De closques de gamba a alternativa al plàstic: creen un material que es reforça amb l'aigua

Els plàstics són molt útils perquè són duradors, no es degraden amb l'aigua i són molt resistents. Però precisament per això no es degraden a la natura i s'acumulen en els ecosistemes. De mitjana, el 2023, cada persona que viu en algun país de la Unió Europea va generar 35 quilos de residus d'envasos de plàstic a la UE. I d'aquests, només se'n van reciclar 14,8 kg per persona aquell any.

A les platges europees, la major part de la brossa és plàstic. Taps, gots i bosses d'un sol ús continuen acumulant-se al mar i a la costa. Amb el temps, acaba entrant a les cadenes alimentàries d'arreu del món, fet que genera una preocupació creixent pels possibles efectes sobre la salut humana. I per tant, això fa que sigui necessària la recerca de substituts al plàstic que siguin sostenibles i saludables.

Un nou estudi publicat a Nature Communications i dirigit per investigadors de l'Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) i la Singapore University of Technology and Design presenta un polímer biodegradable. Un nou material que pot servir per fer gots d'un sol ús i que es fa més fort amb el contacte amb l'aigua.

Els científics l'han desenvolupat a partir de closques de gambes descartades i han evitat els dissolvents orgànics forts que generalment van associats als materials d'origen biològic.

Un material que es fa més fort amb l'aigua

Els investigadors s'han inspirat en la closca de crustacis i en l'esquelet extern dels insectes, estructures naturals fetes de quitina adaptades als ambients humits.

El nou material es presenta en forma de pel·lícules fines transparents i està fet de quitosan, un derivat de la quitina.

En aquestes estructures naturals, l'aigua no és un element extern, sinó que participa en la manera com les cadenes moleculars s'organitzen. Imitant aquest principi, l'equip ha afegit una petita quantitat de níquel al quitosan. El níquel es pot unir tant al polímer com a diverses molècules d'aigua alhora, creant una xarxa d'enllaços flexibles i reconfigurables.

Quan el material es mulla, aquesta xarxa es reorganitza i redistribueix millor les tensions internes. El resultat és sorprenent: en lloc de debilitar-se, la resistència mecànica pot augmentar fins a un 50% quan està mullat.

Javier G. Fernández, professor de recerca ICREA a l'IBEC i investigador principal de l'estudi, assegura que el procés d'afegir-hi níquel no altera la naturalesa biològica del quitosan:

Producció sense residus

Un altre aspecte rellevant d'aquest nou material és que es pot fabricar sense deixar residus pel camí. I això, en el món dels materials, és poc habitual.

Quan els investigadors fabriquen el material, afegeixen níquel al quitosan. Però no es necessita tot el níquel per reforçar l'estructura. De fet, quan el material se submergeix en aigua, la major part del níquel que s'hi havia incorporat s'allibera.

Mentre que en un sistema industrial convencional aquest metall dissolt en l'aigua es convertiria en un residu que caldria tractar o eliminar, aquí no.

Els científics han dissenyat un sistema circular: l'aigua que conté el níquel alliberat no es llença, sinó que es recull i es reutilitza directament per fabricar el següent lot de material. Això vol dir que el metall no es perd mai. Es recupera i es torna a utilitzar una vegada i una altra. En la pràctica, el procés pot arribar a aprofitar el 100% del níquel.

A més, la fabricació no requereix solvents químics agressius ni processos petroquímics complexos. El material es forma simplement deixant evaporar l'aigua fins que el polímer se solidifica.

És un procés relativament senzill que es pot adaptar a diferents escales. De fet, els investigadors ja han fabricat làmines de diversos metres quadrats en el laboratori per demostrar que el sistema no està limitat a petites mostres experimentals. I això fa possible pensar en una producció industrial que no generi residus químics significatius.

Javier G. Fernández, investigador principal de l'estudi, destaca que la majoria dels materials actuals, des dels plàstics fins als biopolímers dissenyats al laboratori, estan fets per poder suportar les condicions ambientals. I que, de fet, durant més d'un segle s'ha assumit que, per ser més resistents, els materials s'han d'aïllar de la natura. Però, en canvi, aquesta investigació demostra el contrari: "Els materials poden prosperar interactuant amb l'entorn, en lloc d'aïllar-se'n."