Conciliar la salud humana con el medio ambiente en la lucha contra el COVID

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 2445 (2022) Citar este artículo

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Las máscaras quirúrgicas se han vuelto críticas para proteger la salud humana contra la pandemia de COVID-19, aunque su carga ambiental es un tema de debate continuo. Este estudio tuvo como objetivo arrojar luz sobre los impactos ambientales de las máscaras faciales de un solo uso (es decir, MD-Tipo I) versus las reutilizables (es decir, MD-Tipo IIR) a través de una evaluación comparativa del ciclo de vida con un límite del sistema de la cuna a la tumba. Adoptamos un análisis de dos niveles utilizando el método ReCiPe (H), considerando las categorías de punto medio y punto final. Los resultados mostraron que las máscaras faciales reutilizables crearon menos impactos para la mayoría de las categorías de punto medio. En el punto final, las máscaras faciales reutilizables fueron superiores a las máscaras de un solo uso, produciendo puntuaciones de 16,16 y 84,20 MPt, respectivamente. Los principales impactos ambientales de las máscaras de un solo uso estuvieron relacionados con el consumo de materia prima, los requisitos de energía y la eliminación de residuos, mientras que la fase de uso y el consumo de materia prima hicieron la contribución más significativa para el tipo reutilizable. Sin embargo, nuestros resultados mostraron que los impactos ambientales más bajos de las mascarillas faciales reutilizables dependen en gran medida de la fase de uso, ya que las mascarillas faciales reutilizables perdieron su rendimiento superior cuando se probó el escenario de lavado a mano. La mejora del diseño ecológico de las mascarillas surgió como otro factor clave, como el uso de materias primas más sostenibles y el diseño de mejores escenarios de eliminación de residuos que podrían reducir significativamente los impactos ambientales.

Poco después de que la Organización Mundial de la Salud (OMS) declarara la COVID-19 como pandemia en marzo de 20201, la producción de mascarillas y, en general, todo tipo de equipos de protección personal (EPI) y dispositivos médicos (DM) (p. ej., batas, guantes , medias sanitarias) se convirtió en una prioridad mundial. Inicialmente, solo los profesionales de la salud se preocupaban por el uso de EPP y MD; sin embargo, en poco tiempo, los ciudadanos comunes aumentaron drásticamente su demanda de mascarillas y guantes de un solo uso2. En particular, el uso de mascarillas aumentó drásticamente, siguiendo los mandatos gubernamentales para el uso de máscaras públicas en la mayoría de los países. Como resultado, aumentó el consumo de materias primas de origen fósil, debido al uso de materiales poliméricos en las mascarillas3, y se generó una cantidad significativa de residuos (incluido el material de embalaje de plástico), tanto de unidades sanitarias como domésticas, especialmente debido al diseño. de la mayoría de las mascarillas faciales como de un solo uso4.

Recientemente, Benson et al.5 estimaron que aproximadamente 3400 millones de mascarillas y protectores faciales de un solo uso se desechan diariamente en todo el mundo; esta cifra también está en línea con la interpretación de Prata et al.6, quienes plantearon la hipótesis de que la pandemia podría resultar en el consumo y eliminación mundial mensual de 129 mil millones de máscaras faciales y 65 mil millones de guantes. Además, vale la pena señalar que, a pesar de la introducción de las vacunas contra el COVID-19, no se espera que la demanda de máscaras faciales disminuya, al menos en el corto plazo7, considerando la aparición y propagación de nuevas variantes8. En consecuencia, la sostenibilidad ambiental de las máscaras faciales requiere una cuidadosa consideración9 para reconciliar la salud humana con el medio ambiente, un objetivo que hasta ahora ha involucrado tanto a actores públicos como privados10. En concreto, se debe mejorar el ecodiseño de las mascarillas para reducir los impactos ambientales vinculados a su producción; al mismo tiempo, se debe reforzar la conciencia de los consumidores sobre su uso y eliminación adecuados.

Dentro de la Unión Europea (UE), se reconocen dos clases principales de máscaras para proteger contra la transmisión viral: EPP cubierto por la Regulación EU 2016/425 y MD dentro del alcance del marco legal de la UE sobre MD (es decir, Directiva 93/42/ EEC [MDD], a ser reemplazado por el Reglamento [UE] 2017/745 [MDR] del 26 de mayo de 202111). Como se muestra en la Tabla 1, las MD se diferencian en Tipo I y Tipo II, según su capacidad de filtración bacteriana; El Tipo II se diferencia además en Tipo II y Tipo IIR, según si la mascarilla es resistente a salpicaduras12.

El presente estudio se centró en la MD, que representa un caso valioso para la investigación, considerando que, como se mencionó anteriormente, la población en general suele emplear la MD para protegerse contra la transmisión viral13. Específicamente, el estudio cuantificó los impactos ambientales de las mascarillas quirúrgicas de un solo uso frente a las reutilizables para revelar oportunidades y limitaciones a lo largo de todo el ciclo de vida, incluido el procesamiento y el diseño sostenibles de cada tipo. De hecho, las máscaras reutilizables no son más sostenibles ambientalmente, por definición, que las máscaras de un solo uso, ya que todas las etapas del ciclo de vida deben evaluarse en su totalidad, es decir, la producción, fabricación, uso y eliminación de materia prima. Por esta razón, la evaluación del ciclo de vida (LCA)14,15 proporciona un marco clave que se aplica comúnmente para evaluar el desempeño de sostenibilidad ambiental de un material/producto o servicio específico16,17. En particular, el LCA comparativo es una forma de comparar diferentes opciones para diseñar productos con características y funciones similares pero con menos impactos ambientales18,19. Además, las contribuciones recientes a la literatura han resaltado la importancia de LCA para evaluar las implicaciones ambientales de las máscaras faciales20,21.

