N.59 – Riesgos ambientales y cambio climático

La presente reseña comprende tres (3) artículos referidos a aportes bioingenieriles para contrarrestar los crecientes riesgos ambientales que afectan la vida en el planeta y la salud humana. El primero trata sobre la influencia de la industria alimentaria en el cambio climático. El segundo se refiere a la problemática de la contaminación con micro y nanoplásticos. El tercero focaliza en una proyectada plataforma flotante para inducir cambios de comportamiento con relación a la basura oceánica.

1.- Primer artículo: La industria alimentaria y el cambio climático

Un reciente estudio en el que participó la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) revela que nuestros sistemas alimentarios (la forma en que producimos, gestionamos y distribuimos lo que comemos) son responsables de más de un tercio de las emisiones de gases de efecto invernadero que impulsan el cambio climático. (1.1.)

A través de la agricultura, los envases, los desechos, la cadena de frío y el transporte, los sistemas alimentarios emiten miles de millones de toneladas de dióxido de carbono a la atmósfera cada año. Los países con mayor emisión en esa industria son (en orden): China, Indonesia, Estados Unidos, Brasil, la Unión Europea e India.

Las fases de la producción de productos alimenticios -incluidos insumos como los fertilizantes- representan ahora el principal factor de las emisiones globales de sistemas alimentarios, un 39 % del total. La utilización de la tierra y los factores conexos contribuyen con un 38%, mientras que la distribución representa el 29%, un porcentaje que va en aumento. El metano (CH4) representa alrededor del 35% de estas emisiones, tanto en países desarrollados como en desarrollo, de las cuales la mayoría proviene de la cría de ganado y los cultivos.

De acuerdo con la FAO, en la investigación se pone de relieve la manera en que los sistemas alimentarios mundiales consumen cada vez más energía, algo que se refleja especialmente en los sectores de envasado, transporte y elaboración, cuyas emisiones están creciendo rápidamente en algunos países en desarrollo.

Mientras tanto, en los países industrializados ha aumentado la emisión de gases fluorados utilizados en refrigeración y otras aplicaciones industriales, que tienen un efecto más intenso sobre el calentamiento global. La refrigeración es responsable de casi la mitad del consumo de energía del sector minorista y de los supermercados, cuyas emisiones han aumentado más de cuatro veces en Europa desde 1990. Además, las actividades a nivel mundial de la “cadena de frío” representan el 5% (en crecimiento) de las emisiones mundiales de los sistemas alimentarios.

El estudio, elaborado por Francesco Tubiello, estadístico y especialista en cambio climático de la FAO, en colaboración con investigadores del Centro Común de Investigación de la Comisión Europea en Ispra (Italia), presenta la nueva base de datos -EDGAR-FOOD- que se remonta a 1990 y que posibilita un seguimiento detallado de las tendencias futuras y en curso. Esta herramienta proporciona una serie completa de datos sobre múltiples sectores que resultarán fundamentales en el diseño de medidas de mitigación y vías de transformación hacia sistemas alimentarios sostenibles.

2.- Segundo artículo: La problemática de la contaminación con micro y nanoplásticos

Cada año, los seres humanos producimos -en todo el mundo- alrededor de 400 millones de toneladas de plástico. Una proporción significativa de ese plástico termina en el medio ambiente como basura, y la mayoría tardan varios cientos de años en degradarse por completo.

Es probable que en las próximas décadas nos enfrentaremos a un aumento masivo en la cantidad de contaminación por microplásticos, y todos sabemos que aun las sustancias inertes y no tóxicas pueden tener efectos imprevistos una vez que alcanzan un cierto nivel de concentración en el medio ambiente.

Una vez que la comunidad científica mundial intensificó su atención en la contaminación por microplásticos en nuestros océanos y playas, también se hallaron evidencias de dicha contaminación en lagos y ríos, bebidas y suministros de alimentos. En el artículo reseñado se trascribe una entrevista con la Dra. Natalia Ivleva, investigadora de la Universidad Técnica de Munich (TUM), quien desarrolló nuevos métodos analíticos para identificar y cuantificar microplásticos (2.1, 2.2).

