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Administración y Negocios Digitales Administración y Negocios Sostenibles Business AnalyticsDe residuos a bioplásticos
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UTEC
Actualmente, nuestro planeta cuenta con más de 7 mil millones de habitantes, y este número continúa aumentando. La alta versatilidad del plástico hizo que en los últimos 50 años su producción tuviera un aumento sin precedentes. La valorización de los plásticos es reflejada en el crecimiento continuo de su producción desde la mitad del siglo pasado y se debe en gran parte a las grandes ventajas para su fabricación, transporte y uso, así como a sus características como bajo peso, procesabilidad, propiedades mecánicas, bajo costo de producción y posibilidades de diseño. Según la Fundación Ellen MacArthur, la producción de plástico aumentó de 15 millones de toneladas en 1964 a 311 millones de toneladas en 2014 [1]. Se estima que en 2020 se superarán los 500 millones de toneladas anuales de plástico producido cada año y, si la tendencia continúa, para el año 2050 se prevé una producción de 1,25 mil millones de toneladas, con lo cual habrá más plástico que peces en el océano [2].
El impacto económico de la contaminación por plásticos en los océanos es de al menos 8 mil millones de dólares al año [3]. Algunos motivos que han causado está crisis es que, aunque casi todos los plásticos utilizados para la fabricación de envases y embalajes son reciclables, más del 90% del plástico se descarta después del primer uso, y cerca del 30% de los envases plásticos producidos nunca serán reutilizados o reciclados, siendo destinados a rellenos sanitarios o incineración [4]. Esto genera un impacto ambiental de grandes proporciones, tanto por la acumulación de plástico en lugares indebidos y la contaminación de ríos y mares, como por la mayor dificultad para su recuperación [2]. Por ejemplo, envases de policloruro de vinilo (PVC), poliestireno (PS) y poliestireno expandido (EPS) que se utilizan para almacenamiento de comida rápida, son contaminados por alimentos haciendo su recuperación más difícil y con mayores costos [4]. Sumado a esto, muchos productos contienen aditivos químicos tóxicos o son formados por diversas capas de diferentes materiales, haciéndolos difíciles o imposibles de reciclar [3]. Por otro lado, de la extracción del petróleo se obtiene la nafta que es la materia prima para producción de etileno, propeno, butadieno, benceno, tolueno y xileno, insumos para la fabricación de los principales tipos de polímeros usados en la industria de transformación de plásticos [5]. De modo que, actualmente, el 90% de los plásticos convencionales son de origen fósil, con alto impacto en la emisión de carbono (CO2) [6]
El éxito que ha tenido la industria del plástico es evidente y ha mejorado nuestras vidas por muchos años. Sin embargo, la producción y el consumo en exceso sin prevér opciones para el descarte apropiado de los plásticos está causando grandes impactos ambientales, y ha atraído la atención de gobiernos, empresas y ambientalistas.
A pesar de todo, los polímeros son imprescindibles en nuestra vida y gran parte de nuestras actividades cotidianas dependen de su existencia. ¿Cuál es la alternativa entonces? Por un lado, la concientización de la importancia del reciclaje de los plásticos ya producidos y utilizados [7] y por otro lado el desarrollo de nuevos bioplásticos que cumplan las mismas funciones, pero cuyos componentes no supongan ningún conflicto económico, político o medioambiental.
Según la Comisión Europea, se definen como productos de base biológica a los productos no alimentarios derivados de la biomasa, como plantas, algas, cultivos, árboles, organismos marinos y desechos biológicos de industrias y hogares [8]. Según esta definición, la economía de base biológica no compite con la producción de alimentos. Los productos de base biológica pueden abarcar desde químicos finos de alto valor agregado, como productos farmacéuticos, cosméticos, aditivos alimentarios, etc., hasta materiales de alto volumen, como polímeros generales o materias primas utilizadas en la industria química.