El presente estudio se realizó en Italia, donde se ha informado de una dispersión significativa de mascarillas y guantes abandonados, y donde se estimó que el uso diario de mascarillas quirúrgicas durante las medidas de confinamiento en todo el estado alcanzó los 40 millones de piezas por día, junto con 40 millones de pares de mascarillas. guantes de nitrilo o látex de un solo uso22. En concreto, teniendo en cuenta el consumo anual de estos MD en 2020, se realizó un ACV comparativo entre las mascarillas de un solo uso Tipo I y las mascarillas reutilizables Tipo IIR, ya que estos dos tipos de mascarillas fueron descritos por los expertos entrevistados como los más utilizados en Italia durante el marco de tiempo considerado. Ambas máscaras consideradas (máscaras Tipo I y Tipo IIR) cumplen con la norma EN 14,683:2019, y por lo tanto están reconocidas oficialmente como MD. Las mascarillas de un solo uso (Tipo I) se fabrican mediante procesos convencionales, mientras que las mascarillas reutilizables (Tipo IIR) se producen en el contexto de un proyecto piloto innovador, denominado "El Distrito Social Italiano", ya que integra objetivos económicos y productivos con el objetivo de inclusión social, proporcionando reinserción laboral a varias categorías desfavorecidas, mucho más allá de las obligaciones legales. Específicamente, tiene como objetivo producir máscaras quirúrgicas económicamente viables, respetuosas con el medio ambiente y socialmente responsables que sean efectivas para proteger contra la transmisión viral. El Distrito Social Italiano surgió de la colaboración de 36 empresas, e involucró hasta 550 trabajadores en su primera fase de experimentación y prueba. Actualmente, el proyecto emplea a 100 trabajadores de fabricación en el sur de Italia que fabrican y empaquetan las máscaras, incluidas 46 personas en condición de fragilidad, que participan en un programa de reinserción laboral. Desde la implementación del Distrito Social Italiano en 2020, el programa ha generado 7,8 millones de máscaras, que posteriormente han sido aprobadas por el Instituto Nacional de Salud de Italia y utilizadas para la protección civil.

La presente solicitud de LCA se basó predominantemente en datos primarios (consulte la sección "Información complementaria" y "Resultados" para obtener más detalles sobre la recopilación de datos), adoptando un límite de sistema de la cuna a la tumba. Se evaluaron las puntuaciones de las categorías de impacto tanto en el punto medio (orientado al problema) como en el punto final (orientado al daño). Los principales hallazgos mostraron que las máscaras faciales reutilizables demostraron un rendimiento ambiental superior al tiempo que brindan el mismo nivel de protección (si no más) que las máscaras de un solo uso. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que los menores impactos ambientales de las máscaras faciales reutilizables dependen en gran medida de ciertos comportamientos de los consumidores, como lo demuestran claramente los análisis de sensibilidad realizados.

Antes de calcular los impactos ambientales, analizamos los datos del inventario y los ingresamos en el programa de software para simulaciones. Con respecto a las mascarillas reutilizables, las mediciones in situ de las materias primas, los requisitos de energía para el procesamiento (p. ej., colocación, corte, costura, etc.), las configuraciones del material de embalaje, las opciones de reutilización, las actividades de limpieza y las distancias de transporte fueron proporcionadas por el Distrito Social Italiano. . En particular, los requisitos para lavar la mascarilla facial reutilizable se adaptaron de Schmutz et al.9 de acuerdo con la información proporcionada por el productor. Además, los datos del escenario de eliminación de desechos para ambos tipos fueron recopilados de la preimpresión por Allison et al.23 Finalmente, los datos de inventario para máscaras de un solo uso se recopilaron de productores independientes a través de laboratorios certificados. El conjunto final de datos de fondo y primer plano se proporciona en la "Tabla complementaria S1".

Las mascarillas faciales de un solo uso constan de tres capas de polipropileno no tejido. Las capas de tela interior y exterior son Spunbond y la capa intermedia tiene un 99 % de filtrado Meltblown24. Las mascarillas faciales reutilizables (Tipo IIR) también se componen de tres capas: una capa interna de algodón de calidad antibacteriana, una capa intermedia de Meltblown y una capa externa de Spunbond. La calidad de la máscara está determinada por la calidad de los componentes y, por lo tanto, es rastreable hasta los proveedores de componentes. La información sobre los proveedores y los tipos de componentes del producto (incluidas las certificaciones y las características) se proporciona en la "Tabla complementaria S2". Meltblown (suministrado por Ramina) constituye la parte central de las mascarillas reutilizables. Este componente garantiza un rendimiento de filtración superior al 99%, que combinado con el algodón antibacteriano C6 anticaída hidrorrepelente de alta calidad (suministrado por Olmetex) de la capa interna, resiste hasta 10 lavados por inmersión. Estos materiales, forjados con maquinaria especializada, mejoran las mascarillas quirúrgicas Tipo IIR por encima de todas las demás, con respecto a su rendimiento superior en el equilibrio general entre la calidad del filtrado, la reutilización y la sostenibilidad ambiental. Además, el tejido interior de algodón de estas mascarillas tiene la misma eficacia que las mascarillas de un solo uso para reducir la transmisión de virus respiratorios25.

