Los plásticos, más técnicamente llamados polímeros, se han vuelto vitales para el funcionamiento de la sociedad moderna. Pero 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, un sistema en el que los materiales conservan su valor a través de la reutilización, la reparación y el reciclaje repetidos, y se desechan solo como último recurso.
La Universidad Estatal de Arizona es una de las cinco universidades a las que el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, o NIST, del Departamento de Comercio de EE. UU. otorgó $500,000 para desarrollar nuevos planes de estudios sobre dicha economía para estudiantes interesados en ayudar a reducir los desechos plásticos.
El Programa de Subvenciones de Capacitación para Mejorar la Circularidad de los Plásticos tiene como objetivo ayudar a preparar la futura fuerza laboral 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 través de la cadena de suministro industrial.
Un equipo multidisciplinario de investigadores de las Escuelas de Ingeniería Ira A. Fulton y W.P. Carey School of Business 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 sustentabilidad ambiental.
Aprendizaje modular para varias aplicaciones.
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 las Escuelas de Fulton y director del Centro de Biodiseño para Fabricación y Materiales Macromoleculares Sostenibles de ASU, o SM3. También es designado conjuntamente en la Escuela de Ciencias Moleculares de ASU.
Kevin Dooley, un distinguido profesor de gestión de la cadena de suministro en la W.P. Carey School of Business, dirigirá un módulo sobre gestión de la cadena de suministro, utilizando su experiencia trabajando con más de 100 de los minoristas y fabricantes más grandes del mundo para desarrollar herramientas que miden y rastrean el progreso en desafíos críticos de sostenibilidad de productos.
Jennifer Russell, profesora asistente en la división de biomateriales sostenibles de Virginia Tech, es experta en el flujo de materiales dentro de los sistemas económicos de producción y consumo. Su módulo armará a los estudiantes con estrategias para integrar prácticas y sistemas económicos circulares en biomateriales sostenibles.
Jay Oswald, profesor asociado de ingeniería mecánica de las Escuelas Fulton, utilizará su experiencia en el modelado computacional de la mecánica de los materiales para enseñar un módulo centrado en la optimización de los procesos de fabricación sostenible.
El equipo se completa con 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.
En preparación para enseñar su módulo del curso, Seo se unió a la beca Engineering for One Planet, una iniciativa para informar mejor a los educadores sobre las formas de incorporar la sostenibilidad en su plan de estudios. La sección del curso de Seo explorará estrategias para desarrollar materiales compuestos capaces de usar propiedades de cambio de fase para degradar materiales como el plástico.
“He estado usando este marco para diseñar el módulo de mi curso para incluir el pensamiento crítico, el diseño y la selección de materiales, todo lo que tiene que ver con la sustentabilidad”, dice Seo. “Entonces, en lugar de pensar en cómo podemos lidiar con un material que ya está hecho, nos centraremos en cómo diseñamos los 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 empaque degradables diseñados con propiedades de barrera contra 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 curso y ponerlos a disposición como modelo para que lo adopten otras universidades. 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 lectura 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 usar para catalizar una economía plástica circular.
Tecnologías no convencionales para pensar fuera de la caja
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 capacitar a los próximos líderes de sustentabilidad en la fuerza laboral”, dice Long. “Para hacer eso, necesitamos herramientas novedosas, herramientas que normalmente no esperaría. Queremos desarrollar una herramienta asequible que pueda llegar a un vertedero municipal, o podría llegar a una universidad que no tiene los recursos para comprar instrumentos actuales, más sofisticados y de alto precio”.
“Parte del objetivo no es solo colocar herramientas no convencionales junto a las herramientas convencionales, sino también diseñar nuevas herramientas que sean transportables y más inclusivas en términos de su impacto”, agrega Long.
Los estudiantes ayudarán a desarrollar estas herramientas y experimentos para medir propiedades tales como índices de degradación, permeabilidad a los gases y separaciones de corrientes de desechos. También aprenderán a analizar y presentar sus resultados.
“También podemos usar estos instrumentos para nuestra propia investigación”, dice Jin. “Entonces, es beneficioso para la investigación y la educación”.
La próxima generación de profesionales de la sostenibilidad
El desarrollo de 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 sustentabilidad por una variedad de razones.
“En este momento, la sostenibilidad es un enfoque real para muchas empresas. Muchos se están fijando objetivos para ser neutrales en carbono en una fecha determinada, y la circularidad del plástico es sin duda uno de los criterios”, dice Jin. “Cuando los estudiantes de posgrado completan su doctorado o maestría, se espera que ingresen y se unan al equipo de investigación y desarrollo dentro de una empresa. Son el futuro de la empresa, impulsando la innovación de los 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 que esté 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 que trabajen junto a los ingenieros. También necesitamos científicos sociales involucrados en el curso para fomentar el debate y las asociaciones que son tan importantes para lograr una economía circular de los plásticos. No puedo pensar en ningún estudiante que no sea bienvenido al curso”.
El desarrollo del curso reemplaza la propuesta del Programa de pasantías de investigación de la Fundación Nacional de Ciencias del grupo centrada en el desarrollo sostenible de polímeros. El programa está dedicado a la capacitación efectiva de estudiantes de posgrado y pregrado de STEM en áreas de investigación interdisciplinarias o convergentes y proporciona fondos para desarrollar un modelo de pasantía innovador que aborde las necesidades futuras de fuerza laboral e investigación.
Esta oportunidad de pasantía permite a los estudiantes de posgrado realizar investigaciones interdisciplinarias en un entorno aplicado para crear soluciones tangibles y eficientes.
Long considera que este curso financiado por el NIST es solo el comienzo de la expansión de las ofertas de títulos dentro del Instituto de Biodiseño para estudiantes de cualquier disciplina.
“Nuestra visión es crear un nuevo modelo educativo. Primero, desarrollar el currículo, asegurando que nuestros cursos hagan lo que esperamos que hagan; y luego avanzar hacia un certificado de polímero sostenible; luego, 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 emergerá rápidamente como una de las cinco mejores universidades en ciencia e ingeniería macromolecular sostenible”.
