Multiscale mechanical performance of plant-based and hybrid yarns for biodegradable fishing Net
Este estudio demuestra que, si bien las clasificaciones de rendimiento de los materiales cambian a través de las escalas de hilo, nudo y red, sistemas de hilos híbridos y de base vegetal específicos (particularmente PALF/PALF) ofrecen una competitividad mecánica prometedora para el desarrollo de redes de pesca biodegradables y de menor persistencia en comparación con el poliéster tradicional.
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El océano está siendo asfixiado actualmente por una forma de contaminación silenciosa y persistente: el equipo de pesca abandonado. Cuando las redes, trampas y cabos se pierden en el mar, no simplemente desaparecen. En su lugar, derivan durante años, continuando la captura de peces, tortugas y aves marinas en un fenómeno conocido como pesca fantasma. Durante décadas, la solución a este problema ha sido reemplazar las fibras naturales como el algodón o el cáñamo con plásticos sintéticos como el nailon o el poliéster. Estos materiales hechos por el hombre son increíblemente fuertes y resisten la pudrición, lo cual es excelente para la red de un pescador, pero desastroso para el medio ambiente cuando el equipo se pierde. La misma durabilidad que los hace útiles también significa que permanecen en el océano durante siglos, descomponiéndose en microplásticos y continuando dañando la vida marina. Los científicos ahora buscan un punto medio: materiales que sean lo suficientemente fuertes para capturar peces pero lo suficientemente biodegradables como para desaparecer si se pierden. El desafío radica en encontrar fibras vegetales que puedan igualar la resistencia del plástico sin deshacerse demasiado rápido durante su uso.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong se propuso probar esta idea construyendo y rompiendo redes de pesca hechas de fibras vegetales. Se centraron en dos materiales naturales específicos: la fibra de hoja de piña, un subproducto de la industria de la fruta, y el cáñamo, un cultivo textil tradicional. Para ver cómo estos materiales resistirían en el mundo real, los investigadores no solo probaron un simple hilo de fibra. En su lugar, examinaron los materiales en tres niveles diferentes de complejidad, pasando de un hilo retorcido simple, a una sección anudada y, finalmente, a un panel de red completo. Compararon estas opciones basadas en plantas contra el poliéster estándar y diversas mezclas de ambos. El objetivo era comprender cómo cambia la resistencia de la fibra cuando se retuerce, se anuda y se teje en una red, porque un material que es fuerte sobre una mesa puede comportarse de manera muy diferente cuando es parte de una estructura compleja bajo tensión.
Los investigadores comenzaron retorciendo hebras de estas fibras para crear hilos de dos cabos, probándolos en diferentes niveles de apretado para encontrar el punto óptimo donde el material fuera más fuerte. Descubrieron que la relación entre qué tan apretado se retuerce un hilo y qué tan fuerte se vuelve no es la misma para todos los materiales. Para la fibra de hoja de piña, el hilo se volvió significativamente más fuerte cuando se retorció a un nivel intermedio específico, pero si se retorcía demasiado apretado, en realidad se volvía más débil. En contraste, los hilos de poliéster simplemente se volvían más elásticos a medida que aumentaba el retorcido. Al analizar los datos, el equipo determinó que un nivel de retorcido específico proporcionaba el mejor equilibrio general de fuerza y flexibilidad para todos los materiales probados, lo que lo convertía en la condición ideal para construir las redes. También expusieron las fibras al agua de mar para ver cómo se degradaban. Los resultados fueron contundentes: el poliéster permaneció prácticamente inalterado, mientras que el cáñamo y la fibra de piña mostraron signos visibles de desgaste, incluyendo grietas y superficies descamadas, confirmando que los materiales vegetales eran, de hecho, susceptibles al entorno marino.
A continuación, el equipo pasó al nudo, el punto de falla más crítico en cualquier red de pesca. Cuando una red se tira de ella, los nudos se aprietan y soportan la mayor parte de la fuerza. Los investigadores hicieron nudos de doble pescador, un tipo estándar utilizado en la pesca, y tiraron de ellos hasta que se rompieron. Aquí, el rendimiento de los materiales cambió de maneras sorprendentes. El hilo de fibra de piña pura soportó el peso absoluto más alto antes de romperse, superando incluso al poliéster en esta prueba específica. Sin embargo, las mezclas basadas en poliéster fueron mejores para retener su fuerza original después de ser anudadas. El hilo de cáñamo puro fue el que peor funcionó, perdiendo más de la mitad de su fuerza una vez que se anudó. Este hallazgo resaltó una lección crucial: un material que es fuerte por sí solo no necesariamente forma un nudo fuerte. La superficie rugosa de las fibras de piña pareció ayudar a que se agarraran fuertamente entre sí dentro del nudo, permitiendo que la estructura se reordenara y se apretara sin romperse inmediatamente, mientras que las fibras de cáñamo, más lisas, se deslizaron y fallaron antes.
Finalmente, los investigadores ensamblaron estos hilos en paneles de red pequeños para ver cómo se comportaba toda la estructura bajo carga. Utilizaron simulaciones por computadora para comparar redes con aberturas pequeñas frente a aquellas con aberturas más grandes, encontrando que las redes con aberturas más grandes generalmente distribuían el estrés de manera más uniforme y podían soportar más peso antes de fallar. Cuando probaron las redes físicas, la red de fibra de piña pura resultó ser la más robusta, soportando la mayor fuerza antes de romperse. Fue capaz de estirarse y redistribuir la carga a través de toda la red, evitando que cualquier punto único fallara demasiado pronto. La red de poliéster también fue muy fuerte, aunque alcanzó su límite ligeramente más rápido. La red de cá hemp, a pesar de tener un patrón de estiramiento muy uniforme, falló con un peso mucho menor. El estudio concluyó que, si bien el poliéster sigue siendo el referente de durabilidad y elasticidad, el sistema de fibra de piña totalmente basado en plantas es una alternativa mecánicamente competitiva. Sugiere que, con el diseño adecuado, las redes de pesca podrían fabricarse a partir de recursos renovables que sean lo suficientemente fuertes para cumplir su función, pero lo suficientemente suaves como para desaparecer si se pierden en el mar, ofreciendo un camino prometedor para reducir la carga de plástico en el océano.
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