Con respecto a las bandas elásticas, el material de la pinza nasal (para máscaras de un solo uso) y las capas de tela, no hay conjuntos de datos directos disponibles en la base de datos de ecoinvent. Por lo tanto, para el presente estudio, se supusieron bandas elásticas no alergénicas sin látex, producidas mediante un proceso de "espuma flexible de poliuretano". Se asumió que el material de la pinza nasal, que solo se usa para máscaras de un solo uso, se modeló usando un proceso de "resina de cloruro de polivinilo (B-PVC)". Finalmente, asumimos que se usó un proceso de "granulado de polipropileno" para las capas TnT Spunbond y Meltblown. En cuanto a los materiales de embalaje, las mascarillas faciales reutilizables se envasan en bolsas de plástico biodegradables, mientras que las mascarillas de un solo uso se envasan en bolsas de plástico. Ambos tipos de mascarillas se empaquetan en juegos de 10 y se entregan en cajas de cartón reciclado. En el presente estudio, los materiales de embalaje se introdujeron en el software como "biopolímero de almidón complejado con poliéster", "película de embalaje, polietileno de baja densidad" y "cajas de cartón corrugado: 16,6% fibra primaria, 83,4% fibra reciclada". Para el transporte, se asumió un proceso de "transporte, flete, camión 16-32 toneladas, EURO6" desde la planta de fabricación y distribución nacional por carretera, utilizando furgonetas Euro 6D.

Para calcular el número de mascarillas utilizadas en Italia en 2020, estimamos la población italiana en 60,6 millones, según las estadísticas de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE)26. Asumimos una mascarilla por persona, por día, para ambos tipos de mascarilla, de acuerdo con las recomendaciones de la OMS27. Como las mascarillas reutilizables se pueden lavar hasta 10 veces sin perder su rendimiento de filtración de virus (según las especificaciones del propio fabricante), asumimos el número máximo de lavados para la fase de uso. En consecuencia, el número total de mascarillas utilizadas en Italia se calculó en 2,18 y 22,1 mil millones para mascarillas reutilizables y de un solo uso, respectivamente. La cantidad total de residuos se calculó en términos de la cantidad de máscaras usadas, junto con sus materiales de empaque (es decir, envoltura de plástico y cajas de cartón) (Tabla 2). Se descubrió que las máscaras faciales de un solo uso generan casi 10 veces más desechos para cada categoría de desechos, en relación con las máscaras faciales reutilizables.

Con respecto al uso de mascarillas, nuestro escenario de caso básico se basó en las recomendaciones de la OMS27, que estipulan que las mascarillas faciales reutilizables deben lavarse diariamente con jabón/detergente y agua caliente (60 °C). Asumimos que las máscaras de toda la familia (2,3 personas para el caso italiano) se lavan junto con otra ropa en una lavadora estándar de 7 kg, siguiendo tanto la literatura9 como las instrucciones del productor. Schmutz et al.9 informaron que los requisitos para una lavadora medio llena (una situación típica en Europa) son 84 g de detergente, 52,3 L de agua del grifo y 1,1 kWh de electricidad por carga. En consecuencia, los consumibles de lavado promedio necesarios para cada mascarilla se calculan normalizando los requisitos especificados con respecto a una mascarilla (es decir, multiplicando un requisito de carga media llena por 0,2 %).

Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el comportamiento del usuario no es fácil de predecir y es posible que la lavadora no siempre se considere la opción preferida. Por lo tanto, como un paso más, investigamos diferentes comportamientos de los usuarios como casos de sensibilidad. En primer lugar, se introdujo el lavado de manos como principal escenario de sensibilidad9,23,28. En este caso, asumimos que todas las máscaras domésticas se lavarán juntas todos los días después de su uso, en un recipiente de 5 L lleno hasta el nivel de 3 L con agua a 60 °C y luego se enjuagarán con agua sin jabón/detergente. En cada sesión de lavado manual se requieren aproximadamente 6,24 g de detergente líquido y 6 L de agua23. Al igual que en el caso del lavado a máquina, los consumibles de lavado promedio necesarios para cada mascarilla se calculan normalizando los requisitos especificados con respecto a una mascarilla (es decir, los requisitos por mascarilla por lavado son 2,609 L de agua del grifo, 2,713 g de detergente, 447,7 kJ de energía proporcionada por la caldera de gas).

Además, también consideramos otros posibles escenarios de comportamiento del usuario, asumiendo que las máscaras faciales reutilizables se pueden lavar durante más tiempo del recomendado (es decir, 10 lavados). En consecuencia, se modeló un segundo caso de sensibilidad para máscaras reutilizables lavadas 15 veces antes de desecharlas. Finalmente, con referencia a las máscaras de un solo uso, tomamos en consideración un período más largo de uso. Aunque el uso recomendado de mascarillas faciales es una mascarilla por día (o 4-8 h), muchos usuarios usan mascarillas quirúrgicas de un solo uso durante más tiempo que este período recomendado. Por lo tanto, en este caso de sensibilidad, asumimos que los usuarios usarían la misma máscara durante 2 días posteriores. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que los dos últimos casos de sensibilidad, es decir, relacionados con un período de uso más prolongado de ambos tipos, podrían comprometer el nivel de protección de las máscaras y, por lo tanto, la salud humana.