En la actualidad se considera microplástico a cualquier fragmento de plástico que mida entre cinco milímetros y un micrómetro, es decir, una milésima de milímetro. Las partículas más pequeñas, desde un micrómetro hasta 100 nanómetros, se definen como submicroplásticas. Las partículas por debajo de 100 nanómetros se denominan nanoplásticos.

Tanto los microplásticos como los nanoplásticos suelen formarse por la fragmentación de piezas más grandes, por ejemplo, desde bolsas de compras hasta la desintegración de neumáticos de automóvil o cuando se lava una prenda de microfibra. Dado que algunos fabricantes están agregando microplásticos a productos de cuidado personal como dentífricos y exfoliantes, también éstos son una fuente de contaminación microplástica.

Los organismos acuáticos y otras especies, incluidos los humanos absorben partículas microplásticas y las de menor tamaño podrían ser absorbidas por ciertos tipos de tejido corporal. Si bien aún no se conoce mucho acerca de los efectos de la contaminación con microplásticos, no debería esperarse “para ver qué pasa”. Si consideramos la lentitud con que se degrada el plástico, es una prioridad encontrar estrategias para -en primer lugar- reducir la cantidad de desechos plásticos que se generan cotidianamente.

Actualmente se están empleando distintos métodos para analizar muestras de microplásticos. Por ejemplo, el análisis térmico combinado con la cromatografía de gases y la espectrometría de masas se emplea para determinar cantidad y tipos de partículas plásticas y aditivos. Pero estos métodos no pueden utilizarse para determinar el tamaño de las partículas.

En el Instituto de Hidroquímica de TUM, se emplea predominantemente el análisis microscópico Raman, un método espectroscópico no destructivo que permite determinar si una partícula está compuesta de polímeros sintéticos o si es una sustancia natural como la celulosa o el cuarzo. Por tanto se dispone de capacidad para definir claramente el número de partículas, el rango de tamaños y los tipos de polímeros de los microplásticos en cualquier muestra dada. Se pudo constatar, por ejemplo, que los mejillones ingieren partículas microplásticas especialmente pequeñas, hallándose depósitos en todo el cuerpo.

Para desarrollar conclusiones representativas y estadísticamente confiables sobre el nivel de contaminación por microplásticos, es necesario analizar muchas partículas por muestra. Para ello se trabaja actualmente en la automatización de métodos basados en Raman en el proyecto “MiPAq”, que está siendo financiado por la Fundación de Investigación de Baviera (BFS).

A medida que las partículas de plástico se degradan a tamaños cada vez más pequeños en el medio ambiente, presentan un potencial cada vez mayor de toxicidad ambiental. Por ello será necesario: (a) recolectar suficientes resultados de muestras comparables, utilizando métodos de análisis estandarizados, que mostrarán cuánto microplástico o nanoplástico está realmente presente en una determinada muestra, (b) analizar los efectos negativos que podría causar un cierto nivel de contaminación microplástica o nanoplástica en el medio ambiente, en humanos y otras especies, y (c) determinar qué tipos, tamaños y formas de partículas, y especialmente qué concentraciones de microplásticos y nanoplásticos, tienen qué efectos tóxicos.

Se concluye señalando que, si bien el plástico es un material increíblemente versátil y tiene muchas ventajas sobre otros materiales, es de suma importancia reducir drásticamente la cantidad de plástico que estamos introduciendo en el medio ambiente. Ello no sólo es responsabilidad de las empresas fabricantes de plástico, sino que corresponde a todos nosotros, como consumidores, ser más responsables en la forma en que usamos, reutilizamos, reciclamos y desechamos el plástico.

3.- Tercer artículo: Para inducir cambios de comportamiento con relación a la basura oceánica: diseñan una plataforma flotante inspirada en organismos marinos autosostenibles

Los océanos reciben -a escala mundial- millones de toneladas de desechos cada año, los cuales -debido a los giros oceánicos- se acumulan en áreas particulares. No se trata solo de un peligro para la vida marina, sino también un grave riesgo para la salud humana (3.1).