De manera general, los plásticos se definen como materiales sintéticos obtenidos mediante fenómenos de polimerización de los átomos de carbono en las largas cadenas moleculares de compuestos orgánicos, derivados del petróleo y otras sustancias naturales. Y los “bioplásticos" son entonces aquellos plásticos obtenidos a partir de fuentes naturales [9]. Así, diversos esfuerzos son realizados alrededor del mundo para convertir residuos provenientes de diferentes industrias y transformarlos en materia prima para la producción de bioplásticos, sean biodegradables o no. Es el caso de grandes empresas como BASF (Alemania), Braskem S.A (Brasil), NatureWorks LLC (Estados Unidos) y Novamont SpA (Italia) que ya le están apostando a la producción de bioplásticos.
Igualmente, han surgido nuevas iniciativas como Ekolber [10] en el país Vasco, una empresa que ha estudiado la posibilidad de transformar residuos de colágeno animal, en bioplástico. El colágeno presenta una estructura fibrilar de tripe hélice, por lo que es necesario desnaturalizarlo a una forma lineal de alto peso molecular, que permite el procesamiento por compresión y termoconformado del producto, como cualquier otro termoplástico. El bioplástico producido a partir de estos residuos agroindustriales presenta grandes ventajas para diversas aplicaciones, es compostable, reciclable, ignífugo, moldeable y tiene la capacidad de ser pigmentado, además, puede ser usado como biomaterial cicatrizante por su biocompatibilidad.
Asi mismo, la startup biotecnológica VEnvirotech, instalo recientemente una planta piloto industrial que emplea bacterias para convertir los residuos de la producción de una empresa agroalimentaria en Polyhydroxyalcanoato (PHA), un bioplástico de nueva generación con diversas aplicaciones y cuyo precio resulta más competitivo que los plásticos convencionales producidos a partir del petróleo. El sistema de tratamiento está dentro de los principios de economía circular y consigue reducir entre 40 - 70 % los costos asociados a la gestión de residuos, convirtiendo además los residuos generados en una materia prima de alto valor añadido y gran demanda en el sector industrial. El bioplástico se está comercializando actualmente y posee en tiempos de biodegradación entre seis y doce meses [11].
Otra iniciativa en esta área ha sido realizada por el ingeniero químico mexicano Scott Munguía quien es fundador de la empresa Biofase [12], que produce pellets de bioplástico y productos como cañitas o sorbetes y cubiertos descartables, fabricados a partir del procesamiento de este material obtenido a partir de semillas de aguacate, que antes de su emprendimiento eran consideradas residuos (aproximadamente 300.000 toneladas de semillas de aguacate son descartadas por año en México).
El mercado del bioplástico está en fase de crecimiento, aquí se presentaron algunos ejemplos del gran potencial de estos materiales como alternativas para reducir algunos de los problemas mencionados, así como dar valor agregado a residuos industriales con base en el concepto “Cradle to cradle” [13].
Fuente: https://medium.com/@JulianWyllie/cradle-to-cradle-ab620a13383e
Bibliografía:
[1] MacArthur, Dave Ellen, D. Waughray, and M. R. Stuchtey. (2016) "The New Plastics Economy, Rethinking the Future of Plastics." World Economic Forum. 2016.
[2] WWF. (2018). “O que você precisa saber sobre o plástico”. Retrieved from: https://www.wwf.org.br/natureza_brasileira/reducao_de_impactos2/programa_marinho/plasticovaleouro/ [Online Resource]
[3] Ten Brink, P. et al. (2018) Circular economy measures to keep plastics and their value in the economy, avoid waste and reduce marine litter. Economics Discussion Papers, v. 3, p. 1–15.
[4] MacArthur, Ellen et al. (2017). “The New Plastics Economy - Rethinking the Future of Plastics” In Economic Forum.