En cuanto a las actividades de embalaje y eliminación de residuos, el Distrito Social Italiano proporcionó algunos datos de sus estudios en curso sobre la biodegradabilidad de los materiales de embalaje para mascarillas faciales reutilizables (Tipo IIR). Sin embargo, el presente estudio no pudo considerar las actividades reales de eliminación de desechos (es decir, reciclaje, reutilización) debido a la falta de evaluaciones aprobadas. Así, la eliminación de residuos se basó principalmente en estudios previos que indicaban la incineración y el vertido como opciones viables23,29. Asumimos que las máscaras contaminadas y los materiales de embalaje desechados irían directamente a los sitios de eliminación de desechos, y el 43 % de los desechos mixtos se depositarían en vertederos, mientras que el 57 % de los desechos mixtos se incinerarían23. Con respecto a las actividades de disposición alternativa, consideramos dos casos de sensibilidad: uno que asumía que todas las máscaras de cada tipo se incinerarían por completo9,30 y otro que asumía que todas las máscaras de cada tipo se desecharían por completo en vertederos31.

Los impactos ambientales de las mascarillas faciales reutilizables y de un solo uso se calcularon utilizando la metodología ReCiPe (H), en dos niveles. Las siguientes subsecciones brindan una discusión integral de los puntajes de categoría de impacto de punto medio (orientado a problemas) y punto final (orientado a daños).

El presente estudio consideró 18 indicadores de categoría de punto medio: cambio climático, agotamiento de la capa de ozono, acidificación terrestre, eutrofización de agua dulce, eutrofización marina, toxicidad humana, formación de oxidantes fotoquímicos, formación de partículas, ecotoxicidad terrestre, ecotoxicidad de agua dulce, ecotoxicidad marina, radiación ionizante, ocupación de tierras agrícolas , Ocupación de suelo urbano, Transformación natural de suelo, Agotamiento de agua, Agotamiento de metales y Agotamiento de fósiles.

La Tabla 3 presenta los impactos ambientales generales por unidad funcional (es decir, el número total de mascarillas utilizadas en 2020). Teniendo en cuenta los impactos totales, las mascarillas faciales de un solo uso funcionaron mejor que las mascarillas faciales reutilizables para solo 4 categorías de impacto (es decir, ecotoxicidad terrestre, ocupación de tierras agrícolas, transformación natural de la tierra y agotamiento del agua), mientras que las mascarillas faciales reutilizables resultaron en menos impactos ambientales para el 14 categorías restantes. Las categorías de impacto para las cuales las mascarillas faciales de un solo uso generaron un mejor rendimiento estaban estrictamente vinculadas a los requisitos de la fase de uso y al cultivo de algodón y al procesamiento de mascarillas faciales reutilizables.

Para resaltar los efectos de cada etapa del ciclo de vida en cada puntaje de categoría de punto medio, realizamos un análisis de contribución para máscaras faciales reutilizables y de un solo uso. Los resultados se presentan en la Fig. 1 (para obtener más análisis de la contribución del proceso, consulte las figuras proporcionadas en la "Fig. S1 y la Fig. S2 complementarias").

Contribución de cada etapa del ciclo de vida a las puntuaciones de la categoría de impacto de punto medio. (a), Mascarillas reutilizables. (b), Mascarillas faciales de un solo uso. (Abreviaturas: CC: cambio climático, ODP: agotamiento de la capa de ozono, TAC: acidificación terrestre, FEU: eutrofización de agua dulce, MEU: eutrofización marina, HT: toxicidad humana, PCOF: formación de oxidantes fotoquímicos, PMF: formación de material particulado, TECO: ecotoxicidad terrestre, FECO: Ecotoxicidad de agua dulce, MECO: Ecotoxicidad marina, IR: Radiación ionizante, ALO: Ocupación de tierras agrícolas, ULO: Ocupación de tierras urbanas, NLT: Transformación natural de tierras, WD: Agotamiento de agua, MD: Agotamiento de metales, FD: Agotamiento de fósiles).

Con respecto a las mascarillas faciales reutilizables, la etapa de las materias primas se ubica como el segundo contribuyente más importante para la mayoría de los puntajes de la categoría de impacto. Especialmente las actividades de producción y procesamiento de algodón son responsables de más de la mitad de los puntajes generales de agotamiento del agua, ecotoxicidad terrestre y ocupación de tierras agrícolas. Con respecto a las mascarillas faciales de un solo uso, las materias primas y/o la energía para las actividades de producción fueron las que más contribuyeron a todos los puntajes de las categorías de impacto, y el polipropileno y/o el poliuretano fueron las materias primas que más carga generaron.

Con respecto a la etapa de fabricación, los requisitos de energía crean cargas relativamente bajas en comparación con otras etapas del ciclo de vida de las mascarillas faciales reutilizables, mientras que las mascarillas de un solo uso consumen más energía y crean un mayor impacto ambiental en varias categorías intermedias.

Con respecto a las mascarillas faciales reutilizables, el empaque tuvo una contribución relativamente baja a las puntuaciones medias en comparación con otras actividades del ciclo de vida. La contribución de los envases en las categorías de impacto correspondió principalmente a la producción de bolsas plásticas biodegradables a partir de almidón. De manera similar, los empaques para mascarillas faciales de un solo uso tuvieron una contribución relativamente baja a las categorías de impacto, con la excepción de Ocupación de tierras agrícolas. El polietileno de baja densidad creó casi todas las cargas relacionadas con el embalaje de las mascarillas de un solo uso.

