¿Hongos en un rincón húmedo de la habitación? ¿Millones de pilas que se desechan cada año? En la UNLP, investigadores de tres institutos buscan convertir problemas en soluciones: investigan la utilización de residuos de pilas para crear nuevos materiales con una potencial aplicación como componentes antimicrobianos para pinturas. Además de lograr un producto innovador, de interés para la salud y con alto valor agregado, buscan contribuir al cierre del ciclo de vida de las pilas en desuso.
Miles de toneladas de pilas se consumen cada año en Argentina, el problema ambiental que genera la eliminación final de estos dispositivos está lejos de ser resuelto. En este contexto, la recuperación de material como el zinc y el manganeso de las pilas agotadas tiene un interesante potencial social-económico-ambiental. Un grupo de científicos del Centro de Investigación y Desarrollo en Tecnologías de Pinturas (CIDEPINT), el Centro de Investigación y Desarrollo en Ciencias Aplicadas “Dr. Jorge J. Ronco” (CINDECA), dependiente de la Facultad de Ciencias Exactas, y el Laboratorio UPL un centro de Investigación Científicas Tecnológicas, Análisis Químico e Instrumental y Laboratorio de Plantas Piloto de la UNLP y la CICPBA viene trabajando en la recuperación de materiales de pilas en desuso que exhiban propiedades antimicrobianas. En particular, diseñaron nuevos compuestos en base a zinc, que podrían usarse en pinturas para entornos donde la higiene es importante, como hospitales, cocinas y sanitarios.
El grupo de investigadores busca combinar los usos biocidas y tecnológicos del zinc. Recuperando el Zn a partir de las pilas alcalinas agotadas, buscan generar nuevos materiales con una aplicación como aditivo antimicrobiano para pinturas. De esta manera logran otorgar una importante valorización a los residuos en lo que se denomina “Economía Circular”.
Respecto del impacto ambiental asociado al desecho de pilas, la Dra. María Victoria Gallegos, química e investigadora del CINDECA, explica que “está estrechamente ligado al medio en el que se disponen. Cuando las pilas se descartan en vertederos a cielo abierto, la carcasa que las contiene se oxida fácilmente por acciones climáticas, liberando los metales que las componen. En el suelo, el tiempo de degradación puede extenderse entre 100 y 300 años.” Gallegos, recientemente premiada internacionalmente por sus aportes en catálisis, expresa que “el zinc y el manganeso, dos metales presentes en las pilas, pueden representar un riesgo para el ambiente y la salud humana cuando se encuentran en altas concentraciones. En este contexto, la posibilidad tecnológica de recuperarlos a partir de las pilas podría ofrecer una solución efectiva a los problemas ambientales asociados.”
Zinc
Si bien el zinc no es considerado un material extremadamente caro en comparación con otros como el platino y el oro, su valor es aproximadamente 3000 dólares por tonelada, 10 veces mayor que el del hierro. El óxido de zinc tiene actividad antifúngica, antibacteriana y de inactivante viral, y es considerado no tóxico para las células humanas. Fue usado ya en la antigüedad en ungüentos medicinales y actualmente se lo sigue empleando en cremas antisépticas y champú anticaspa. Pero además tiene importantes aplicaciones tecnológicas, como aditivo en diversos materiales y productos. Por ejemplo, el “blanco de zinc” es usado en el mundo del arte como pigmento para pinturas, tanto para conseguir un blanco inalterable como de base para otros colores.
Desde el punto de vista científico, el zinc, en forma de óxido de zinc (ZnO), es un compuesto de mucho interés: “presenta propiedades estructurales y texturales que lo convierten en un material fascinante para diversas aplicaciones, como electrónicas, fotónicas y acústicas. Estas aplicaciones dependen directamente de los métodos de síntesis utilizados, tales como sol-gel, microemulsiones y precipitación” describe Gallegos.
Recuperar es la tarea
Para poder reutilizar materiales valiosos, primero es necesario recuperarlos a partir de los dispositivos en desuso, donde se encuentran muchas veces combinados con otros o en condiciones que los vuelven difíciles de extraer. Por eso, las técnicas de recuperación de los materiales son un problema en sí mismo. “El proceso de reciclado de pilas se lleva adelante mediante un proceso biohidrometalúrgico.- explica Gallegos- Las pilas agotadas se abren y separan en plástico, chatarra y metales de electrodos. Los metales zinc y manganeso en forma de óxidos e hidróxidos se disuelven con ácido sulfúrico. La innovación clave en este proceso radica en que se usa ácido sulfúrico usado, el cual se obtiene mediante la oxidación de azufre elemental con la ayuda de bacterias.“
Para llegar a este estado en el desarrollo, Gallegos destaca que intervinieron muchas personas e instituciones “Este proceso se inició en el marco de la Tesis Doctoral de la Dra. Lorena Falco. Luego, en 2012, se escaló a una planta piloto instalada en Gonnet (PLAPIMU) como resultado de la colaboración entre la UNLP y la CICPBA. La planta, ecocompatible, trata 80 kg de pilas al mes, equivalente al consumo de 8000 habitantes. Allí se reciclan completamente las pilas, usando la carcasa como chatarra y recuperando manganeso o zinc en forma de nuevos materiales para aplicaciones tecnológicas. En el caso del desarrollo de los materiales de zinc como aditivos antimicrobianos para pinturas, el trabajo se hizo en el marco de un trabajo final de Licenciatura en Química y Tecnología Ambiental de Guillermo López”, relata la investigadora.