[5] ABIPLAST - Indústria Brasileira de Transformação e Reciclagem de Material Plástico. (2017). Perfil 2017. São Paulo. Retrieved from: <http://file.abiplast.org.br/file/download/2018/Perfil-2017.pdf>. [Online Resource]
[6] Hannah Ritchie and Max Roser (2019). "Plastic Pollution". Published online at OurWorldInData.org. Retrieved from: 'https://ourworldindata.org/plastic-pollution' [Online Resource]
[8] ©European Union. What is the bioeconomy? (2018). Retrieved from: https://ec.europa.eu/research/bioeconomy/index.cfm [Online Resource]
[9] Ashter, Syed Ali. (2016) Introduction to bioplastics engineering. William Andrew.
[11] https://www.venvirotech.com/
[12] https://www.biofase.com.mx/
[13] McDonough, W., Braungart, M., Anastas, P. T., & Zimmerman, J. B. (2003). Peer reviewed: Applying the principles of green engineering to cradle-to-cradle design. Environmental Science & Technology. 434A-441A.
Evolución de los Polímeros: Reciclaje - Polímero Biodegradable – Polímero Reversible
Escrito por:
UTEC
¿Plástico o polímero?
Cotidianamente conocidos como “plástico”, el término es solo una de sus propiedades, la termoplasticidad. Estos son en realidad polímeros, los cuales pueden ser naturales, como la lana, seda, lino y algodón; o sintéticos, como los ya conocidos polietileno, polipropileno, poliestireno, neopreno y PVC, solo por nombrar algunos. Estas macromoléculas, como también suelen llamarlas por su gran peso molecular, han contribuido enormemente en el avance de la tecnología, y esta última, ha permitido a su vez, la invención de nuevos polímeros.
¿Por qué es tan importante su presencia en nuestras vidas?
Por lo mencionado en el párrafo anterior seguro no sorprenderá saber que, el uso de polímeros es imprescindible en el mundo moderno, pues estos son utilizados para la fabricación de productos que van desde una zapatilla deportiva que un atleta usa para una carrera de 100 m, hasta una válvula cardíaca artificial a punto de ser incorporada al organismo de un hombre de 53 años. El uso universal de estos compuestos se debe a la diversidad de sus propiedades. Así tenemos a los polímeros acrílicos, cuya resistencia a productos químicos, resistencia eléctrica y transparencia, los hace funcionales en la fabricación de lentes, pantallas, lunas de vidrio y micas para automóviles; asimismo, las buenas propiedades mecánicas y eléctricas de los policarbonatos, además de una elevada resistencia al impacto, lo hace una materia prima esencial para la producción de cascos de seguridad y vidrios de ventana a prueba de bala.
Reciclaje y cuidado del ambiente
Las propiedades de los polímeros son fascinantes para el diseño de nuevos y mejores productos; sin embargo, son estas propiedades, como la resistencia al calor y al desgaste, los que hacen difícil su eliminación y, por ende, los convierte en parte de los problemas ambientales. Debido a ello es que surge la necesidad de reciclarlos. La Tabla 1 muestra los plásticos reciclables, de uso cotidiano, codificados según la Sociedad de la Industria de los Plásticos, donde también lista los usos que se les da.
Tabla 1. Polímeros reciclables (McMurry, 2008)
Polímero | Código de reciclaje | Uso |
Poli(tereftalato de etileno) | 1-PET | Botellas de refresco |
Polietileno de alta densidad | 2-HDPE | Botellas |
Poli(coluro de vinilo) | 3-V | Tapetes |
Polietileno de baja densidad | 4-DPE | Bolsas para abarrotes |
Polipropileno | 5-PP | Mobiliario |
Poliestireno | 6-PS | Artículos moldeados |
Plásticos mezclados | 7 | Bancas, tablas de plástico |
Polímeros biodegradables y reversibles como alternativas eco-friendly
La síntesis de polímeros biodegradables, esto es, polímeros cuya descomposición se realiza de manera natural, mediante el contacto con microrganismos presentes en el ambiente ha cobrado gran interés; pues su tiempo de degradación se reduce hasta a meses obteniendo dióxido de carbono y agua como productos. Algunos polímeros biodegradables son los pertenecientes a la familia de los poliésteres, como el ácido poliglicólico (PGA), ácido poliláctico (PLA) y el polihidroxibutirato (PHB).