La fase de uso solo se consideró para mascarillas reutilizables, en lo que respecta a las actividades de lavado. Para todos los puntajes de categoría, resultó que la fase de uso por sí sola contribuye más que una cuarta parte de los impactos generales. Los requisitos de energía y agentes de limpieza para el lavado surgieron como los contaminantes más importantes para las categorías Cambio climático y Transformación natural de la tierra, respectivamente. Por tanto, dado que esta fase juega un papel fundamental en la decisión de pasar de una mascarilla de un solo uso a una reutilizable, se dedicó un apartado específico a los escenarios de sensibilidad para incluir otros posibles comportamientos de los usuarios.

El transporte surgió como un contribuyente relativamente bajo en casi todas las categorías, para ambos tipos de máscaras. Para las máscaras reutilizables, las actividades de transporte contribuyeron a la ocupación del suelo urbano, y para las máscaras de un solo uso, contribuyó a la ecotoxicidad terrestre y la ocupación del suelo urbano.

De manera similar, las actividades de eliminación de desechos hicieron una contribución relativamente baja a las categorías del punto medio total para ambos tipos de máscaras, excepto para las categorías de Cambio climático y Eutrofización de agua dulce. La primera categoría se vio afectada principalmente por las actividades de incineración, mientras que la segunda se debió a los vertederos.

Las categorías de punto medio proporcionaron una imagen completa de los impactos ambientales asociados con todas las etapas del ciclo de vida, con un alto grado de confiabilidad y certeza. Sin embargo, la gran cantidad de categorías de impacto (es decir, 18) podría haber aumentado el grado de complejidad al sacar una conclusión directa. Por lo tanto, las categorías de criterios de valoración podrían utilizarse para producir puntuaciones representativas en diferentes alternativas, con el objetivo de facilitar la toma de decisiones para el ecodiseño32. Las categorías de puntos finales se evaluaron para tres áreas de protección (es decir, categorías de daño): salud humana, calidad del ecosistema y escasez de recursos. Las puntuaciones de cada área se expresaron en años de vida ajustados por discapacidad (AVAD); pérdida de especies locales integrada a lo largo del tiempo (species.yr); y los costos adicionales involucrados para la futura extracción de recursos minerales y fósiles (dólares) para la salud humana, la calidad del ecosistema y la escasez de recursos, respectivamente. Se aplicó una ponderación final para producir un puntaje único representativo que defina la carga ambiental general, expresada en millones de Puntos (MPt).

Los puntajes de salud humana se calcularon como una suma ponderada de indicadores de punto medio relacionados con el aumento de la desnutrición y las enfermedades (incluidas las enfermedades respiratorias y cancerígenas). Los puntajes del indicador para mascarillas faciales reutilizables y de un solo uso fueron 268 y 1559 AVAD, respectivamente. Los puntajes de calidad del ecosistema se calcularon como una suma ponderada de indicadores de punto medio relacionados con el daño a las especies de agua dulce, terrestres y marinas. Los puntajes del indicador para mascarillas faciales reutilizables y de un solo uso fueron 2,88 y 7,54 especies.año, respectivamente. Finalmente, los puntajes de escasez de recursos se calcularon como una suma ponderada de indicadores de punto medio relacionados con la extracción de materias primas y los costos de energía. Los puntajes del indicador para mascarillas faciales reutilizables y de un solo uso fueron de 6,91 y 56,56 millones de dólares, respectivamente.

A nivel de punto final, las máscaras faciales reutilizables surgieron como superiores a las máscaras de un solo uso para las tres categorías de daños. Los principales impactos para el tipo de un solo uso estuvieron relacionados con el consumo significativo de materias primas, los requisitos de energía y las actividades de eliminación de desechos que amenazan la salud humana debido a una mayor cantidad de generación de desechos. Por otro lado, la contribución de la fase de uso tuvo un impacto significativo para las mascarillas reutilizables. Las puntuaciones únicas representativas para la carga ambiental fueron 16,16 y 84,20 MPt para mascarillas faciales reutilizables y de un solo uso, respectivamente. Al final, las mascarillas faciales reutilizables se desempeñaron mejor en términos de desempeño ambiental en una sola puntuación (Fig. 2).

Resultados de la evaluación de impacto a nivel de punto final, expresados en una sola puntuación. La carga ambiental total es un puntaje ponderado de tres puntajes de categoría de daño: salud humana, ecosistemas y recursos.

Para profundizar en los resultados, realizamos análisis de sensibilidad con respecto a diferentes comportamientos de los usuarios que reflejan prácticas reales y escenarios alternativos de eliminación de desechos. Si bien aquí solo se analizan en detalle las puntuaciones de la categoría de punto final (Fig. 3), los resultados para todos los casos de sensibilidad se proporcionan en las "Tablas complementarias S3, S4, S5 y S6".

Puntuaciones del análisis de sensibilidad. (a), Comportamiento del usuario. (b), Alternativas de eliminación de residuos.

Con respecto al comportamiento de los usuarios de mascarillas faciales reutilizables, los impactos ambientales aumentaron significativamente cuando se consideró el escenario de lavado de manos. De hecho, el puntaje de impacto ambiental general para el tipo reutilizable fue más alto en comparación con los de un solo uso y, por lo tanto, en este caso, las máscaras faciales reutilizables perdieron su rendimiento superior sobre el tipo de un solo uso. Se calculó un aumento promedio de nueve veces para cada puntaje de categoría de daño, así como la carga ambiental total en comparación con el escenario básico debido al uso extensivo de agua, jabón y energía (Tabla S5). En comparación con las máscaras de un solo uso, los puntajes de escasez de recursos fueron ligeramente más bajos, mientras que los puntajes de salud humana fueron ligeramente más altos para las máscaras reutilizables cuando se lavan a mano. El aumento extremo se detectó en los puntajes de calidad del ecosistema, tres veces mayor que los puntajes de uso único (Tabla S6).

