Después de la Segunda Guerra Mundial, una segunda revolución industrial en la manufactura comenzó a sustituir materiales tradicionales por materiales poliméricos, es decir, plásticos. Con la revolución digital, el uso de computadoras y teléfonos celulares se disparó, aumentando, por ende, el desecho de esos materiales.
La investigadora Cecilia Treviño Quintanilla utilizó esas referencias para explicar el desafío que enfrenta la industria manufacturera en el desarrollo de materiales que no contaminen el planeta, señalando que actualmente 50% de los desechos que se producen a nivel mundial son materiales de alguna familia de los plásticos y los hules lo que ha generado la llamada crisis por plásticos.
“Con el desarrollo tecnológico siempre hay un precio que pagar. Sí, nos desarrollamos, pero a nivel mundial también comenzamos a producir más desechos plásticos”, explica la investigadora del Institute of Advanced Materials for Sustainable Manufacturing (IAMSM) del Tec de Monterrey.
Los materiales poliméricos se utilizan en todas las industrias. Aunque el sector del embalaje es el que se identifica como su principal usuario, también se utilizan masivamente en la manufactura textil —con poliésteres y poliamidas, estas últimas mejor conocidas como nylon—, en la construcción para drenaje, plomería, aislamiento térmico y eléctrico, así como en el sector médico con distintos dispositivos que van desde jeringas hasta catéteres.
Industrias como la aeronáutica, la automotriz y las telecomunicaciones también son altamente consumidoras de componentes plásticos.
Desafío, nuevos materiales
“¿Por qué seguimos usando plásticos si hay tanto problema detrás de este tipo de materiales? Son muy fáciles de producir, pero sobre todo son muy baratos”, dice Treviño.
Agrega que todo el plástico que se tira, a nivel mundial, solo 9% se recicla, 80% se tira en vertederos o rellenos sanitarios, y aproximadamente el 11% se tira al medio ambiente. Se estima que anualmente 8 millones de toneladas de materiales poliméricos se vierten al mar.
El impacto del consumo industrial de materiales poliméricos exige que el hombre produzca y utilice materiales que sean sostenibles. Este es el principal objetivo del Institute of Advanced Materials for Sustainable Manufacturing (IAMSM) que, desde su inauguración en 2022, impulsa investigación sobre procesos de producción sustentables a partir de la creación de materiales avanzados.
Es en esa línea que el IAMSM propone el modelo denominado “Materiales 5S”: Social (solucionan problemas sociales), Sustentable (con impacto cero al medio ambiente), Sensitivo (son sensibles a registrar las condiciones externas), Smart/Inteligente (reaccionan a estímulos para mejorar su desempeño) y Seguro (sin dañar a la sociedad ni a los usuarios).
Las iniciales de estas características son atributos y propiedades presentes en estos nuevos materiales creados por el hombre que cumplen con un estándar para reducir a cero el impacto sobre el medio ambiente, además de proporcionar beneficios adicionales de uso.
Los Materiales 5S buscan atender las necesidades de las distintas industrias al tiempo que no generan un problema ni ecológico ni social aún después de haber finalizado su vida útil.
Los materiales del futuro
Arturo Molina Gutiérrez, director del IAMSM, explica que desarrollaron el concepto para crear los materiales del futuro. “Todo lo que nos rodea son materiales que han sido transformados en productos, a través de procesos de fabricación. Debemos asegurarnos que estos materiales tengan un impacto cero en la huella de carbono y no generen desperdicios, y que los procesos de manufactura de estos materiales sean eficientes, sin desperdicios, con bajo o cero consumo de agua, que utilicen energías limpias, y que sean parte de la economía circular”, dice Molina.
El directivo advierte que, actualmente, la industria representa 17% del PIB, en México, emplea a 9 millones de personas y contribuye a 89% de las exportaciones del país, pero también es la industria que consume el 51% de la energía eléctrica, genera emisión de gases de efecto invernadero (12%) y consume más del 70% del agua. “Nuestro reto es convertirla en una manufactura sostenible”, advierte.
El Tec de Monterrey cuenta con 70 investigadores en equipos interdisciplinarios que están desarrollando Materiales 5S.
En entrevista con TecScience, Reyna Berenice González González cuenta que, sin darse cuenta, comenzó a desarrollar un material que cumplía con las cinco características de estos materiales del futuro.
Como investigadora del IAMSM desarrolla cubiertas orgánicas para proteger frutas con la intención de que el producto dure más tiempo en buen estado, además de que esta película inteligente arroje información sobre la calidad del alimento.
