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¿De qué modo las propiedades térmicas de los materiales utilizados para fabricar vasos descartables influyen en su rendimiento y en el impacto sobre el medioambiente?
No es ningún secreto que los vasos descartables son una importante fuente de contaminación ambiental debido a la naturaleza no reciclable de los materiales utilizados para su fabricación. Esta incapacidad de reciclado o reutilización, además de la demanda mundial generalizada, han contribuido a una sobreabundancia de contaminación a causa de los vasos descartables en los terraplenes de relleno, los océanos y los hábitats de vida silvestre natural en todo el mundo. Cada año se fabrica medio billón de vasos descartables en el mundo; la mayoría de ellos contiene más del 5 % de poliuretano, la razón por la cual su reciclado es casi imposible. Este plástico, junto con los otros materiales que componen un vaso de café descartable (como Styrofoam® o poliestireno expandido), consumen una gran cantidad de recursos y materiales en su fabricación, que resultan nocivos para el medioambiente. Sin embargo, las grandes corporaciones de comida rápida siguen utilizándolos para servir café a sus clientes a pesar de conocer estos efectos nocivos. Entonces, ¿por qué esta receta de un ‘perfecto vaso descartable’ es insustituible? Mayormente, la gran dependencia de estos materiales por parte de la industria del café para sus vasos puede asociarse directamente a las propiedades térmicas de los materiales utilizados para su fabricación.
En la actualidad, el papel, el poliestireno expandido y el plástico son los tres materiales más comúnmente utilizados para fabricar vasos de café descartables, debido a sus distintivas propiedades aislantes. La producción anual solo en los Estados Unidos representa más de 120 mil millones de vasos de café de papel, plástico y poliestireno expandido, que es alrededor de 1/5 del total mundial. De estos 120 mil millones de vasos de café, increíblemente el 99,75 % terminan en la basura, en donde muy pocos se descomponen y, aquellos que lo hacen, tardan más de 20 años hasta comenzar con su descomposición1. El plástico, el papel y el poliestireno expandido son todos materiales con baja efusividad térmica y baja conductividad térmica, por lo que son ideales para mantener bebidas calientes, ya que no resultan muy calientes al tacto aunque estén llenos de líquido hirviendo. La efusividad térmica describe la capacidad de los materiales de resistir la transferencia de calor y se puede medir como la velocidad a la que el material puede absorber el calor. El concepto combina la noción de capacidad térmica (¿qué tan propenso a perder calor es el material?) y difusividad térmica (la velocidad a la que el material emana calor)2. El término mejor descripto, efusión térmica, puede determinarse matemáticamente al calcular la raíz cuadrada del producto de la conductancia térmica del material y su capacidad térmica volumétrica3. Para bloquear la transferencia de calor o evitar que el calor del café se disipe hacia el ambiente, se busca un material que posea baja conductividad térmica y baja efusividad térmica.
La baja efusividad térmica del plástico, del papel y del poliestireno expandido es la característica que define la razón por la que estos materiales son insustituibles para los fabricantes de vasos de café y la industria de las comidas rápidas en su totalidad. Cada uno de estos materiales posee propiedades químicas y físicas únicas que dictan su capacidad aislante. Los actores más importantes de la industria de las comidas rápidas, como McDonald’s, Dunkin’ Doughnuts y Starbucks, sirven sus cafés en una variedad de vasos distintos, compuestos por una combinación específica de estos materiales térmicamente aislantes.
Los vasos descartables son un invento relativamente moderno que surgió en el mercado hace alrededor de 100 años, con el objetivo de limitar el uso de los recipientes públicos para beber. Si bien puede parecer un concepto extraño y fuera de lo normal en el mundo moderno, los recipientes públicos para beber eran muy frecuentes, y consistían en una taza de latón o vidrio que se compartía y se dejaba cerca de los bebederos para que cualquier transeúnte sediento pudiera utilizarla. Lawrence Luellen patentó una taza descartable recubierta en cera, que surgió como una importante tendencia hacia la mejora de la higiene del público general y un esfuerzo por minimizar la exposición a enfermedades, como neumonía o tuberculosis4. Si bien la taza de Luellen se creó mucho antes del surgimiento de la cultura del ‘café para llevar’, despertó la idea de que la mejor forma de servir una bebida que pudiera transportarse era en un recipiente que pudiera ser fácilmente descartado sin necesidad de limpieza adicional. Recién en la década de 1970, McDonald’s comenzó a servir desayunos, y solo una década más tarde, Starbucks abrió su tienda número 50. Estos acontecimientos históricos marcaron el comienzo de un aumento en la producción y el uso de los vasos de café descartables, y sentaron las bases de lo que actualmente representa una industria manufacturera multimillonaria.
