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Contaminación por plásticos

Separada por más de 5000 kilómetros de la masa continental más cercana, la isla Henderson es tal vez el lugar más aislado del planeta. Sin embargo, a pesar de estar completamente deshabitada, esta isla paradisíaca del Pacífico Sur está cubierta por más de 4000 millones de piezas y partículas de plástico. La basura que recubre las playas de Henderson no solo arruina el paisaje, sino que también es letal para la vida marina, que acaba asfixiada o atrapada entre los residuos. Estos restos de plástico son solo un ejemplo del destino que siguen los más de 8000 millones de toneladas de plástico que se han producido desde 1950.

El OIEA trabaja con expertos de todo el mundo para cambiar ese destino y proteger la vida marina y el medio ambiente de la contaminación por plásticos. Con sus asociados, el OIEA investiga y desarrolla técnicas de radiación ionizante para volver a procesar y reciclar los plásticos de manera asequible. Estas técnicas utilizan aceleradores de haces de electrones  para irradiar los plásticos posconsumo a fin de reciclarlos y transformarlos en otros productos más fácilmente.

Esta técnica es prometedora dado que no es completamente nueva y tiene una larga historia de éxitos alcanzados. Los polímeros irradiados se encuentran en todas partes, desde el caucho de los neumáticos de un automóvil hasta las tuberías de agua caliente y los envases de los alimentos. “Si podemos utilizar esta tecnología en aplicaciones industriales para dar propiedades nuevas a los plásticos, nada nos impide utilizar la irradiación también para transformar y reestructurar el plástico a fin de mejorar su reciclabilidad y reducir la cantidad de plástico que se desecha”, explica Celina Horak, Jefa de la Sección de Productos Radioisotópicos y Tecnología de la Radiación del OIEA.

Los plásticos están compuestos por diferentes tipos de polímeros —sustancias formadas por cadenas o redes largas de grupos de átomos que se repiten llamadas monómeros. La irradiación de polímeros produce en estos diferentes efectos que son beneficiosos para reciclar, reducir y reutilizar los residuos plásticos.

Un nuevo proyecto coordinado de investigación del OIEA centrado en desarrollar el uso de la radiación ionizante en el reciclado de desechos poliméricos está encabezando la investigación en esta esfera. “La irradiación de materiales ya no es solo un instrumento de fabricación, sino también un instrumento de reciclado, por lo que las técnicas de radiación ionizante utilizadas para modificar polímeros también sirven para procesar los desechos”, indica Bin Jeremiah Barba, especialista en Investigación Científica del Instituto Filipino de Investigaciones Nucleares. Su instituto representa solo uno de los 18 países que están colaborando para examinar cómo los procesos en que se utiliza la radiación, como la reticulación, la escisión de cadenas, el injerto y otras modificaciones de superficies, pueden ayudar a los países a desarrollar metodologías de reciclado más asequibles y accesibles.

Reticulación de polímeros

El proceso de reticulación consiste en el uso de la irradiación con haces de electrones para formar conexiones entre las cadenas poliméricas. Al conectar entre sí las cadenas poliméricas, se mejoran las propiedades del material y este se puede utilizar para crear productos más duraderos, más resistentes y de mejor calidad. Esta es una práctica común en la fabricación de neumáticos para vehículos porque permite a los fabricantes disminuir el tamaño y grosor del caucho, lo que reduce los costos de materia prima y producción y hace que el producto sea más sostenible.

Degradación de polímeros

En este caso se utiliza la irradiación de manera casi opuesta por medio de la escisión de cadenas un proceso mediante el cual los polímeros se dividen o “degradan”. “Este proceso hace que los materiales se vuelvan más quebradizos y que sea más fácil triturarlos hasta obtener polímeros más finos. Por ejemplo, el politetrafluoroetileno, un revestimiento químico más comúnmente conocido por su nombre comercial, Teflón, se degrada para posteriormente utilizarlo en lubricantes para motores y aditivos para tintas”, dice Olgun Güven, experto en radiación de polímeros en la Universidad de Hacettepe que dirige algunas iniciativas en Türkiye. En el marco del proyecto coordinado de investigación, el grupo de expertos analiza cómo se puede utilizar la escisión de cadenas en el reciclado químico, por medio del cual un producto se descompone en su forma química básica para generar nuevas materias primas o combustible. El uso de la escisión de cadenas para el reciclado podría mejorar enormemente la producción de productos nuevos a partir de polímeros de un solo uso, explica.

