Aproximadamente 2 000 millones de personas en todo el mundo no tienen acceso a servicios de agua potable gestionados de manera segura, 3 600 millones no cuentan con servicios de saneamiento seguros y 2 300 millones carecen de instalaciones básicas para lavarse las manos, según asegura el Banco Mundial. Las cifras son claras: nos enfrentamos a una crisis del agua.
Jordi Diaz Marcos, Universitat de Barcelona
Esta crisis tiene implicaciones para la salud, la seguridad y el bienestar de millones de personas. Por ejemplo, una de las consecuencias de la falta de agua limpia es la propagación de infecciones y enfermedades mortales como el cólera y la disentería. También afecta a la producción de alimentos, lo que implica hambre en comunidades vulnerables.
¿Y qué podemos hacer?
En el marco del Día Mundial del Agua queremos explorar cómo la nanotecnología puede convertirse en una herramienta clave para afrontar el problema del tratamiento y la gestión del agua global. Esta ciencia incluye tecnologías que operan en la nanoescala, entre 1 y 100 nanómetros.
La cantidad de agua limpia disponible a nivel mundial está disminuyendo. Las causas son múltiples e incluyen sustancias y moléculas orgánicas e inorgánicas. Estas pueden ser altamente tóxicas y, en algunos casos, no biodegradables, lo que causa grandes estragos en la vida de plantas y animales. Para su limpieza necesitamos “biorremediar” el agua a través de estrategias como la filtración, la cristalización y la sedimentación.
La nanotecnología tiene mucho que aportar en este campo.
Los nanomateriales tienen una gran relación entre superficie y volumen, lo que aumenta en gran medida su reactividad. Un ejemplo son los nanosensores usados en desalinización de agua de mar, purificación de agua contaminada y en sensores en MEMS.
Las grandes propiedades de adsorción de estos materiales también son muy interesantes. La “adsorción” es la capacidad que tienen para atraer a sus superficies moléculas de gases o soluciones con las que están en contacto cercano. Debido a su alta superficie específica, los nanoadsorbentes tienen un gran potencial para procesos de descontaminación novedosos. Son más eficientes y rápidos, y resultan útiles para la eliminación de contaminantes orgánicos e inorgánicos como metales pesados y micropoluentes.
Otro campo de interés donde los nanomateriales se están aplicando es la tecnología de membranas. Estas mejoran la selectividad, permeabilidad y actividad antibacteriana de las membranas de filtración.
La nanotecnología también está transformando la desalinización porque la hace más eficiente y menos costosa. Las membranas de nanofiltración requieren menos presión que las convencionales, lo que reduce el consumo energético. Así, el uso de la nanotecnología en el tratamiento del agua reduce la dependencia de productos químicos nocivos y puede disminuir la generación de residuos secundarios.
¿Por qué son interesantes los nanomateriales?
Los nanomateriales presentan una alternativa novedosa a los métodos clásicos de tratamiento de agua y aguas residuales y su uso ofrece varias ventajas. Muchos se utilizan junto con métodos de tratamiento convencionales debido a su mayor capacidad de adsorción y especificidad del sustrato.
Gracias a su alta porosidad, tamaño relativamente pequeño y superficie muy activa son capaces de eliminar contaminantes muy diferentes. Esto incluye colorantes, metales pesados, residuos de pesticidas, materia orgánica y otras impurezas no deseadas en el agua.
La lista no termina aquí. Sus ventajas incluyen propiedades mecánicas sobresalientes, bajo costo operativo, biocompatibilidad y la posibilidad de ser producidos a partir de fuentes sostenibles. Los nanomateriales exhiben alta capacidad, cinéticas de reacción rápidas, especificidad hacia los contaminantes y actividad antibacteriana.
A su vez, por su tamaño minúsculo, son muy útiles en la obtención de pequeñísimos filtros. Su gran poder catalítico y adsorbente pueden aprovecharse con gran provecho. Además, permiten crear nanomembranas, es decir, filtros que separan líquidos y gases a nivel molecular.
Por último, el uso de la nanoelectrónica nos permite obtener excelentes sensores para evaluar la calidad del agua.
Algunos ejemplos de nanomateriales
- La nanocelulosa. Destaca por su gran área superficial y resistencia, muy adecuada para sistemas de purificación del agua. Utilizada para eliminar contaminantes bacterianos y químicos, tiene potencial en la tecnología de purificación.
- Grafeno. Con él podemos crear nanofiltros, recubriendo con grafeno membranas de nanofiltración. Estas membranas son eficientes en la separación de moléculas en una fase gaseosa o líquida. Tienen aplicaciones potenciales en el tratamiento del agua, la desalinización y la eliminación de iones de sal.
- Nanotubos de carbono. Permiten crear filtros electroquímicos útiles para la purificación de las aguas residuales. Ayudan a reducir la tasa de colmatación y el consumo de energía, haciéndolos ideales para filtrar y reciclar aguas residuales. Además, son eficaces en la remoción de metales pesados como el mercurio y el plomo por adsorción.
- Dióxido de titanio. Estas nanopartículas son utilizadas por su capacidad fotocatalítica, que permite descomponer contaminantes orgánicos bajo la luz ultravioleta.
- Zeolitas. Tienen una estructura muy porosa que permite incrustar nanopartículas como los iones de plata. cuando se utilizan con fines sanitarios, la plata ataca a los microbios e inhibe su crecimiento.
La nanotecnología también está transformando la desalinización porque la hace más eficiente y menos costosa. Las membranas de nanofiltración requieren menos presión que las convencionales, lo que reduce el consumo energético. Así, el uso de la nanotecnología en el tratamiento del agua reduce la dependencia de productos químicos nocivos y puede disminuir la generación de residuos secundarios. Esto contribuye a una gestión más sostenible de los recursos hídricos.
El futuro del agua y, por ende, el futuro de la humanidad, estará ligado al avance de nuevas herramientas como las nanotecnologías. En un futuro cercano se prevé que el tratamiento del agua aproveche más nanomateriales con un rendimiento mejorado en comparación con los métodos actuales. Esto permitirá cumplir con regulaciones ambientales y de salud cada vez más estrictas. Gracias a eso, la crisis del agua quizá algún día será una cuestión del pasado.
Jordi Diaz Marcos, Profesor departamento materiales y microscopista , Universitat de Barcelona
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.