Avancemos al siglo XXI. Ahora enfrentamos una sobreabundancia de vasos de café descartables, la mayoría de los cuales están fabricados a base de poliestireno expandido, papel o plástico. Los tres gigantes de la industria del “café para llevar”, McDonald’s, Starbucks y Dunkin’ Doughnuts, facturan cerca de 20 mil millones de dólares solo por sus ventas de café cada año1. Considerando que cada vaso de café cuesta en promedio 2 dólares, podemos suponer que estas empresas fabrican muchísimos vasos de café para cumplir con esta enorme demanda del consumidor. Durante muchos años, estas empresas han servido las bebidas a sus clientes en vasos de poliuretano expandido, que son relativamente más gruesos que los vasos de papel, por lo que actúan como aislantes más eficaces, si bien ambos materiales poseen propiedades térmicas y mediciones idénticas5. La mayoría de estos recipientes se fabrican con poliestireno expandido, un tipo de plástico de poliestireno lleno de pequeñas burbujas de aire para aumentar la aislación térmica del vaso. Tanto el poliestireno como el policarbonato son plásticos duros que poseen una capacidad aislante mayor, y son más seguros que el papel en términos de protección al consumidor ante fisuras o derrames de bebidas que se encuentran hirviendo dentro del recipiente. Los vasos recubiertos de plástico y fabricados con estos materiales también tienen un punto de fusión más alto y es menos probable que sus productos químicos dañinos se filtren hacia el líquido6
Incluso con un punto de fusión elevado, el estireno, pieza química fundamental de los vasos de café de poliestireno expandido, ha estado asociado a varios problemas para la salud. El estireno es propenso a desprenderse del recubrimiento interno de los vasos de café y filtrarse en las bebidas o alimentos calientes que estos contienen. Los estudios han demostrado que este proceso de lixiviación se acelera con determinados tipos de alimentos, entre ellos, los que contienen alcohol o son hipercalóricos. Los consumidores que toman bebidas en vasos de poliestireno cuatro veces al día durante 3 años, habrán ingerido el equivalente a un vaso de estireno junto con las bebidas. Si bien este es un escenario extremo, describe una imagen vívida de la rápida bioacumulación que presenta esta sustancia tóxica. Algunos síntomas de una corta exposición al estireno pueden incluir irritación de la piel, los ojos y el tracto respiratorio superior, además de una serie de enfermedades y afecciones gastrointestinales. Sin embargo, en general, la exposición a vasos y recipientes de poliestireno no es suficientemente grave como para provocar síntomas agudos. Los casos más graves de exposición se observaron en individuos que viven en las cercanías de una planta de producción de poliestireno. Es posible que estos individuos desarrollen efectos secundarios más graves que resultan del contacto con la sustancia. Algunos síntomas agudos distintivos incluyen cefalea, fatiga, falta de coordinación general e incapacidad de pensar con claridad.
A medida que se conocen los efectos nocivos de la contaminación por poliestireno, muchos fabricantes de vasos de café han cambiado su producción principalmente a vasos de papel. La mayoría de estos vasos están hechos de papel de celulosa con un recubrimiento de PLA (bioplástico derivado de biomasa renovable)7. Dichos vasos de papel son ideales para mantener bebidas calientes y frías que no contienen hielo. El recubrimiento de PLA actúa como una barrera protectora alrededor del papel para evitar su sobresaturación y deformación. Este recubrimiento plástico actúa también como aglutinante para mantener la firmeza de las uniones del vaso. La conductividad térmica del papel es considerablemente menor que la del plástico, por lo que la capa de papel en la parte exterior del vaso protege las manos de los consumidores de la exposición al calor irradiado por el café caliente. Los vasos de papel normalmente se fabrican con una o dos capas de papel. Los vasos de una sola capa de papel no son eficaces para mantener el líquido caliente, debido a la gran diferencia de temperatura entre la parte interior y exterior del vaso, que favorece la condensación. Esta condensación humedece el papel y, como resultado, el vaso pierde su rigidez, por lo que es posible que colapse.
Una solución para evitar la pérdida de rigidez del vaso de papel es mediante la incorporación de una capa aislante adicional. Esta barrera aislante adicional está presente en los vasos de papel de doble capa que, en esencia, actúan como un termo descartable con un espacio de aire entre dos capas de papel. Este espacio de aire reduce la conductividad térmica, lo que permite que el café se mantenga más caliente por más tiempo y brinda una barrera protectora adicional entre el consumidor y la bebida caliente.