Como paso adicional, se probaron los impactos ambientales totales cambiando el número de lavados antes de desechar la máscara reutilizable, es decir, 15 veces en lugar de 10. En consecuencia, el impacto total en cada categoría de daño disminuyó, lo que resultó en una menor carga ambiental general. pasando de 16,16 a 12,92 MPt, sobre una base de puntuación única.

En el caso de las mascarillas faciales de un solo uso, el período de uso afectó directamente a los impactos ambientales generales, por lo que el uso de la mascarilla durante 2 días redujo a la mitad todas las puntuaciones de las categorías finales, como se esperaba. Sin embargo, cabe señalar que estos comportamientos alternativos pueden comprometer el rendimiento de protección de las máscaras y, por lo tanto, la salud humana.

Con respecto a las actividades alternativas de eliminación, asumimos dos casos de sensibilidad para cada tipo de mascarilla: totalmente incinerada9,30 y totalmente vertedero31. Este análisis se realizó para verificar si la mezcla entre vertedero e incineración produjo algún cambio significativo en los impactos ambientales. Para el escenario de incineración, los puntajes para las categorías de daños a la salud humana y a los ecosistemas fueron más altos que los puntajes del escenario básico para ambos tipos de máscaras, mientras que el puntaje de la categoría Recursos no se vio afectado significativamente. Por el contrario, el escenario de vertedero resultó en un menor impacto en las categorías de daños a la salud humana y a los ecosistemas para ambos tipos de mascarillas, mientras que la categoría de recursos permaneció casi inalterada. Por lo tanto, sobre la base de una puntuación única, la incineración siempre generó una mayor carga ambiental en relación con el vertido, con un rango de cambio de 10,6 a 14,9 % y de 5,7 a 17,8 % para las categorías de daños a la salud humana y a los ecosistemas, respectivamente. Del mismo modo, las actividades de incineración generaron un aumento del 5,7 y el 8,9 % en comparación con el escenario básico con respecto a los puntajes generales para máscaras reutilizables y de un solo uso, respectivamente. Es probable que la razón principal de la mayor carga ambiental sea un aumento del 14,1 al 18,7 % en la puntuación de la categoría de cambio climático para mascarillas reutilizables y de un solo uso, respectivamente.

El análisis anterior de las puntuaciones de impacto de punto medio y final muestra que la comparación entre mascarillas quirúrgicas de un solo uso y reutilizables, en términos de sostenibilidad ambiental, no es trivial. Más allá del mayor uso de materias primas y el mayor consumo de recursos necesarios para producir más piezas por frecuencia de uso determinada en el caso de las mascarillas de un solo uso (desventaja de la circularidad), los dos tipos de mascarillas también están fabricados con materiales diferentes y el impacto de limpieza de mascarillas reutilizables debe tenerse en cuenta de forma integral.

Teniendo en cuenta estas diferencias principales, nuestros hallazgos muestran que las máscaras reutilizables superan a las máscaras de un solo uso en términos de sostenibilidad ambiental general, ya que las máscaras de un solo uso funcionan mejor en solo 4 de los 18 criterios de impacto de punto medio considerados: ecotoxicidad terrestre, ocupación de tierras agrícolas, transformación natural de la tierra y Agotamiento del agua. Sin embargo, observamos que los resultados cambiaron por completo de manera que las máscaras de un solo uso obtuvieron mejores resultados en los puntajes generales cuando se introdujo el lavado a mano en lugar del lavado a máquina (es decir, el escenario básico). Este hallazgo agrega prominencia a nuestro estudio al señalar cómo el impacto ambiental general depende en gran medida de las opciones de lavado. De hecho, el comportamiento del consumidor en las actividades de limpieza ha sido un asunto de gran interés no solo para los textiles médicos, sino también para las prendas de vestir regulares, ya que la fase de uso surgió como uno de los contribuyentes más importantes al impacto ambiental general33. Estudios previos sobre el LCA de los textiles informaron que las cargas ambientales se ven significativamente afectadas por las diferentes preferencias durante la fase de uso del consumidor34.

Con respecto a ambas opciones de limpieza para mascarillas faciales reutilizables, los estudios previos9,23 hicieron varias suposiciones a lo largo de sus cálculos, por ejemplo, diferentes características de la lavadora y requisitos de material de limpieza. En particular, surge claramente una tendencia general que está en línea con nuestros hallazgos, ya que las puntuaciones para el tipo reutilizable siempre son peores que las máscaras de un solo uso cuando se selecciona el lavado a mano. De hecho, este resultado sugeriría que la introducción de máscaras faciales reutilizables debería ir acompañada de una campaña de información, así como de un etiquetado claro con respecto a la opción de lavado preferida, para asegurar un impacto ambiental general positivo. Del mismo modo, se ha subrayado que proporcionar una orientación eficaz al consumidor sobre actividades de bajo impacto entre las alternativas de la fase de uso se considera una medida clave para reducir los impactos ambientales totales de la ropa normal35.