La principal área de acumulación es el Parche de Basura (“Garbage Patch”) del Pacífico Norte. Calificado como “el octavo continente”, se caracteriza por tener concentraciones excepcionalmente altas de plástico suspendido y otros desechos. Localizado en el centro del Pacífico Norte, entre las coordenadas 135° a 155°O y 35° a 42°N, se extiende sobre una superficie de entre 3,4 y 17 millones de Km², según el umbral (de concentración de desechos) que se adopte para su definición geográfica. Fue descrito en 1988 en una publicación de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) de EE.UU. Está compuesto mayormente por microfragmentos -difíciles de extraer- que están contaminando y destruyendo paulatinamente el ecosistema oceánico.

La iniciativa más difundida para la limpieza oceánica es la de The Ocean Cleanup, una organización sin fines de lucro que propicia un dispositivo de limpieza que trabaja como “un Pac-Man gigante” y barre la basura utilizando una pantalla unida a una barrera flotante. Según diversas investigaciones, el efecto de dicha iniciativa sería mínimo en términos de extracción y reciclaje de basura flotante del mundo, postulándose que no será posible restablecer el equilibrio ambiental oceánico si no se produce un cambio sustancial en el comportamiento de industrias y personas con el medio marino (3.2).

Los artículos centrales aquí reseñados se refieren a una estación flotante -que se localizaría en el Gran Parche de Basura del Pacífico Norte- para: (a) recolectar, biodegradar y reciclar desechos oceánicos, (b) mostrar la amenaza que representa la contaminación de los entornos marinos, así como la prioridad de controlarla y contenerla, y (c) estudiar y difundir -con aportes interdisciplinarios de biotecnología, bioingeniería, bioeconomía y bioinformática marina, entre otras disciplinas- cómo transformar la relación de industrias y personas con el medio marino (3.3).

Creado por Lenka Petráková, el diseño de la estación flotante ganó el Gran Premio de Arquitectura e Innovación 2020 de la fundación Jacques Rougerie. Petráková explicó que su proyecto: (a) surgió al apreciar la destrucción que exhiben los océanos, cuántas especies están extintas, cuánta contaminación hay, y los perniciosos efectos de la actividad humana, y (b) se inspiró en los organismos vivos autosostenibles en la vida marina.

Uno de los aspectos más críticos del proyecto residió en diseñar la estación flotante considerando las complejas interacciones con el entorno, reflejando los procesos que ocurren en el agua y aprendiendo de las funciones biológicas de los organismos marinos. Dado que se trata de una estructura dinámica que será influenciada, transformada y organizada por sistemas ecológicos, es esencial que el sistema pueda mantener su estabilidad y al mismo tiempo permitir cambios y adaptaciones.

Componentes de la estación flotante (3.4) (3.5)

La estación está compuesta por cinco partes principales: (1) Barrera, para recolectar desechos y obtener energía de las mareas, (2) Recolector, donde los residuos se clasifican, biodegradan y almacenan, (3) Centro de Investigación y Educación para estudiar la amenaza de contaminación de los entornos acuáticos, (4) Invernaderos donde se cultivan plantas y se desaliniza el agua, (5) Viviendas, espacios públicos e instalaciones de apoyo.

Dado que la estación flotante es autosuficiente y autosustentable, sus componentes cooperan sinérgicamente y optimizan la fuente de energía. Cada una de las partes principales se desarrolla con base en sus funcionalidades y características ambientales requeridas. La barrera flota en la superficie del agua y mueve los desechos hacia el recolector; también recolecta energía de las mareas, que alimenta la turbina para recolectar los desechos. La tecnología de recolección está diseñada para optimizar el manejo de residuos. El centro de investigación y educación está vinculado al Colector e Invernaderos para seguir los procesos del agua y estudiarlos.

Los invernaderos están diseñados para optimizar la recolección de agua condensada y se asemejan a grandes velas para permitir que el viento “navegue” por la estación. Están cubiertos con paneles solares para que haya suficiente energía para calentar los depósitos de agua, permitiendo la evaporación y desalación.