente il filamento che esce dalla trafilatrice.

Immagine 5: Filawinder. Fonte: Filastruder.

È consigliabile posizionare il Filastruder a un'altezza di 1,5 m e lasciar pendere il filamento da lì, in modo che si raffreddi prima di toccare il suolo. Non va collocato in un luogo dove ci siano correnti d'aria, poiché queste farebbero oscillare il filamento e lo deformerebbero.

In questo caso, il team ha optato per montare la macchina in posizione verticale e stampare un imbuto per lavorare in questa posizione. L'ugello raggiunge temperature di 170 °C e i pellets che passano attraverso di esse si trasformano in filamento. Il team segnala che nel primo test il filamento aveva un diametro medio di soli 1,5 mm, ma i risultati indicano che con un ulteriore perfezionamento sarà possibile raggiungere il diametro standard di 1,75 mm, entro una tolleranza ragionevole, quindi stanno modificando il nozzle (forato da 1,75 mm a 1,9 mm) e sviluppando un meccanismo di alimentazione più potente per avvicinarsi al diametro desiderato. Tuttavia, attivando il moltiplicatore di estrusione nel software di slicing, il team è riuscito a stampare con successo oggetti utilizzando il sottile filamento di polipropilene.

Immagine 6: Montaggio verticale. Fonte: Università di Bristol.

Il polipropilene (PP) è notoriamente noto per essere difficile da stampare in 3D, in quanto non aderisce bene alle superfici di stampa comuni. Tuttavia, ha una buona aderenza tra strati. Il trucco utilizzato da questi scienziati è stato utilizzare nastro adesivo trasparente sulla base, poiché spesso è anche in PP. Utilizzando questo metodo, è stato molto facile stampare in 3D con il loro limitato stock rudimentale di filamento su una stampante 3D economica. Da ciò si deduce che attualmente i problemi risiedono nella produzione del filamento e non nella stampa 3D con esso.

Immagine 7: Pezzo risultante. Fonte: Università di Bristol.

Il filamento ottenuto, che viene avvolto, ha raggiunto i 7 metri di lunghezza. Il pezzo di materiale visibile nelle immagini fornite dall'Università di Bristol è il risultato della trasformazione in filamento di meno di un terzo di una maschera intera.

Una volta ottenuto questo risultato, il team di ricerca si pone nuove sfide come la possibilità di elaborare materiali misti trattando la maschera con le cinghie nello stesso processo. Si chiedono anche se il lavoro possa essere automatizzato su larga scala o se le università sarebbero in grado di creare la propria economia circolare e supervisionare la distribuzione, la raccolta e il riciclaggio degli DPI.

Progetti come quello dell'Università di Bristol possono essere trovati anche in Spagna.

Ad esempio, un gruppo di scienziati della Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ha ideato un sistema per progettare una maschera creata da maschere anti-COVID usate. La maschera ha strati di fibra di polipropilene riciclato proveniente da maschere chirurgiche scartate e sterilizzate correttamente. Viene anche incluso uno strato protettivo di nanoparticelle di ossido di argento e cerio, per la sua funzione antivirale e antibatterica. L'obiettivo è ottenere un prodotto che sia protettivo, funzionale, innovativo e sostenibile. Il riciclo delle maschere usate e scartate inizia con la loro sterilizzazione in autoclave. Successivamente, il materiale viene granulato in modo che si ottengano pellets di polipropilene per la loro successiva lavorazione e utilizzo per creare un filamento di plastica che, attraverso una stampante 3D, dia origine a una nuova maschera. Si può applicare uno strato protettivo con ioni di ossido di cerio e argento alla maschera stampata, aumentandone la protezione antibatterica. Le maschere prodotte in questo modo, oltre a essere riutilizzabili, possono essere a loro volta riciclate per ottenere nuove maschere, riducendo al minimo la generazione di rifiuti.

Nel caso di FILMA, un team composto da 4 giovani ha ideato un progetto di riciclaggio di maschere chirurgiche che cerca di dare loro una seconda vita trasformandole in filamento per stampanti 3D utilizzabile per la creazione di nuovi prodotti. Prima di diventare filamento, le maschere vengono sottoposte a un trattamento di disinfezione. Successivamente, i materiali vengono separati e quindi inviati a una trituratrice che li taglia in pezzi piccoli. Questi pezzi di plastica vengono mescolati con alcuni pellets di plastica e infine vengono introdotti in un estrusore che fonde la plastica, formando così il filamento. Oltre alla propria produzione di articoli da tale filamento, insieme ad altre marche, progettano processi, campagne e prodotti sostenibili per introdurre l'economia circolare nelle aziende e dimostrare alle nuove generazioni il loro impegno verso i cambiamenti necessari per un futuro migliore.