“Estamos generando materiales avanzados que sintetizamos a partir de residuos. Hemos usado llantas, cáscara de fruta, jugos. Es interesante que estamos dando un nuevo uso a algo que se consideraba un residuo y no solo una segunda opción, sino un valor más, por el hecho de que estamos generando materiales que tienen propiedades interesantes como poder censar o que puedan detectar algún cambio en el ambiente”, explica González.
En resumen, añade la investigadora, se trata de materiales que “se produzcan bajo normas de ética, respetuosos con el medio ambiente, además de que sean seguros y capaces de integrar alguna tecnología que pueda resolver una problemática actual”.
Materiales 5S y sus valores
Los materiales que se desarrollan con el estándar 5S cumplen, en alguna medida, con las cinco características de cada “S”: social, sustentable, sensing, smart, save.
- Social
Los materiales que son socialmente responsables se desarrollan para responder a una problemática de la comunidad, en el caso de los plásticos orgánicos solucionan una necesidad del consumidor para empacar y transportar su alimento.
También significa que se desarrollen de acuerdo a demanda sociales e industriales, como ocurre con los materiales más ligeros que demanda el transporte, pues de esa manera se reduce el consumo de energía y de emisiones contaminantes
- Sustentable
Un material que es sostenible en el tiempo tiene una huella de carbono neutral y cero desperdicios. Cuando son materiales que desde su génesis se desarrollan con principios orgánicos, implica que se restituirán al medio ambiente sin dañarlo.
En el IAMSM se desarrollan bioplásticos 100% reutilizables, reciclables o compostables que permiten programar su ciclo de vida.
- Sensitivo
La característica de la “sensibilidad” de un material es la que resulta más futurista. La traducción al español como “sensible” implica que son materiales que sienten su entorno y, por lo tanto, son capaces de censar o recoger datos del mismo para actuar en consecuencia.
Es decir, son materiales que detectan temperatura, virus, químicos, y pueden reaccionar a esa variable. En el caso de las películas orgánicas para frutas, éstas tienen la capacidad de fluorescencia, por lo que aún se revisa cómo aprovechar esa cualidad para que se active frente a un cambio de PH o alguna variable determinada que dé información al consumidor sobre el estado del alimento.
- Smart/Inteligente
Un material inteligente va de la mano con su capacidad de ser sensible a su entorno para responder de manera inteligente a su entorno y mejorar su desempeño, como ocurre con los materiales capaces de detener el proceso de deterioro de las frutas cuando detectan un cambio en su entorno.
Por ejemplo, para optimizar su consumo de energía, en el IAMSM se están desarrollado nanofluidos (fluidos con nanopartículas) que mejoran el rendimiento de los sistemas de aire acondicionado. También se están desarrollando materiales que permiten absorber y liberar grandes cantidades de calor, reduciendo la temperatura de operación y optimizando la energía consumida en los edificios.
- Seguro
La seguridad de un material se refiere a que sea confiable y que no dañen al medio ambiente ni a las personas.
La seguridad se puede ejemplificar con la industria agrícola, pues se trata de un sector que para garantizar la inocuidad de los alimentos y detener su impacto ambiental, puede utilizar bioplásticos compostables y biopesticidas, por mencionar algunos materiales que están en desarrollo y que no provienen del petróleo.
“Sustituir” y tomar acción
Uno de los desarrollos más prometedores para los Materiales 5S es el que se refiere al desarrollo de bioplásticos biodegradables e inteligentes que responderían a las cinco características del estándar que propone el Tec para desarrollar materiales vanguardistas.
Treviño Quintanilla busca que hules y plásticos puedan separarse molecularmente para recuperar los ingredientes que los formaron y aprovecharlos nuevamente. También buscan cómo se pueden recuperar fibras de carbón de los desechos de la industria aeronáutica y automotriz para desarrollar textiles inteligentes que puedan medir y reaccionar a cambios de temperatura y PH.
Es decir, los nuevos materiales también dan respuesta al problema social y medioambiental de gestionar los desechos y convertirlos en nuevos materiales que sean amigables con el ambiente y, además, tengan nuevas cualidades.
Otra investigación en la que Treviño está involucrada busca crear bioplásticos de un solo uso a partir del ácido poliláctico que se toma de la leche y al mezclarlo, con la cáscara del grano del café y del hueso de aguacate, crea una película que en condiciones normales se desintegra al desecharla. Como director del IAMSM, Arturo Molina considera que existe la capacidad para descubrir, caracterizar y crear estos nuevos insumos industriales. “Estamos enfocados en atender los retos de la industria manufacturera establecida en México para alcanzar una manufactura sostenible utilizando materiales del futuro”, dice.
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