Una de las principales operaciones que se llevan a cabo en las industrias para reducir los riesgos de contaminación es la limpieza y desinfección de los equipos e instalaciones productivas. Sin embargo, la relación entre las propiedades superficiales de los materiales y su capacidad higiénica sigue siendo poco clara. Para ahondar en este conocimiento y conseguir una selección más eficiente y sostenible de los materiales que nos permita el desarrollo de protocolos de limpieza industrial con menor impacto para el medio ambiente, tomamos la naturaleza como fuente de inspiración. Te lo contamos.
Las industrias alimentarias, cosméticas y farmacéuticas requieren condiciones de fabricación que minimicen los riesgos de contaminación de los productos. Se trata de un aspecto estrechamente relacionado con la salud de los consumidores, por lo que está ampliamente regulado. Además, las empresas dedican muchos recursos para garantizar la inocuidad de los productos fabricados. Una de las principales operaciones que se llevan a cabo para reducir estos riesgos es la limpieza y desinfección de los equipos e instalaciones productivas.
Estas operaciones suelen estar diseñadas basándose en la hipótesis más desfavorable, sin adaptarse al grado de ensuciamiento presente ni a las características de las superficies a higienizar. Así, estos procesos suponen un importante consumo de recursos (energía, agua, productos químicos y tiempo fundamentalmente) y generan un considerable impacto medioambiental derivado de los propios consumos y de los efluentes generados. Estrategias de carácter preventivo, como el diseño higiénico de equipos e instalaciones, en las que intervienen los acabados superficiales, los materiales de construcción y otros factores que facilitan la limpieza y/o dificultan el ensuciamiento, contribuyen a minimizar el impacto de las operaciones de limpieza y desinfección.
En AINIA llevamos más de dos décadas trabajando en el desarrollo e implementación de dichas estrategias a nivel industrial. Sin embargo, la relación entre las propiedades superficiales de los materiales y su capacidad higiénica sigue siendo poco clara. A pesar de que la rugosidad de las superficies expresada como Ra (µm), se ha identificado como una de las propiedades que incide directamente en su limpiabilidad, todavía no está claro cómo el patrón de dicha rugosidad así como su relación con otras propiedades de los materiales puede mejorar o no, su limpiabilidad en función además del tipo de residuo del que se trate.
El conocimiento de las propiedades superficiales de los materiales permite el desarrollo de protocolos de limpieza con menor impacto para el medio ambiente
El proyecto BIOMIMAT, apoyado por el Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial (IVACE) y fondos FEDER, pretende iniciar esta línea de conocimiento que permitirá una selección más eficiente y sostenible de los materiales en contacto con productos susceptibles de contaminación, así como de los acabados superficiales de los mismos. Avanzar en el conocimiento de las propiedades superficiales de los materiales que minimizan el efecto de adhesión de residuos (fouling), permitirá el desarrollo de protocolos de limpieza con menor impacto para el medio ambiente.
Diseño de nuevos materiales, basados en la biomímesis, para una mejora higiénica
Está previsto diseñar nuevos materiales de construcción, basados en la biomímesis (ciencia que estudia la naturaleza como fuente de inspiración para resolver retos tecnológicos ya resueltos en esta), que representen una mejora higiénica respecto a los materiales habitualmente empleados en la construcción de instalaciones y equipos en las plantas productivas de los sectores mencionados.
Se han seleccionado los metales y polímeros como principales grupos de materiales a estudiar y los residuos de carácter graso, atendiendo a diversos criterios como: la representatividad de los sectores en la CV, la dificultad en la eliminación de los residuos… Sin embargo, los residuos presentes sobre las superficies en los sectores objetivo son muy complejos químicamente y suelen aparecer combinados, lo que dificulta su modelización. De esta manera, se abre un amplio campo para el estudio de residuos (alimentarios y cosméticos) y su interacción con los materiales con los que entran en contacto.
El proyecto está planteado en dos fases:
- Una primera parte centrada en la búsqueda de modelos naturales que puedan conseguir la funcionalidad requerida
- una segunda parte centrada en el desarrollo de prototipos a partir de esos modelos y en la evaluación de su limpiabilidad.
Búsqueda de modelos naturales: ¿Qué mecanismos utiliza la naturaleza para limpiar o mantener superficies limpias?
Hasta el momento, se ha realizado una extensa búsqueda de modelos naturales que ejemplifiquen qué mecanismos utiliza la naturaleza para limpiar o mantener superficies limpias, cómo es la adhesión de los residuos y qué funcionalidades presentan los organismos frente a dichos fenómenos, y cómo podrían imitarse.
Se han identificado varios organismos y estructuras como la hoja de loto, el gecko, el pez de arena, las escamas de serpiente o las escamas de algunos peces que, por su estructura y topografía son autolimpiables, oleofóbicos o superanfifóbicos (capacidad para repeler gran cantidad de líquidos). Dichas propiedades podrían suponer una mejora en la capacidad higiénica de los materiales, lo que se estudiará con el desarrollo y evaluación de los prototipos. No obstante, también supondrá un cambio en el mecanismo de ensuciamiento (deposición y adhesión del residuo sobre la superficie) y de limpieza, que se evaluará en una fase posterior del proyecto.
Como resultado de esta fase inicial, se elegirán dos modelos, uno para realizar un prototipo sobre acero y otro sobre plástico. La selección se está llevando a cabo considerando las especificaciones técnicas requeridas, como durabilidad, resistencia mecánica, estabilidad química y facilidad de manufactura con las técnicas disponibles en el mercado.
Desarrollo de prototipos y evaluación de su mejora higiénica (limpiabilidad)
El desarrollo de los prototipos se iniciará con la definición de las posibles vías de fabricación y su posible escalabilidad. Los prototipos se fabricarán modificando la superficie de los materiales para obtener los patrones topográficos que presentan los modelos biomiméticos seleccionados. Se fabricarán dos prototipos, uno de acero inoxidable y otro de plástico, considerando las diferentes particularidades de cada material de cara a su aplicación. Por ejemplo, la porosidad será un parámetro relevante en el caso del plástico mientras que la resistencia a la corrosión lo será en el caso del acero inoxidable. Ambas superficies se caracterizarán para cuantificar el impacto de la funcionalización en sus propiedades superficiales, así como su capacidad higiénica. Se diseñará e implementará un método de evaluación de la limpiabilidad de residuos grasos que se adapte a los requisitos de los nuevos prototipos desarrollados.
Al finalizar el proyecto se dispondrá de un mayor conocimiento de la relación entre las propiedades superficiales de los materiales y su capacidad higiénica, lo cual resulta esencial para la optimización de las actividades de limpieza y desinfección a través de la mejora de las características higiénicas de las superficies con las que entran en contacto alimentos y productos cosméticos durante su elaboración.