Otro punto interesante está relacionado con el diseño ecológico que podría mejorarse para mejorar el desempeño ambiental de las máscaras reutilizables31. Por ejemplo, Tabatabaei et al.30 propusieron que reemplazar los plásticos de origen fósil por plásticos de origen biológico puede causar una disminución significativa en los impactos ambientales totales. En consecuencia, el polipropileno podría sustituirse por fibra de algodón sostenible36. Además, el diseño ecológico mejorado con respecto a las actividades de eliminación de desechos también podría ser útil para crear un escenario personalizado para el reciclaje de materiales y/o para producir máscaras faciales de una manera que facilite el desmontaje de componentes y la separación de materiales31. Estos hallazgos resaltan claramente la importancia del ecodiseño no solo considerando las actividades vinculadas a la etapa de eliminación de materias primas y residuos, sino también la fase de uso, ya que las máscaras siempre deben diseñarse de manera que puedan ser lavadas por la máquina sin perder su rendimiento de protección (como en nuestro estudio de caso).

Sobre todo, la mitigación del cambio climático es un dominio de sostenibilidad crucial que exige nuestro enfoque y representa un contexto crítico para comprender el impacto de las máscaras de un solo uso y reutilizables (en términos de emisiones de gases de efecto invernadero). Como es bien sabido, el ambicioso objetivo de contener la concentración de CO2 en la atmósfera y limitar el aumento de la temperatura global ha llevado a la comunidad internacional a establecer la meta de emisiones netas cero para 2050 (o 2060 para la mayoría de los países). Esto implica un tremendo esfuerzo para reducir las emisiones de CO2 a aproximadamente 54 mil millones de toneladas métricas de CO2-eq/año a nivel global. En parte, este objetivo aún está fuera de alcance, ya que la curva de costos marginales de reducción tiene una pendiente ascendente (es decir, los costos de reducción aumentan significativamente a medida que se reducen las emisiones). Por lo tanto, es de suma importancia analizar y comparar los beneficios potenciales (en términos de reducción de emisiones) de las máscaras faciales de un solo uso versus las reutilizables. Teniendo en cuenta los escenarios básicos, el cambio de máscaras faciales de un solo uso a reutilizables conduciría a una reducción anual de emisiones de más del 80 por ciento. Este resultado parece estar en línea con los estudios previos28. Además, para aumentar este porcentaje, se necesitan más prácticas de ecodiseño, como la aplicación de algodón orgánico (que reduciría la huella de carbono por la eliminación de pesticidas y fertilizantes fósiles) o componentes de algodón reciclado9.

La investigación futura debe apuntar a abordar algunas de las limitaciones del presente estudio. En primer lugar, nuestro estudio prueba un diseño de máscara específico para un escenario específico de producción y gestión de residuos en Italia y, por lo tanto, podría no ser representativo de otros países. Sin embargo, la interpretación básica de nuestros resultados proporcionó varias indicaciones para mejorar el desempeño ambiental de las mascarillas quirúrgicas. Otra limitación se relaciona con los límites del sistema, que en nuestro caso se establecieron para incluir el transporte desde la planta de fabricación y la distribución a nivel nacional. Sin embargo, no se consideró el transporte de residuos a los sitios de disposición y de jabón/detergente a los hogares, debido a deficiencias en los datos. Además, el uso promedio de jabón por parte de los consumidores al lavar una máscara es difícil de cuantificar. En consecuencia, a la luz del rápido crecimiento del número de estudios y estadísticas, un estudio de seguimiento debería tratar de ampliar los límites del sistema para incluir todas las actividades relacionadas con el transporte. Además, con respecto a la fase de uso, el comportamiento público aún representa una caja negra que necesita una investigación exhaustiva; por lo tanto, también se requieren estudios de comportamiento del público en general9, como experimentos de campo para medir directamente la energía y los materiales (agua y jabón) utilizados para la limpieza. Además, se podrían realizar más análisis de sensibilidad para considerar otras variables importantes, como diferentes pesos de algodón.

Finalmente, más allá de los impactos ambientales, se deben considerar otros aspectos como los impactos sociales y los costos económicos de las máscaras faciales para proporcionar una imagen más completa y exhaustiva de su sostenibilidad. De hecho, la necesidad de una evaluación integrada que permita cubrir los tres pilares de la sostenibilidad ha ganado impulso en la literatura,37,38.

En general, nuestro análisis respalda el concepto de "una sola salud" de la OMS, que enfatiza la interdependencia entre la salud humana y la ambiental. Los hallazgos sobre las diferentes categorías de criterios de valoración de mascarillas de un solo uso frente a mascarillas reutilizables muestran claramente cómo un producto concebido para mejorar la salud humana durante la pandemia de COVID-19 puede, de hecho, tener mayores consecuencias indirectas negativas para la salud humana si se concibe con menos impacto ambiental. estándares

La base metodológica de LCA está definida por los estándares publicados por la Organización Internacional de Normalización (ISO). La norma ISO 14.040 define el ACV como la "recopilación y evaluación de las entradas, salidas y posibles impactos de un sistema de productos a lo largo de su ciclo de vida"14. También destaca la utilidad de LCA para explorar las posibles cargas ambientales de un producto o servicio en todas las etapas del "ciclo de vida", incluida la extracción de recursos, la producción de materiales, el uso, el reciclaje y la eliminación. Los requisitos básicos y las directrices también se introducen en la norma ISO 14.04415. El presente estudio se llevó a cabo de acuerdo con las directrices ISO 14.040/14.044 mencionadas anteriormente.

De acuerdo con la norma ISO 14.040, un estudio LCA típico se lleva a cabo en cuatro pasos sucesivos: (i) definición de objetivos y alcance, (ii) análisis de inventario, (iii) evaluación de impacto e (iv) interpretación.

