Reciclaje de mascarillas con Filastruder: Una solución sostenible

La mascarilla, 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 global, el uso de mascarillas ha sido una necesidad y en muchos casos una obligación, pero por todo el bien que han hecho, su eliminación representa un desafío ecológico monumental que ha sido ignorado en gran medida en favor de preocupaciones más inmediatas. Se estima que aproximadamente 129 mil millones de respiradores se han usado cada mes en todo el mundo, la mayoría diseñados para un solo uso. Mitigar el impacto de estos equipos de protección individual (EPI) 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, alrededor del 75 % de mascarillas y otros residuos relacionados con la pandemia acabarán en vertederos o flotando en nuestros océanos. Como no pueden incinerarse ni reciclarse 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 con un fabricante de EPI que suministró 1 kg de mascarillas defectuosas (con gomas sueltas o varilla nasal faltante) hechas de polipropileno tipo IIR de forma gratuita. Las mascarillas eran productos quirúrgicos certificados que cumplían con las normas EN14683: 2019 Tipo IIR.

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

El primer paso del proceso, más allá de retirar las gomas de las orejas y cualquier lámina metálica que pueda haber en la nariz, es calentar una pila de mascarillas entre dos hojas de papel antiadherente con una plancha.

Imagen 2: Mascarillas convertidas en láminas. Fuente: Universidad de Bristol.

Esto hace que se fundan en una lámina sólida mucho más fácil de trabajar y evita el atasco de la máquina de triturado. Las láminas resultantes se pasan por una batidora para producir finos pellets de polipropileno azul 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 se someten a altas temperaturas que los investigadores consideran suficientes para matar posibles bacterias del COVID-19 y desinfectar el material. Sin embargo, las usadas en el proyecto no se habían usado previamente.

En el tercer paso, los pellets acaban en la máquina (una estiradora de hilo) que los convierte en filamentos. Para convertir el material de las mascarillas en el filamento necesario para una impresora 3D, los investigadores usaron Filastruder, un producto de código abierto que evoluciona constantemente gracias a la comunidad de usuarios que comparten sus diseños y configuraciones.

Imagen 4: Filastruder. Fuente: Filastruder.

El Filastruder es capaz de producir filamento a demanda en el color y tamaño adecuados para cualquier proyecto 3D. Su funcionamiento es simple: basta con ajustar la temperatura de extrusión deseada, esperar a que se alcance en el extrusor, añadir los pellets y colorantes en la tolva elegida (incluso puede ser una botella de plástico) y activar el motorreductor para iniciar la extrusión. Para realizar el bobinado del filamento y facilitar su posterior procesado con una impresora 3D, la opción ideal es usar el Filawinder; diseñado especialmente para usuarios de Filastruder, que bobina automáticamente el filamento que sale de la estiradora.

Imagen 5: Filawinder. Fuente: Filastruder.

Es aconsejable colocar el Filastruder a una altura de 1,5 m y dejar que el filamento cuelgue desde ahí, para que se enfríe antes de tocar el suelo. El Filastruder no debe colocarse en un lugar con corrientes de aire, ya que estas harían oscilar y deformar el filamento.

En este caso, el equipo optó por montar la máquina verticalmente e imprimir una tolva para trabajar en esta posición. La boquilla alcanzó 170 °C y los pellets que pasaban por ella se convertían en filamento. El equipo observó que en la primera prueba el filamento solo tenía un diámetro medio de 1,5 mm, pero los resultados indicaban que con más 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, activando el multiplicador de extrusión en el software de laminado, el equipo pudo imprimir objetos con éxito usando el filamento fino de polipropileno.

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

El polipropileno (PP) es famoso por ser difícil de imprimir en 3D, ya que no se adhiere bien a superficies de impresión comunes. Sin embargo, tiene buena adherencia entre capas. El truco empleado por estos científicos fue usar cinta 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 coste. Se deduce que los problemas actuales 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 se bobina, alcanzó 7 metros de longitud. La pieza de material que se ve en las imágenes proporcionadas por la Universidad de Bristol es el resultado de transformar menos de un tercio de una mascarilla entera en filamento.

Tras lograr este resultado, los investigadores ahora se plantean nuevos retos, como la posibilidad de procesar materiales mixtos tratando la mascarilla con las gomas en el mismo proceso. También se cuestionan si el trabajo puede automatizarse a gran escala o si las universidades podrían crear su propia economía circular y gestionar la distribución, recogida y reciclaje de EPI.

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) han 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 debidamente esterilizadas. También se incluye una capa protectora de nanopartículas de óxido de plata y cerio, por su función antiviral y antibacteriana. El objetivo es obtener un producto protector, funcional, innovador y sostenible. El reciclaje de mascarillas usadas y desechadas comienza con su esterilización en autoclave. El material se granula luego de forma que se obtienen pellets de polipropileno para su posterior procesado y uso para crear un filamento plástico que, usando una impresora 3D, resulta en una nueva mascarilla. Se puede aplicar un recubrimiento protector con iones de cerio y plata a la mascarilla impresa, lo que aumenta su protección antibacteriana. Además de ser reutilizables, las mascarillas producidas así también pueden reciclarse en nuevas mascarillas, minimizando así la generación de residuos al mínimo.

En el caso de FILMA, un equipo formado por 4 jóvenes, idearon un proyecto para reciclar mascarillas quirúrgicas que busca darles una segunda vida transformándolas en filamento para impresoras 3D que puede usarse para crear nuevos productos. Antes de transformarse en filamento, las mascarillas pasan por un tratamiento de desinfección. Los materiales se separan luego 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 introducen en un extrusor que funde 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 empresas y demostrar a las nuevas generaciones su compromiso con los cambios necesarios para un futuro mejor.