El estudio, publicado en The Journal of Cleaner Production, describe la innovadora aplicación de la “hilatura presurizada” y su potencial para crear materiales de celulosa de forma más barata y limpia que algunos métodos de fabricación actuales, utilizando un producto de desecho de la industria láctea, el estiércol de vaca, como materia prima.
Es la primera vez que se obtiene celulosa que deriva de desechos animales y es un excelente ejemplo de economía circular, que tiene como objetivo minimizar los desechos y la contaminación mediante la reutilización de recursos, siempre que sea posible.
Los investigadores involucrados dicen que la implementación de esta tecnología sería una situación beneficiosa para fabricantes, productores de leche y el medio ambiente.
Celulosa #
La celulosa es uno de los materiales de fabricación más utilizados en el mundo. _Se encuentra naturalmente en las paredes celulares de las plantas, se utilizó por primera vez para crear materiales sintéticos a mediados del siglo XIX, incluido el material utilizado en la fabricación de película fotográfica, previo a la actual era digital, y el celuloide.
En la actualidad se le halla donde se mire: desde film transparente hasta mascarillas quirúrgicas, productos de papel, textiles, alimentos y productos farmacéuticos. Aunque se puede extraer orgánicamente, a menudo también se produce sintéticamente utilizando productos químicos tóxicos.
Hilatura o giro presurizado #
La hilatura presurizada (o giro presurizado) es una tecnología de fabricación que utiliza las fuerzas de presión y rotación simultáneamente para hilar fibras, cuentas, cintas, mallas y películas a partir de un chorro líquido de materia blanda. La tecnología galardonada fue inventada en 2013 por un equipo de Ingeniería Mecánica de la UCL dirigido por el profesor Mohan Edirisinghe.
El profesor Edirisinghe, autor principal del estudio, dijo que “nuestra pregunta inicial era si podría ser posible extraer los pequeños fragmentos de celulosa presentes en el estiércol de vaca, que queda de las plantas que han comido los animales, y convertirlos en materiales de celulosa de grado industrial.
“La extracción de los fragmentos del estiércol fue relativamente sencilla, utilizando reacciones químicas leves y homogeneización, que luego convertimos en una solución líquida. Pero cuando intentamos convertir los fragmentos en fibras utilizando la tecnología de hilatura presurizada, no funcionó.
“Mediante un proceso de prueba y error, descubrimos que el uso de un recipiente horizontal en lugar de vertical que contenía boquillas de superficie e inyectaba el chorro de líquido en agua quieta o fluida causaba la formación de fibras de celulosa. Luego pudimos cambiar la consistencia del líquido para crear otras formas, como mallas, películas y cintas, cada una de las cuales tiene diferentes aplicaciones de fabricación.
“Todavía no estamos muy seguros de por qué funciona el proceso, pero lo importante es que lo hace. También será bastante fácil de escalar utilizando la tecnología de hilatura presurizada existente, cuyos recipientes fueron diseñados y construidos en el taller de Ingeniería Mecánica de UCL”.
Hilatura horizontal presurizada con boquilla #
La nueva técnica, denominada hilatura horizontal presurizada con boquilla, es un proceso eficiente desde el punto de vista energético que no requiere los altos voltajes de otras técnicas de producción de fibra, como el electrohilado.
El equipo afirma que la adaptación de las máquinas de hilatura presurizadas existentes al nuevo proceso debería ser relativamente sencilla. Es probable que el mayor desafío sea la logística de abastecimiento y transporte de la materia prima, el estiércol de vaca, pero los beneficios ambientales y comerciales de hacerlo serían significativos.
La Sra. Yanqi Dai, primera autora del estudio de Ingeniería Mecánica de la UCL, señaló que “los desechos de las granjas lecheras, como el estiércol de vaca, son una amenaza para el medio ambiente y los seres humanos, especialmente a través de la contaminación de las vías fluviales, la liberación de gases de efecto invernadero a la atmósfera cuando se descomponen y la propagación de patógenos. A menudo, también es una carga para los agricultores deshacerse de él adecuadamente”.
“La hilatura horizontal presurizada con boquilla podría ser un gran impulso para la industria láctea mundial, al hacer un buen uso de este producto de desecho problemático y tal vez crear una nueva fuente de ingresos”, detalló.
Los desechos animales son un problema creciente a nivel mundial. Una investigación realizada en 2019 estimó que la cantidad de desechos animales aumentará en un 40% entre 2003 y 2030 a al menos cinco mil millones de toneladas, y muchas granjas producirán más estiércol del que pueden usar como fertilizante. Estos desechos a menudo llegan al agua, donde pueden tener un efecto devastador en los ecosistemas e incluso provocar enfermedades en los seres humanos.
Financiamiento
La investigación central de hilatura presurizada en la University College of London fue posible gracias a las subvenciones otorgadas por el Departamento de Investigación e Innovación del Reino Unido (UKRI).
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El artículo científico Harnessing cow manure waste for nanocellulose extraction and sustainable small-structure manufacturing fue publicado en la revista Journal of Cleaner Production. Autores: Yanqi Dai, Dongyang Sun, Dominic O’Rourke, Sasireka Velusamy, Senthilarasu Sundaram & Mohan Edirisinghe.
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El artículo Feat of ‘dung-gineering’ turns cow manure into one of world’s most used materials fue publicado en el sitio web de la University College of London