Trazando el rumbo hacia una economía plástica circular

Jul 19, 2023

de Hayley Hilborn | 8 de agosto de 2023 | Características, Escuelas de Fulton

Los plásticos, más técnicamente llamados polímeros, se han vuelto vitales para el funcionamiento de la sociedad moderna. Sin embargo, a medida que las imágenes de criaturas marinas atrapadas en plásticos, islas de basura a la deriva en los océanos y microplásticos en el medio ambiente se vuelven virales, el impacto de los plásticos en el ecosistema es más notorio y aumenta la preocupación por el daño ambiental causado por los plásticos no degradables.

Como parte de una solución al problema, algunos investigadores quieren ayudar a desarrollar lo que llaman una economía plástica circular: una economía en la que los materiales conservan su valor mediante la reutilización, la reparación y el reciclaje repetidos, y se descartan sólo como último recurso.

La Universidad Estatal de Arizona es una de las cinco universidades que recibieron 500.000 dólares del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, o NIST, dentro del Departamento de Comercio de EE. UU. para desarrollar nuevos planes de estudio sobre dicha economía para estudiantes interesados ​​en ayudar a reducir los desechos plásticos.

El programa de subvenciones de formación para mejorar la circularidad de los plásticos tiene como objetivo ayudar a preparar la fuerza laboral futura necesaria para hacer crecer una economía circular para los plásticos. Una economía circular requiere nuevos métodos de fabricación, procesos químicos y capacidades de separación, así como nuevos enfoques para optimizar el ciclo de los plásticos a lo largo de la cadena de suministro industrial.

Un equipo multidisciplinario de investigadores de las Escuelas de Ingeniería Ira A. Fulton y la Escuela de Negocios WP Carey de ASU, junto con un colaborador de Virginia Tech, están asumiendo el desafío de desarrollar un curso para capacitar a la próxima generación de líderes en sostenibilidad ambiental.

Para cubrir la amplia variedad de temas integrales de la circularidad económica, el curso de un año consta de módulos impartidos por expertos en una variedad de campos.

El equipo está dirigido por Tim Long, profesor de ingeniería química en la Escuela de Ingeniería de la Materia, Transporte y Energía, parte de las Escuelas Fulton, y director del Centro de Biodiseño para Fabricación y Materiales Macromoleculares Sostenibles de ASU, o SM3. También está designado conjuntamente en la Facultad de Ciencias Moleculares de ASU.

Kevin Dooley, distinguido profesor de gestión de la cadena de suministro en la Escuela de Negocios WP Carey, dirigirá un módulo sobre gestión de la cadena de suministro y utilizará su experiencia trabajando con más de 100 de los minoristas y fabricantes más grandes del mundo para desarrollar herramientas que midan y realicen un seguimiento del progreso en desafíos críticos de sostenibilidad del producto.

Jennifer Russell, profesora asistente en la división de Biomateriales Sostenibles de Virginia Tech, es experta en el flujo de materiales dentro de los sistemas de producción y consumo económico. Su módulo brindará a los estudiantes estrategias para integrar sistemas y prácticas de economía circular en biomateriales sostenibles.

Jay Oswald, profesor asociado de ingeniería mecánica de las Escuelas Fulton, utilizará su experiencia en modelado computacional de la mecánica de materiales para enseñar un módulo centrado en la optimización de procesos de fabricación sostenibles.

El equipo lo completa un grupo de ingenieros químicos de ASU, incluido el profesor asociado Matthew Green y los profesores asistentes Renxuan Xie, Chris Muhich, Eileen Seo y Kailong Jin.

Como preparación para impartir su módulo del curso, Seo se unió a la beca Engineering for One Planet, una iniciativa para informar mejor a los educadores sobre formas de incorporar la sostenibilidad en su plan de estudios. La sección de SEO del curso explorará estrategias para desarrollar materiales compuestos capaces de utilizar propiedades de cambio de fase para degradar materiales como el plástico.

"He estado utilizando este marco para diseñar el módulo de mi curso para incluir pensamiento crítico, diseño y selección de materiales, todo lo que tiene que ver con la sostenibilidad", dice Seo. "Así que, en lugar de pensar en cómo podemos manejar un material que ya está fabricado, nos centraremos en cómo diseñamos materiales teniendo en cuenta la sostenibilidad desde el principio".

Jin, que tiene experiencia en materiales de película delgada, presentará a los estudiantes estrategias para desarrollar plásticos de embalaje degradables diseñados con propiedades de barrera a los gases.