Injerto de polímeros

Injertar es un proceso que consiste en hacer crecer sobre la superficie de otro polímero una cadena polimérica corta adaptada a fin de modificar sus propiedades. Esta misma técnica se puede utilizar para combinar polímeros que normalmente serían incompatibles entre sí y poder, de este modo, remodelar y reestructurar más fácilmente los residuos.

Estas técnicas son solo algunas formas en que el OIEA está explorando el uso de la radiación ionizante para el reciclado de los residuos plásticos. “Los mismos instrumentos utilizados en la industria se pueden aplicar al reciclado y son una parte asequible y accesible de la solución para reducir los residuos plásticos que dañan nuestro medio ambiente”, dice la Sra. Horak. También señala que el proyecto coordinado de investigación que se encuentra en curso mejorará y validará esta tecnología de reciclado del plástico y ayudará a determinar su viabilidad para que la utilicen los países. Además, establecerá un plan para transferir conocimientos y ponerlos en práctica.

Con el objeto de mejorar a nivel mundial las capacidades en la aplicación de técnicas de radiación innovadoras para reducir los residuos plásticos por medio del reciclado, el OIEA puso en marcha en 2021 la iniciativa Tecnología Nuclear para el Control de la Contaminación por Plásticos (NUTEC Plastics), que se dedica a ayudar a los países a utilizar diversas técnicas nucleares. Ofrece pruebas científicas que permiten caracterizar y evaluar la contaminación marina por microplásticos y, al mismo tiempo, demuestra el uso de la radiación ionizante para reciclar plásticos y transformar desechos plásticos en recursos reutilizables.

NUTEC Plastics incluye proyectos coordinados de investigación que ayudan a proporcionar datos científicos precisos a fin de orientar políticas sobre la contaminación por plásticos, fortalecer la metodología utilizada para realizar un seguimiento de los plásticos y mejorar la escalabilidad de la tecnología de reciclado. Los proyectos de cooperación técnica del OIEA en el marco de esta iniciativa ofrecen a investigadores equipo y capacitación para transferir conocimientos y facilitar los proyectos sobre el reciclado de plásticos. La elaboración de directrices ayudará a que los países establezcan y pongan en funcionamiento instalaciones para utilizar técnicas nucleares a fin de hacer frente a la contaminación por plásticos [1].

La radiación ionizante no sólo ha demostrado ser una alternativa efectiva para la esterilización terminal de envases de cualquier tipo, sino que, también se ha revelado como una herramienta útil para mejorar las propiedades de los polímeros.

Aunque existen diferentes tipos de radiación ionizante (beta o gamma), en cualquiera de estos casos esta radiación es capaz de transmitir al material irradiado la energía necesaria para producir su ionización, lo que implica la ruptura de los enlaces químicos que conforman el material y su reorganización para formar nuevas estructuras.

Fruto de este proceso de reorganización, se pueden obtener mejoras sustanciales tanto en sus propiedades físicas como mecánicas, que van desde un aumento de la resistencia térmica y a los disolventes como un incremento en el módulo de tensión.

Este cambio en sus propiedades se observa a dosis elevadas, superiores a 100 kGy, las cuales rompen cadenas y forman nuevas estructuras de entrecruzamiento según la naturaleza del polímero inicial. En este sentido, dependiendo del tipo de material, los efectos de la radiación sobre el mismo pueden dar lugar a escisiones (a), injertos (b) o la reticulación (c) Esquema 1.

Por contra, a dosis inferiores, estas modificaciones pueden producirse a nivel superficial, lo que, por ejemplo, favorece la fijación de geles u otros materiales y recubrimientos sobre la superficie del polímero. Este proceso es muy interesante en las placas utilizadas para estudios con proteínas, ensayos inmunológicos (ELISA) y cultivos celulares.

También es muy utilizado el método de injerto por radiación de un polímero sobre otro para mejorar las prestaciones del mayoritario y favorecer un proceso que no se daría sin este paso. En este caso, son múltiples las aplicaciones que van desde la fabricación de membranas de células de combustible de prestaciones específicas, hasta la inserción de moléculas de PLA en colágeno para la síntesis y fabricación de implantes bioasimilables, o el injerto en textiles, el cual aumenta la suavidad del tejido [2].

[1] https://www.iaea.org/es/bulletin/la-contaminacion-por-plasticos

[2] https://www.interempresas.net/Plastico/Articulos/213975-Aplicaciones-de-la-radiacion-ionizante-en-polimeros.html

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