Luego de la recuperación con ácido sulfúrico, generado por microorganismos específicos que descomponen los materiales de las pilas agotadas, los investigadores realizaron procesos químicos para lograr materiales diferentes.
Pinturas más durables y menos tóxicas
La actividad antimicrobiana de los compuestos de zinc desarrollados por el equipo se evaluó chequeando el crecimiento de microorganismos que forman parte del cepario del Area de Recubrimientos antimicrobianos del CIDEPINT: Aspergillus fumigatus, Chaetomium globosum, Penicillum commune, Escherichia coli y Estafilococos aureus. Con respecto a las potencialidades antimicrobianas, los dos compuestos sólidos mostraron actividad antimicrobiana positiva frente a hongos y bacterias.
La Dra. Natalia Belloti, biotecnóloga e investigadora del CIDEPINT, explica las ventajas que representa el desarrollo de pinturas microbianas obtenidas a partir de los materiales de zinc: “Las pinturas antimicrobianas producidas en la Argentina contienen generalmente biocidas orgánicos, como los derivados de isotiazolinonas y carbamatos, que tienen la desventaja de disminuir su eficiencia antimicrobiana con el tiempo. Por otro lado, los biocidas orgánicos están siendo cuestionados por su toxicidad y el impacto ambiental que generan.“ A partir del zinc, gracias al proceso desarrollado por los investigadores de la UNLP podrían obtenerse pinturas con efectos más durables y más amigables con el ambiente.
Quién es quién en el cepario
- Aspergillus fumigatus: Es un hongo habitual en el suelo y en materiales orgánicos en descomposición. Puede ser un patógeno oportunista en personas con sistemas inmunitarios debilitados y causar una infección grave llamada aspergilosis pulmonar invasiva. También puede producir micotoxinas, perjudiciales para humanos y otros seres vivos.
- Chaetomium globosum: Es un hongo del suelo y de la madera en descomposición. Puede ser una fuente de alergias y sensibilización en algunas personas.
- Penicillum commune: Es un hongo del género Penicillium. Algunas especies pueden ser patógenas en humanos y animales, causando infecciones oportunistas.
- Escherichia coli: Es una bacteria que se encuentra comúnmente en el intestino de humanos y otros animales de sangre caliente. Puede causar enfermedades gastrointestinales, como diarrea, y enfermedades graves como síndrome urémico hemolítico, potencialmente mortal.
- Estafilococos aureus: Es una bacteria que se encuentra comúnmente en la piel y en las mucosas de personas y animales. Puede causar una diversidad de infecciones, desde cutáneas leves hasta neumonía y septicemia. También produce toxinas, incluyendo las responsables del síndrome de choque tóxico y la intoxicación alimentaria.
Pinta mi mundo
El CIDEPINT, creado en 1973 a partir de la División Pinturas del Laboratorio de Ensayo de Materiales e Investigaciones Tecnológicas de la Provincia de Buenos Aires (LEMIT) es un centro abocado al desarrollo de pinturas y recubrimientos con propiedades específicas: anticorrosivas, decorativas, antiincrustantes, antifúngicas, entre otras. Pero además, se propone la búsqueda de alternativas ecológicas que reduzcan el impacto de la industria sobre el medio ambiente.
Allí, en la siguiente etapa de trabajo, el equipo de investigadores procederá a formular y preparar pinturas con los sólidos de zinc para evaluar la eficiencia antimicrobiana no ya como materiales sueltos sino una vez integrados en la película. Belloti describe el protocolo que -si todo marcha bien- dará origen a nuevas pinturas con alto valor agregado: “El trabajo que realizamos en el área de recubrimientos antimicrobianos del CIDEPINT se enmarca en la investigación y desarrollo de nuevos recubrimientos bioactivos eco-compatibles. La preparación de las pinturas y los ensayos se realizan a escala de laboratorio. Por lo tanto, una vez que se constata la eficiencia actividad antimicrobiana de una formulación, se busca desafiarla en condiciones de servicio. Una vez concluidas positivamente todas las evaluaciones, en una siguiente etapa, se podría pensar en el escalado de la producción. “
Las investigaciones realizadas en el CINDECA, el CIDEPINT y el Laboratorio ULP abren una prometedora perspectiva, tanto desde el punto de vista productivo, ambiental y en relación con la salud humana, en la utilización de residuos de pilas en desuso para la creación de nuevos aditivos para pinturas a base de zinc con propiedades biocidas.
Las investigaciones, autoría de Guillermo López, María Victoria Gallegos, Natalia Bellotti, M.A. Peluso y Jorge Sambeth, fueron presentadas en octubre de 2023 en las VII Jornadas en Ciencias Aplicadas “Dr. Jorge J. Ronco”, un encuentro bianual organizado por el CINDECA desde 2011.