Por otro lado, recientes investigaciones realizadas en el Lawrence Berkeley National Laboratory, se están llevando a cabo con el fin de encontrar un polímero capaz de desintegrarse en sus monómeros (unidades repetitivas de los polímeros) mediante la acción de sustancias químicas, esto es, polímeros reversibles. Brett Helms y colaboradores, en su reciente publicación en la revista Nature Chemistry (2019), mencionan que la poli(dicetonaamina), cuyas propiedades son similares a las del poliuretano termoplástico, puede ser convertida a sus monómeros mediante el contacto prolongado con ácido sulfúrico, obteniendo altos porcentajes de recuperación. Este es un gran avance en la tecnología de polímeros, pues a diferencia del reciclaje, cuyo ciclo de proceso solo se puede realizar cierto número de veces debido a que los materiales pierden sus propiedades; y a los polímeros biodegradables, de los cuales solo se hace uso una sola vez; el uso de polímeros reversibles, sí podrían llegar a formar un proceso cíclico.
Dato trascendente: Giulio Natta y el premio Nobel de 1963
Giulio Natta, quien realizó un doctorado en Ingeniería Química, recibió el premio Nobel de Química junto con Karl Ziegler por su trabajo sobre el desarrollo de métodos para la síntesis de polímeros.
Bibliografía:
1. Kalpakjian, S. (2002). Manufactura, ingeniería y tecnología. México: Pearson Educación. McMurry, J. (2008).
2. Química Orgánica. Mexico DF: CENGAGE Learning.Peter R. Christensen, A. M. (2019).
3. Closed-loop recycling of plastics enabled by dynamic covalent diketoenamine bonds. Nature Chemistry, 442-448.
Dar en el blanco: Jeringa “inteligente” para sitios delicados del cuerpo
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UTEC
Cuando pensamos en una jeringa es imposible no sentir un pequeño escalofrío recorriendo nuestro cuerpo. Muchos de nosotros, sabemos que el pinchazo puede desencadenar una sensación poco placentera y más aún si: se trata de niños o si la aguja tiene que acceder a una región delicada de nuestro cuerpo.
Las jeringas y las agujas huecas se utilizan para suministrar medicamentos desde hace más de medio siglo y, ahora, un equipo de científicos decidió dar un paso más: un inyector inteligente que afina su administración en regiones delicadas del cuerpo, como el espacio supracoroideo en la parte posterior del ojo. El artículo publicado en una edición reciente de la revista Nature Biomedical Engineering describe la utilización de esta jeringa inteligente en modelos animales. La investigación fue llevada a cabo por un grupo de científicos de Harvard, el MIT, institutos de investigaciones oftálmicas, entre otros.
Básicamente, los investigadores probaron en animales modelo, un inyector inteligente de alta sensibilidad para la focalización tisular -llamado i2T2-, capaz de detectar cambios en la resistencia con el fin de administrar medicamentos de forma adecuada y segura. La vía de la inyección se utiliza para la administración de tratamientos para la retina, degeneración macular húmeda o en retinopatía diabética.
El diseño, como se observa en la figura 1, se realizó teniendo como base jeringas y agujas convenciones, pero realizando modificaciones a los aspectos mecánicos de las mismas para alcanzar la precisión deseada.
Figura 1. El diseño del I2T2 y su mecanismo de acción.
Fuente: Chitnis et al, 2019.
