En búsqueda de una solución global de residuos

En menos de una generación, la botella de plástico ha evolucionado desde la conveniencia económica hasta el flagelo. Lo que alguna vez fue un accesorio en la pasarela de la moda ha contaminado los océanos de la tierra, mientras que se han encontrado micropartículas de plástico en muchos organismos vivos.

Los esfuerzos de reciclaje han intentado frenar el uso excesivo y el mal uso del plástico, pero en los EE.UU. solo se recicla el 30 por ciento del plástico, mientras que a nivel mundial se producen casi 20,000 botellas de plástico por segundo. Y el plástico es solo uno de los muchos tipos de desechos, desde los materiales de construcción hasta la electrónica y el papel, que las industrias y el gobierno están intentando desviar de los vertederos.

Sin embargo, el reciclaje es solo una parte de la solución para controlar, y mucho menos mitigar, la proliferación de residuos.

Un equipo de cinco universidades, dirigido por la Escuela de Ingeniería Swanson de la Universidad de Pittsburgh y el Centro Mascaro para la Innovación Sostenible, utilizará la investigación de convergencia para abordar este complejo desafío. Su propuesta, Convergencia en torno a la economía circular, recibió un premio de dos años y $ 1.3 millones del nuevo programa de Investigación de Convergencia Creciente de la National Science Foundation. El premio tiene el potencial de extenderse a cinco años y $ 3.6 millones.

"La investigación de convergencia es una de las" Grandes Ideas" de NSF para reunir a un equipo diverso que puede romper silos y desarrollar nuevos paradigmas de investigación para resolver los desafíos sociales apremiantes", explicaron Melissa Bilec, subdirectora del Centro Mascaro, profesora asociada de asuntos civiles y ingeniería ambiental, y Roberta A. Luxbacher Faculty Fellow en Pitt, y la investigadora principal del premio. "Estoy personalmente interesada en la investigación de alto impacto que aborde desafíos sociales significativos. La economía circular ofrece una solución prometedora, ya que tiene como objetivo volver a producir productos y materiales a través de la creación de nuevos productos o degradación benigna".

"Con nuestro proyecto, el objetivo es avanzar en la tan necesaria ciencia fundamental detrás de las soluciones de economía circular, no solo diseñando productos con miras a la circularidad, sino también en alineación con los objetivos de sostenibilidad".

Dentro de la Escuela Swanson y el Centro Mascaro, el Dr. Bilec, experto en edificios de alto rendimiento e impactos ambientales, reunió a expertos en polímeros y diseño molecular verde, evaluación del ciclo de vida, ecología industrial, blockchain y teoría de liderazgo de complejidad. Se reclutaron miembros externos del Instituto de Tecnología de Rochester, la Universidad de Illinois en Chicago y la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, y la Universidad de Maine.

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"Durante siglos, el modelo de consumo global para cualquier producto ha sido lineal: "tomar, fabricar, desperdiciar". A medida que la población mundial continúa creciendo, esto ejerce enormes presiones en todas las partes de la cadena de suministro y finalmente resulta en un impacto ambiental negativo, como hemos visto con botellas y recipientes de plástico", explicó Eric J. Beckman, codirector del Centro Mascaro y profesor de servicio distinguido de ingeniería química y petrolera en Pitt.

"Sin embargo, esta es una filosofía difícil para la industria química, cuyos procesos de producción y pensamiento interno han permanecido prácticamente sin cambios durante más de 70 años", agregó el Dr. Beckman. "Lo que ha cambiado, y para lo que la industria no estaba preparada, es que los consumidores exigen una solución".

Dando vueltas a los vagones de investigación

El equipo de investigación de convergencia del Dr. Bilec incluye ingenieros, economistas, antropólogos y expertos en evaluación ambiental, cada uno de los cuales aprovechará su propia experiencia para abordar esta crisis global de desechos a través de los fundamentos de la economía circular. En lugar de enfocarse únicamente en crear un mejor plástico o mejorar los métodos de reciclaje, los investigadores buscarán desarrollar nuevos modelos de negocios, enfoques de compromiso, opciones de políticas y avances innovadores técnicos y basados en la ciencia que potencialmente podrían afectar todo el ciclo de vida de los plásticos y materiales de construcción.

"El problema de simplemente reutilizar o reciclar cosas es saber qué contiene, de dónde viene, dónde está ahora. Esta es la razón por la cual algunos envases de plástico, aunque están hechos con componentes que son individualmente reciclables, deben desecharse porque no hay forma de separar estas partes", señaló Vikas Khanna, profesor asociado de ingeniería civil y ambiental y Wellington C. Carl Faculty Fellow en Pitt. "Para determinar el ciclo de vida de un producto, hay una gran cantidad de datos que deben recopilarse, obtenerse y distribuirse incluso para comenzar a encontrar soluciones sostenibles".

Un enfoque para rastrear esos datos es utilizar blockchain, que está haciendo avances en la atención médica, las cadenas de suministro, la ley y más, más allá de su uso más conocido en las criptomonedas. "Blockchain es ideal para establecer la procedencia y puede ayudar con el desarrollo y la reutilización de materiales", explicó Christopher Wilmer, profesor asistente de ingeniería química y petrolera y William Kepler Whiteford Faculty Fellow en Pitt y fundador de Ledger, la primera revista académica revisada por pares. dedicado a blockchain y criptomonedas. "Blockchain proporciona una serie de datos segura e inmutable que puede establecer una base firme para la evaluación del ciclo de vida".

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Para aprovechar la experiencia adicional hacia el desafío, el Dr. Bilec reclutó investigadores de otras cuatro universidades:

• Callie Babbitt, profesora asociada, Instituto Golisano para la Sostenibilidad, Instituto Tecnológico de Rochester
• Don Fullerton, Profesor, Finanzas, Economía e Instituto de Gobierno y Asuntos Públicos, Gies College of Business, Universidad de Illinois Urbana-Champaign
• Cindy Isenhour, profesora asociada, antropología y cambio climático, Universidad de Maine
• Thomas L. Theis, Director, Instituto de Ciencias y Políticas Ambientales, Universidad de Illinois en Chicago

Y para determinar si su trabajo realmente converge hacia una solución, Gemma Jiang, directora del Laboratorio de Innovación Organizacional en Pitt, supervisará las funciones, estructuras y procesos organizacionales de los investigadores para revisar mejor el progreso e implementar cualquier corrección del curso.

"Resolver el problema global de los desechos exige un cambio radical de pensamiento y prácticas aceptadas en tantas disciplinas e industrias, por lo que este financiamiento de NSF es crítico", dijo el Dr. Bilec. "Esto requerirá un cambio potencialmente disruptivo, pero con un enfoque de convergencia podemos crear un conjunto de soluciones más equitativo y sostenible que beneficie al planeta en su conjunto".