En este primer paso se definen los objetivos y alcances del estudio, así como la unidad funcional. El presente estudio tuvo como objetivo comparar los impactos ambientales asociados con el uso de máscaras faciales de un solo uso versus reutilizables durante un solo año en Italia. La comparación se realizó dentro de los límites del sistema de la cuna a la tumba, que incluía la extracción de materias primas, el transporte (desde la planta de fabricación y la distribución a nivel nacional), la fabricación, el uso (p. ej., actividades de limpieza, con respecto a las máscaras reutilizables) y la eliminación de desechos. . La unidad funcional se refería a una descripción cuantificada de la función principal del sistema en estudio, representada por el número total de mascarillas faciales reutilizables y de un solo uso utilizadas por la población italiana en 2020.

El análisis del inventario del ciclo de vida incluye la cuantificación de: (i) los vectores energéticos y las materias primas utilizadas; (ii) emisiones a la atmósfera, agua y suelo; y (iii) diferentes tipos de uso del suelo respecto de la unidad funcional. En el presente estudio, se adoptó un enfoque de modelado atribucional para examinar los impactos ambientales generados a lo largo del ciclo de vida de ambos tipos de mascarillas y para comparar los impactos ambientales de estas mascarillas dentro de la misma unidad funcional. Durante el análisis del inventario, se recopilaron dos tipos de datos (es decir, datos de primer plano y de fondo). Los datos de primer plano, específicos de las actividades de producción, fueron proporcionados por mediciones y cálculos en el sitio del proyecto del Distrito Social Italiano para máscaras faciales reutilizables. Los datos de inventario de mascarillas de un solo uso se recopilaron de productores independientes a través de laboratorios certificados. Los datos de referencia, obtenidos de la base de datos ecoinvent (v3.01)39 y artículos publicados anteriormente, proporcionaron más detalles sobre la producción de materiales genéricos, la energía, el transporte y la gestión de residuos. Los procesos de inventario se ingresaron en el software PhD SimaPro 8.2.0.0 como procesos unitarios (es decir, una combinación de entradas de emisiones y recursos de los pasos del proceso).

La evaluación del impacto del ciclo de vida (LCIA) interpreta y evalúa el grado y la importancia de los impactos ambientales de un producto o servicio. El presente estudio utilizó la metodología de evaluación de impacto ReCiPe con una perspectiva jerárquica (H) V1.12 para calcular los impactos ambientales, ya que refleja el método más actualizado que utiliza tanto la orientación al problema (punto medio) como la orientación al daño (punto final). categorías de impacto40. Los puntajes de categoría de punto medio tienen una incertidumbre relativamente baja debido a su fuerte relación con los caudales ambientales, mientras que los puntajes de punto final brindan información potencialmente mejor sobre la relevancia de los caudales ambientales, aunque con mayor incertidumbre32. En este sentido, los dos enfoques son complementarios. Los indicadores de nivel medio elegidos para el presente estudio fueron: cambio climático, agotamiento del ozono, acidificación terrestre, eutrofización de agua dulce, eutrofización marina, toxicidad humana, formación de oxidantes fotoquímicos, formación de partículas, ecotoxicidad terrestre, ecotoxicidad de agua dulce, ecotoxicidad marina, radiación ionizante, agricultura ocupación del suelo, ocupación del suelo urbano, transformación natural del suelo, agotamiento del agua, agotamiento del metal y agotamiento de los fósiles. Estos indicadores de nivel medio se combinaron luego en tres categorías de daño de punto final: salud humana, ecosistemas y costos de excedentes de recursos. Finalmente, las tres categorías de puntos finales se normalizaron, ponderaron y agregaron en una sola puntuación que representa el sistema general para comparar máscaras faciales de un solo uso versus reutilizables. Se utilizó el paquete de software PhD SimaPro 8.2.0.0 para estimar los impactos ambientales a nivel de punto medio y punto final, por unidad funcional.

La fase final de LCA evalúa los resultados de un análisis de inventario o una evaluación de impacto, en el contexto de los objetivos del estudio. También tiene como objetivo proponer recomendaciones y preparar el informe final de los resultados. En la sección "Resultados" se proporciona una discusión detallada de la fase de interpretación del presente estudio.

Todos los datos recopilados, generados y analizados durante este estudio se incluyen en la "Información complementaria". Las preguntas adicionales sobre los datos pueden dirigirse al autor correspondiente.

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Descargar referencias

Los autores desean agradecer a Luca Raffaele por la ayuda brindada durante la recopilación de datos durante el análisis del inventario del ciclo de vida.

Grupo de Investigación Bioeconomía en Transición – Universidad Unitelma Sapienza de Roma, 00161, Roma, Italia

Piergiuseppe Morone, Gulsah Yilan y Enrica Imbert

Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Marmara, Campus de Göztepe, 34722, Estambul, Turquía

Gulsah Yilan

Departamento de Economía y Finanzas, Universidad de Roma Tor Vergata, Via Columbia 2, 00133, Roma, Italia

leonardo becchetti

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Todos los autores son igualmente responsables de las contribuciones al manuscrito, relacionadas con la investigación, la recopilación de datos, la simulación, los resultados, la información complementaria y los métodos.

Correspondencia a Piergiuseppe Morone.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Morone, P., Yilan, G., Imbert, E. et al. Conciliar la salud humana con el medio ambiente mientras se lucha contra la pandemia de COVID-19 a través de un diseño ecológico mejorado de máscaras faciales. Informe científico 12, 2445 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-06536-6

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Recibido: 26 Abril 2021

Aceptado: 27 de enero de 2022

Publicado: 14 febrero 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-06536-6

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