“Parte de nuestra misión es desarrollar lo que llamamos un plan de estudios transportable”, dice Long, “un plan de estudios que podría compartirse con un colegio comunitario, una universidad en un área rural o una universidad en un área urbana. Queremos desarrollar estos módulos de cursos y ponerlos a disposición como modelo para que otras universidades los adopten. Esta adopción representaría un gran éxito para el programa. Cualquiera de los módulos puede extraerse del plan de estudios e insertarse en sus propios programas”.

Los módulos comenzarán con un enfoque de conferencia y luego pasarán al trabajo de laboratorio, brindando a los estudiantes de pregrado y posgrado oportunidades prácticas para trabajar con la última tecnología para ayudarlos a comprender las herramientas de próxima generación que pueden utilizar para catalizar una economía plástica circular.

Una parte de la financiación del proyecto se utilizará para instalar nuevos instrumentos, denominados herramientas de sostenibilidad, en el centro SM3 del Biodesign Institute de ASU, donde se realizará el curso.

Long enfatiza la importancia de la accesibilidad a las tecnologías que se utilizan para mejorar la circularidad.

"Nuestro objetivo es formar a los próximos líderes en sostenibilidad en la fuerza laboral", dice Long. “Para lograrlo, necesitamos herramientas novedosas, herramientas que normalmente no se esperarían. Queremos desarrollar una herramienta asequible que podría llegar a un vertedero municipal, o podría llegar a una universidad que no tiene los recursos para comprar instrumentos más sofisticados y de alto precio”.

"Parte del objetivo no es sólo colocar herramientas no convencionales junto a las convencionales, sino también diseñar nuevas herramientas que sean transportables y más inclusivas en términos de su impacto", añade Long.

Los estudiantes ayudarán a desarrollar estas herramientas y experimentos para medir propiedades como tasas de degradación, permeabilidad al gas y separaciones de corrientes de desechos. También aprenderán a analizar y presentar sus resultados.

"También podemos utilizar estos instrumentos para nuestra propia investigación", afirma Jin. "Por lo tanto, es beneficioso para la investigación y la educación".

Desarrollar una economía circular es esencial para la salud del planeta, y el interés público ha presionado a la industria para que desarrolle soluciones. Jin señala que tanto las empresas como las universidades buscan expertos en sostenibilidad por diversas razones.

“En este momento, la sostenibilidad es un verdadero foco de atención para muchas empresas. Muchos se están fijando objetivos para ser neutros en carbono para una fecha determinada, y la circularidad del plástico es sin duda uno de los criterios”, afirma Jin. “Cuando los estudiantes de posgrado completan su doctorado o maestría, se espera que entren y se unan al equipo de investigación y desarrollo dentro de una empresa. Son el futuro de la empresa, impulsando la innovación de materiales”.

Dado que el desafío de desarrollar una economía circular requiere cambios en cada paso de la fabricación, Long considera que este curso es adecuado para un estudiante de cualquier disciplina académica interesado en la sostenibilidad.

“Con el tiempo, cualquier estudiante de la universidad podría tomar este curso, como los estudiantes de la escuela de negocios que son expertos en análisis de la cadena de suministro, economía circular, análisis del ciclo de vida y análisis tecnoeconómico”, dice Long. “Necesitamos ese tipo de estudiantes trabajando junto a los ingenieros. También necesitamos que los científicos sociales participen en el curso para fomentar el debate y las asociaciones que son tan importantes para lograr una economía circular del plástico. No se me ocurre ningún estudiante que no sea bienvenido al curso”.

El desarrollo del curso reemplaza la propuesta del Programa de Prácticas de Investigación de la Fundación Nacional de Ciencias del grupo centrada en el desarrollo de polímeros sostenibles. El programa está dedicado a la formación eficaz de estudiantes universitarios y de posgrado de STEM en áreas de investigación interdisciplinarias o convergentes y proporciona financiación para desarrollar un modelo de prácticas innovador que aborde las necesidades futuras de fuerza laboral y de investigación.

Esta oportunidad de prácticas permite a los estudiantes graduados realizar investigaciones interdisciplinarias en un entorno aplicado para crear soluciones tangibles y eficientes.

Long ve este curso financiado por el NIST como solo el comienzo para ampliar la oferta de títulos dentro del Instituto de Biodiseño para estudiantes de cualquier disciplina.

“Nuestra visión es crear un nuevo modelo educativo. Primero, desarrollar el plan de estudios, garantizar que nuestros cursos hagan lo que esperamos que hagan y luego avanzar hacia un certificado de polímero sostenible y, en última instancia, avanzar hacia un programa de grado”, dice Long.

“Ese es nuestro objetivo: crear oportunidades para que los estudiantes estudien esto ahora, tanto en persona como virtualmente, para que seamos lo más inclusivos posible. Creo que ASU surgirá rápidamente como una de las cinco mejores universidades en ciencia e ingeniería macromoleculares sostenibles”.

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