El agua contaminada por fosfatos y metales procedentes de la agricultura y la industria implica riesgos significativos para la salud humana y el medio ambiente. A la vez, estos elementos poseen un alto valor como recursos no renovables esenciales para la agricultura y las energías renovables.
Purificar el agua y, a la vez, aprovechar los contaminantes valiosos, supone un reto para el que los científicos llevan años buscando soluciones efectivas y sostenibles a este grave problema, que afecta a cientos de millones de personas en el mundo.
Una investigación protagonizada por expertos de la Universidad de Northwestern (privada), en Estados Unidos, ha obtenido resultados esperanzadores: han conseguido desarrollar una esponja ‘inteligente’ especializada capaz de absorber contaminantes como fosfatos, cobre y zinc, para posteriormente liberarlos de manera controlada, dejando el agua con niveles imperceptibles de estas sustancias.
Esta innovadora solución promete ser una alternativa reutilizable y de bajo costo frente a las tecnologías existentes actualmente, que suelen ser costosas y de un solo uso.
La tecnología puede utilizarse como un absorbente universal o puede ajustarse a grupos específicos de contaminantes
El dispositivo, desarrollado por un equipo liderado por Vinayak Dravid, está recubierto con nanopartículas diseñadas para atraer y retener contaminantes. La esponja ha demostrado su eficacia en la absorción de metales pesados, fosfatos e incluso microplásticos, aceite y petróleo.
El funcionamiento de esta esponja se basa en la afinidad de sus nanopartículas con los contaminantes, permitiendo su captura y posterior liberación al exponerse a distintos niveles de pH.
Verido de agua contaminada. / Agencias
El equipo ha detallado la capacidad del dispositivo para adaptarse a la eliminación de contaminantes específicos presentes en el agua en un artículo publicado en ‘ACS ES&T Water’. «La tecnología puede utilizarse como un absorbente universal o puede ajustarse a grupos específicos de contaminantes como metales, plásticos o nutrientes», señala Dravid.
Fosfatos, cobre y zinc
La esponja ‘inteligente’, en su versión inicial, estaba fabricada con poliuretano y recubierta con un material capaz de atraer aceite y repeler agua. La versión más reciente, sin embargo, está compuesta de celulosa altamente hidrofílica, recubierta con nanopartículas de óxido de hierro, que facilitan la absorción de otros tipos de contaminantes.
La eficacia de este dispositivo, según sus creadores, radica en la estructura porosa del material, que ofrece una gran superficie de contacto para la captura de sustancias nocivas.
Dravid compara esta tecnología con una «navaja suiza» debido a su versatilidad y posibilidad de reutilización. Con el fin de llevar esta innovación al mercado, el investigador ha fundado una empresa, Coral Innovations, centrada en la aplicación de la tecnología de esponjas para la mejora del medio ambiente.
Otra empresa, StormTrap, LLC, especializada en equipos de tratamiento de aguas pluviales, se interesó en la tecnología tras conocer su potencial. Buscando soluciones para la reducción de tres contaminantes críticos –fosfatos, cobre y zinc–, de los que se registran niveles excesivamente altos en muchas ciudades, esta compañía solicitó al equipo de Dravid que desarrollara un método para reducir la concentración de esos materiales a niveles no detectables.
Buena parte de la contaminación del agua proviene de vertidos de la agricultura. / Pixabay
Según las regulaciones de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA, por sus siglas en inglés), los niveles permitidos de ciertos minerales en el agua potable pueden ser más altos de lo que se considera seguro para prevenir la proliferación de algas y otros impactos ambientales.
Por esta razón, encontrar métodos altamente efectivos para la captura y eliminación de contaminantes se considera desde hace tiempo ‘una prioridad’. “No se trata solo de limpiar el agua, sino de redefinir cómo interactuamos con los recursos naturales”, destaca Kelly Matuszewski, primera autora del estudio,
Economía circular
Uno de los mayores desafíos del equipo fue encontrar una manera eficiente de liberar los contaminantes atrapados sin comprometer la funcionalidad de la esponja. Matuszewski lideró el proceso de investigación para determinar cómo recuperar los materiales absorbidos.
«No podemos seguir desechando estos minerales. Necesitamos entender cómo interactúan y encontrar formas de reutilizarlos», explica la investigadora.
El método desarrollado por Matuszewski pasa por una manipulación del pH del agua. Al reducir el pH (ligeramente ácido), los metales pesados como el cobre y el zinc son liberados de la esponja. Posteriormente, al elevar el pH, (ligeramente básico) los fosfatos también se desprenden del material.
Las pruebas realizadas demostraron que, tras cinco ciclos de uso, la esponja aún mantenía su eficacia y lograba reducir la presencia de contaminantes
Las pruebas realizadas durante el estudio demostraron que, tras cinco ciclos de uso, la esponja aún mantenía su eficacia y lograba reducir la presencia de contaminantes a niveles no detectables.
«La metodología exhibida en este informe muestra el potencial para avances sostenibles en la economía circular, la recuperación de recursos y el tratamiento del agua«, recoge el estudio.
Por otro lado, la colaboración entre la Universidad de Northwestern y StormTrap ha permitido acelerar la transición de la tecnología del laboratorio a su aplicación en la industria. No obstante, aún quedan etapas cruciales por desarrollar.
La siguiente fase del proyecto consiste en probar la esponja en escenarios reales, en los que las concentraciones de contaminantes pueden variar considerablemente respecto a las condiciones controladas del laboratorio. El objetivo será evaluar la capacidad de retención de la esponja en condiciones dinámicas y determinar su rendimiento a gran escala. Además, el equipo de Northwestern está explorando nuevas colaboraciones con otros investigadores para mejorar la calidad del agua en ríos y lagos contaminados.