Figura 2. Anatomia del Ojo Humano
Fuente: Wikipedia
La capa de la coroides es la capa intermedia del globo ocular y está llena de vasos sanguíneos; ésta a su vez está dividida en varias capas. Uno de estos espacios es el supracoroideo, una parte difícil de localizar con una aguja estándar, según los autores del presente estudio. Este espacio supracoroideo se impuso como un lugar importante para la administración de medicamentos y es complicado alcanzarlo porque la aguja debe detenerse después de la transición a través de la esclerótica, otra parte del ojo que tiene menos de un milímetro de grosor, y debe ser así para evitar daño en la retina.
La nueva jeringa se probó en tejidos de tres modelos animales, (como se muestra en la figura 3), para examinar la precisión de la administración en los espacios supracoroideo, epidural y peritoneal, así como subcutáneamente. Los investigadores también demostraron en animales que el inyector podía entregar células madre a la parte posterior del ojo, las cuales podrían ser útiles para las terapias regenerativas.
Figura 3: tejido de bovino, porcino y conejo (de izquierda a derecha).
Fuente: Chitnis et al, 2019.
Finalmente, los autores concluyen que los métodos convencionales de aplicación para este tipo de procedimientos era dependiente del operador, sin embargo, el I2T2 ha demostrado, en modelos experimentales, ser simple y efectivo con una alta precisión de acceso al espacio supracoroideo. El mecanismo de este sistema, diseñado con un concepto simple y accesible económicamente, puede detectar cuando la aguja llega a la cavidad, dejar de avanzar y comenzar la ejección de su carga en el espacio blanco.
Bibliografía:
1. G. D. Chitnis, M. K. S. Verma, J. Lamazouade, M. Gonzalez-Andrades, K. Yang, A.
2. Dergham, P. A. Jones, B. E. Mead, A. Cruzat, Z. Tong, K. Martyn, A. Solanki,
3. Landon-Brace, and J. M. Karp, “A resistance-sensing mechanical injector for the precise delivery of liquids to target tissue,” Nature Biomedical Engineering, 2019.
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Machine learning: El futuro de la inteligencia artificial
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La inteligencia artificial ha alcanzado nuevos niveles, por ello en la Universidad de Ingeniería y Tecnología (UTEC) nos preparamos para enfrentar este nuevo paradigma, manteniéndonos a la vanguardia en temas de innovación, además de adquirir y utilizar nuevos métodos y tecnologías.
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Esta herramienta es de gran utilidad para distintas áreas de la actividad comercial y de servicios. Puede ser utilizada dentro de un amplio rango de actividades que van desde la identificación de información maliciosa y el delineado de patrones en el mercado bursátil, hasta la identificación de síntomas médicos para su generar un diagnostico rápido e iniciar el tratamiento de un paciente.
Un equipo de investigadores de MIT, con quien compartimos un convenio estudiantil, ha desarrollado a través del machine learning una tecnología capaz de analizar imágenes mil veces más rápido que un ser humano. De esta forma, se espera que en los siguientes años esto permita que pacientes envíen fotografías de sus heridas y estas puedan ser evaluadas y diagnosticadas a distancia y en cuestión de segundos.
En UTEC desarrollamos esta tecnología mediante diversas carreras de ingeniería y preparamos a sus alumnos para ser el principal desarrollador de inteligencia artificial y Machine Learning del Perú. Le brindamos un fuerte impulso tecnológico al mercado nacional. ¿Quieres ser parte de esta evolución? Postula a UTEC aquí.
Concurso Hult Prize 2019, Quito Ecuador
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Hult Prize se celebra en más de 25 ciudades diferentes, que representan a todas las regiones geográficas del mundo. Más de 100,000 estudiantes compiten para asistir, mientras que solo 5,000 consiguen un asiento en las etapas regionales durante 2 días. Este concurso brinda a los estudiantes de todo el mundo la oportunidad de mostrar sus ideas innovadoras, aprender de sus compañeros e inspirarse en una generación de jóvenes comprometidos a cambiar el mundo a través de los negocios. Las mejores startups representadas en cada cumbre logran asegurar un lugar en la aceleradora más grande del mundo que se encuentra ubicado en el Castillo Hult de Londres.
