El uso cada vez mayor de nanotubos de carbono (CNT) (y una propuesta en la Unión Europea para prohibir toda la clase de materiales) resalta la necesidad de un enfoque actualizado y estandarizado para evaluar los impactos humanos y ambientales de los CNT y los productos que los contienen, según un nuevo estudio colaborativo del que son coautores investigadores de la Universidad Rice.
Anualmente se producen más de 5.000 toneladas de CNT para su uso en laboratorios de investigación e industrias comerciales. Debido a sus propiedades únicas, los CNT se utilizan en diversas aplicaciones, como baterías, materiales de construcción livianos, textiles funcionales, dispositivos portátiles y, cada vez más, en investigación biomédica.
"A medida que avanzamos hacia una revolución de energía y materiales limpios y diversificados, el campo de los materiales avanzados necesita un camino claramente definido y basado en la ciencia en medición, identificación, clasificación e informes a lo largo de todo el ciclo de vida del material, desde el desarrollo hasta la eliminación, para poder escalar completamente las CNT en todos los sectores e industrias y, al mismo tiempo, beneficiar a la sociedad y el medio ambiente", afirmó Rachel Meidl, becaria en energía y sostenibilidad del Instituto Baker de Políticas Públicas de Rice y coautora del estudio publicado en la revista Nature Reviews Materials .
En 2019, una organización no gubernamental de la Unión Europea (UE) añadió nanotubos de carbono a una lista de sustancias químicas que cree que "deberían restringirse o prohibirse en la UE", citando preocupaciones de algunos de los muchos trabajos publicados que estudiaban la toxicología. y persistencia ambiental de los nanotubos de carbono.
Los autores del nuevo estudio investigaron cómo se han clasificado químicamente los nanotubos de carbono, dadas sus muchas y diversas formas y formas de procesarlos, modificarlos o utilizarlos. Los resultados de los estudios toxicológicos y ambientales variaron ampliamente, dependiendo de estas diferentes formas de nanotubos de carbono y de cómo se realizaron los estudios.
"Nos dimos cuenta de que había tantas formas diferentes de nanotubos de carbono que parecía extraño que materiales tan diversos pudieran incluso clasificarse bajo un solo nombre", dijo Daniel Heller, coautor del estudio y jefe del Laboratorio de Nanomedicina contra el Cáncer del Memorial. Centro Oncológico Sloan Kettering y ex alumno de Rice.
"También descubrimos que los riesgos toxicológicos y ambientales de los nanotubos de carbono dependen en gran medida de estas diferencias, al igual que las diferentes formas de dióxido de silicio pueden causar silicosis, una enfermedad pulmonar, o ayudar a mantener los dientes limpios como ingrediente en la pasta de dientes".
Los autores sugieren que el volumen y la prevalencia de estos materiales y la imagen matizada e inconsistente del riesgo requieren que se clasifiquen y definan con mayor precisión para identificar los riesgos toxicológicos y ambientales. Los investigadores deberían adoptar métodos de clasificación más consistentes, estándares de medición y consideración de los posibles impactos toxicológicos y ambientales a lo largo de todo el ciclo de vida de los materiales que contienen nanotubos de carbono, incluso cuando se utilizan para reemplazar materiales más tóxicos o contaminantes, dijeron.
Los autores recomiendan la construcción de un marco integral para clasificar, caracterizar y evaluar los posibles impactos de los CNT en la salud, el medio ambiente y la seguridad, porque tendría un impacto positivo tanto en la investigación como en la industria. Y estas tareas proporcionarán a los responsables de la formulación de políticas las herramientas basadas en datos para regular selectivamente los subconjuntos de CNT considerados de alto riesgo, al tiempo que garantizarán que cualquier restricción a la síntesis, producción, fabricación, uso, transporte y eliminación tenga base científica y sea mínimamente perturbadora para la salud. el campo emergente de los nanomateriales de carbono.
Además, la transición a una economía circular del carbono significará que los investigadores trabajarán para diseñar residuos o utilizar vías de conversión de carbono en valor que consideren los CNT de fin de uso y los productos basados en CNT como un recurso.
"Los nanotubos de carbono pueden tener muchos menos requisitos de energía y materiales, así como menos consecuencias ambientales y sociales que otros materiales, lo que los hace ideales para la transición energética", dijo el coautor Matteo Pasquali, profesor de A.J. Profesor Hartsook de Ingeniería Química y Biomolecular y director de Rice's Carbon Hub. "Son, por ejemplo, la única alternativa creíble al cobre y al aluminio para la electrificación a gran escala y al acero para la construcción a gran escala.
"Los estudios toxicológicos realizados al principio arrojaron resultados contrastantes y ya no son aplicables a la nueva generación de materiales, que se fabrican con un control mucho mejor de la estructura, la pureza y la forma macroscópica", continuó. "Es necesario estandarizar las clasificaciones de CNT para separar el trigo de la paja, de modo que los responsables políticos puedan minimizar los riesgos para los trabajadores y los consumidores y, al mismo tiempo, crear seguridad regulatoria para la industria, los investigadores y el público en general".
Los autores sostienen que abordar este problema desde una perspectiva de sistemas presenta oportunidades para ampliar la aplicación de materiales de carbono en los sectores industrial, comercial y médico; apoyar una fuerza laboral dinámica y calificada; garantizar el desarrollo responsable, el uso y la gestión del final de su vida útil desde el laboratorio hasta el mercado; y ayudar al mundo a cumplir los objetivos climáticos globales y los objetivos de sostenibilidad.
Más información: Mijin Kim et al, Seguridad humana y ambiental de los nanotubos de carbono a lo largo de su ciclo de vida, Nature Reviews Materials (2023). DOI:10.1038/s41578-023-00611-8
Proporcionado por la Universidad Rice