El vaso de papel corrugado constituye otra alternativa comúnmente utilizada en la industria de los vasos de café descartables. Este diseño posee la menor conductividad térmica y la menor efusividad térmica en comparación con los vasos de papel de una o dos capas. Un vaso de papel corrugado consta de tres capas de papel de celulosa y una capa superior con una estructura de bajorrelieve de forma singular. Este bajorrelieve genera espacios de aire entre las paredes del vaso para que las manos de la persona solo estén en contacto con las “ondas” que sobresalen en la parte exterior del vaso. Este diseño permite una dispersión térmica más efectiva y elimina la necesidad de una funda para el vaso, que genera una fuente adicional de desperdicios comúnmente asociados al café7.
Existen otras maneras de mejorar la aislación térmica de un vaso de papel. Uno de los métodos más frecuentemente utilizados es colocar un “envoltorio” plástico alrededor de la parte exterior del vaso. Muchos restaurantes y tiendas lo implementan dado que les brinda la oportunidad adicional de publicitar sus marcas en el envoltorio plástico. Si bien el diseño de este vaso de papel disminuye su efusividad térmica, también reduce fuertemente su capacidad de reciclaje, dado que prolonga su tiempo de descomposición.
Durante la última década, la demanda de vasos de papel creció más del 2,3% al año, dado que más restaurantes intentan eliminar su dependencia de los vasos de poliestireno expandido que podrían contaminar el café que se sirve. En septiembre de 2013, McDonald’s dejó de utilizar vasos de poliestireno y pasó a servir el café en vasos de papel. También estableció una meta para toda la empresa para fines de 2020, mediante la cual todos los embalajes principales a base de fibra provendrían de fuentes recicladas y certificadas. Además, McDonald’s sigue evaluando el riesgo de deforestación que genera la fabricación de su embalaje y toma acciones para preservar los ecosistemas forestales. Acciones tales como el uso de recursos naturales renovables que implementan empresas como McDonald’s o el otorgamiento de incentivos, como los programas que promueven el uso del propio vaso de café reutilizable, son medidas tendientes a minimizar la cantidad de residuos no reciclables que resultan del uso generalizado de los vasos de café descartables. Muchos consumidores ahora optan por vasos reutilizables y termos metálicos con paredes aisladas al vacío entre la capa interior y exterior del vaso. Este diseño aprovecha algunos componentes térmicos clave tanto del metal como del aire, lo que permite mantener el calor del café de 4 a 24 horas. La capacidad de estos vasos reutilizables de brindar una barrera térmica entre el café caliente y el ambiente exterior frío supera la capacidad de cualquier tipo de vaso descartable disponible en el mercado que apunte al mismo objetivo.
El diseño y la producción de los vasos de café descartables se centran en aprovechar las propiedades térmicas clave de determinados materiales, tales como la baja conductividad térmica y la baja efusividad térmica. El papel, el poliestireno expandido y el plástico exhiben una baja efusividad térmica (efusión térmica), que evita que el calor irradiado por el café caliente se disipe hacia el ambiente que lo rodea. La baja conductividad térmica de estos materiales también mantiene el calor del vaso al tacto, por lo que evita el daño en la persona que lo sostiene. Si bien estos tres materiales son altamente efectivos para mantener el café caliente, revisten una serie de impactos negativos en el medioambiente y, potencialmente, en la persona que bebe el café. Los grandes actores de la industria de la comida rápida que enfrentan la mayor demanda de vasos de café descartables, como McDonald’s y Starbucks, implementan de manera continua nuevos programas mediante los que se promueve el uso de los vasos propios a cambio de un descuento en la compra de una bebida. En general, estos vasos reutilizables tienen mejores capacidades aislantes que los vasos descartables, por lo que la bebida caliente mantiene su temperatura por un período más prolongado. Algunos restaurantes buscan nuevos y mejores diseños de vasos, que sean fáciles de reciclar y se puedan fabricar con recursos naturales obtenidos de un modo más sostenible. Como consumidores, es nuestra responsabilidad hacer un esfuerzo consciente y optar por vasos de café reutilizables o comprar café en restaurantes que utilicen papel procesado de forma sostenible para la producción de sus vasos. Se espera que este esfuerzo de los consumidores elimine la necesidad y la demanda de los vasos descartables en general, y dirija los esfuerzos de investigación hacia la mejora del diseño térmico de los vasos reutilizables.
Autora: Kallista Wilson | Escritora técnica junior | Thermtest
Figura 1: Foto de Kenta Kikuchi en Unsplash
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