Un grupo de estudiantes de la universidad UTEC, realizó un modelo de negocio capaz de competir en este concurso. En el cual, clasificaron a las etapas regionales de Quito para competir con más de 55 ideas de negocio de diferentes países. Esta iniciativa y el apoyo financiero de la universidad permitió compartir la idea con diferentes equipos del mundo. Los miembros del equipo que fundaron "JPJ Community" son Frances Reyes, Elí Morales, Carmen Silva y Javier Rodas; estudiantes de las carreras de Ingeniería de la Energía e Ingeniería Industrial, respectivamente.
"JPJ Community", es un modelo de negocio que surge a raíz del interés que se tiene por promover la cultura de innovación y empoderamiento de estudiantes; por esta razón, se busca cambiar la orientación vocacional tradicional, por otra que es ágil y vivencial. Los estudiantes de quinto de secundaria van a experimentar talleres de distintas carreras en su propio colegio a través de metodologías ágiles como Design Thinking y Lean Startup. Además, se otorgarán enseñanza de herramientas tecnológicas tales como Impresión 3d, Arduino, Scratch, entre otros.
Esta iniciativa se fundó con el propósito de otorgar empleo a más de 10 000 jóvenes entre 18 y 35 años; es por eso, plantea capacitar a jóvenes en la búsqueda de obtener una oportunidad de trabajo con buena remuneración y con horarios flexibles a fin de que no les impida seguir estudiando la carrera que les apasiona. Estos jóvenes serán los encargados de guiar a los escolares a escoger la carrera de su futuro.
Si bien se sabe que el escoger una carrera profesional es importante; también el elegir dónde estudiar y qué oportunidades financieras existen en la actualidad; es por ello que JPJ también brindará, toda información necesaria acerca de los convenios, carreras, créditos educativos y menciones de cada universidad. A su vez, JPJ busca que el dinero y la distancia no sea un obstáculo para que los alumnos logren sus sueños.
Frances Reyes Vargas (frances.reyes@utec.edu.pe)
Estudiante de Ingeniería de la Energía
Ingeniería Mecatrónica: los robots que diseñarán las ciudades del futuro
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El desarrollo de robots y drones orientados a la construcción son tecnologías que analizamos en UTEC. En un recientemente publicado estudio del director de robótica aérea del Departamento de Aeronáutica de Estados Unidos, el Dr. Mirko Kovac, se puede apreciar una investigación sobre este tema.
Según el estudio, las ciudades del futuro se construirán y llevarán a cabo su mantenimiento a través de la interacción de robots con drones dirigidos por los mismos robots, desde la base de la obra. Esto ocurrirá siempre y cuando logremos que dichas tecnologías interactúen emulando dinámicas similares ya existentes en la naturaleza.
Los investigadores afirman que se están elaborando algoritmos y programando funciones en base a diferentes grupos de animales que construyen en conjunto guiados en gran parte por el instinto desarrollado a través de la evolución. Por ejemplo, cuando los castores oyen agua corriendo refuerzan esa zona de la represa hasta que el sonido disminuye, así como también las termitas para construir necesitan las feromonas que son excretadas por los castores al momento que colocan los materiales.
En un mundo cada vez más urbanizado, los robots podrían ser de gran ayuda para las construcciones, no solo porque reducen el riesgo físico al que se exponen las personas, sino que también pueden obtener resultados más rápidos y aprender durante el proceso para hacer más eficiente el mismo. El factor biológico y el aprendizaje desde la naturaleza son elementos clave para el desarrollo de las nuevas tecnologías.
En la carrera de Ingeniería Mecatrónica de UTEC aprenderás a programar y desarrollar nuevas tecnologías sin dejar de lado el aspecto humano. Estudiarás también la forma de trabajar que tienen otras culturas y podrás notar el gran aporte a la innovación que puede representar la naturaleza.
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