Tratamiento nano del agua exige ingeniería innovadora

Desarrollar productos utilizables es clave para el funcionamiento de la nanotecnología aplicada al tratamiento de aguas, dice Ashok Raichur.

El mundo de la nanotecnología, en rápida evolución, cautiva a investigadores de diversos campos, desde la salud y la nutrición hasta la agricultura y el medio ambiente. En particular, muchos países en desarrollo investigan cómo se podría mejorar el acceso al agua limpia a través de la nanotecnología, y en la última década han trabajado bastante en el laboratorio con nanopartículas para su tratamiento. Brasil, China, India, Arabia Saudita y Sudáfrica, por ejemplo, cuentan con centros dedicados a la investigación en nanotecnología donde se estudia el tratamiento de aguas.

Los científicos han superado el reto inicial de producir sus propias nanopartículas. Pero su uso eficaz en el tratamiento de aguas a gran escala es más difícil, y en este aspecto aún no se ha aprovechado todo el potencial de la nanotecnología. Si bien existen aplicaciones promisorias para uso doméstico —por ejemplo, investigadores del Centro de Investigación Atómica de Bombay (India), avanzan en la producción de filtros de agua a partir de nanotubos de carbono—, los productos comerciales aún son escasos y poco frecuentes en el mundo en desarrollo, especialmente aquellos que podrían adquirir los pobres.

No obstante, las propiedades únicas que poseen las nanopartículas, las hacen especialmente apropiadas para tratar aguas: tienen el potencial de mejorar procesos como la adsorción, la catálisis y la desinfección. Suelen poseer gran capacidad catalítica: por ejemplo, a la hora de degradar moléculas orgánicas perjudiciales para el medio ambiente, el nano dióxido de titanio da mucho mejor resultado que las partículas micrónicas convencionales. Del mismo modo, las nanopartículas de dióxido de titanio y plata tienen mayor poder desinfectante en el tratamiento del agua potable. Más aún, las nanopartículas pueden ser diseñadas para producir partículas a la medida, destinadas a usos específicos.

Teniendo en cuenta la demanda creciente que se registra en los países en desarrollo, el uso de la nanotecnología para obtener agua limpia parece una alternativa viable.

Sin embargo, dar el salto hacia las aplicaciones comerciales es complicado y aún una meta lejana para la mayor parte de los países pobres: el solo hecho de producir nanomateriales en cantidades suficientes para uso industrial es un desafío muy grande y puede resultar costoso.

Preocupación por la toxicidad

Además, la manipulación y el uso de nanomateriales puede causar problemas. Para decirlo de una manera sencilla, son tan diminutos que pueden dispersarse fácilmente en el aire y por tanto ser difíciles de retener. Y como aún no se sabe a ciencia cierta los riesgos que pueden presentar para el medio ambiente y la salud, significa que deben ser eliminados por completo antes de desechar el agua, con el fin de evitar la contaminación del ambiente o de las cadenas alimenticias.

Pero es casi imposible filtrar las nanopartículas: dado su reducido tamaño, bloquean fácilmente los materiales empleados para los filtros. Además, como las plantas depuradoras trabajan a gran escala, el filtrado de nanopartículas puede ser una operación costosa, lo que encarece el tratamiento del agua.

Existe una enorme preocupación sobre los posibles efectos tóxicos que las nanopartículas introducirían en la cadena alimenticia. Aún no sabemos cómo afectan al cuerpo humano; por su tamaño, son capaces de traspasar diversas barreras y llegar hasta órganos delicados, como el cerebro o el corazón, y además son difíciles de eliminar del organismo. La nanotoxicología es una nueva área de investigación: científicos de todo el mundo estudian los efectos de las nanopartículas en diferentes formas de vida. Y mientras este aspecto no sea dilucidado, debemos ser cautelosos al usarlas, en especial para el tratamiento de aguas.

Se necesita ingeniería innovadora

Superar las dificultades del uso de nanotecnologías para el tratamiento del agua significa crear soluciones innovadoras que permitan diseñar un producto utilizable. Una alternativa sería desarrollar métodos que no impliquen la suspensión de las nanopartículas en el agua. Por ejemplo, se podría pegar, o ‘inmovilizar’ las nanopartículas sobre un material idóneo, como láminas de acero o hechas a base de polímeros, que se puedan sumergir y extraer de los tanques de agua con facilidad y que tuvieran función catalítica o adsorbente.

Desde luego, habría que tener cuidado de no alterar el tamaño y la integridad de las nanopartículas para conservar los beneficios de operar a escala nano. Pero si se logra, la inmovilización es una técnica útil, ya que permitiría mantener el agua libre de nanopartículas durante su tratamiento y después de él. De hecho, en el Instituto de Ciencias de la India en Bangalore, estamos desarrollando esta técnica para degradar moléculas orgánicas empleando nanopartículas de dióxido de titanio. Los resultados son muy promisorios y trabajamos en estrecha colaboración con la Universidad de Johannesburgo para ampliar la escala del proceso en el corto plazo.

Además de diseñar soluciones, los investigadores en nanotecnología deben trabajar con médicos y otros científicos para comprender cabalmente los efectos tóxicos de las nanopartículas y la suerte que corren en el medio ambiente.

La necesidad del momento, en especial en los países pobres, es desarrollar nuevos materiales que permitan producir agua potable de forma eficiente. Pero el reto mayor es idear maneras innovadoras de aprovechar las propiedades novedosas de los nanomateriales para que la humanidad obtenga el máximo beneficio sin dañar el medio ambiente.

Ashok Raichur es profesor adjunto del Departamento de Ingeniería de Materiales del Instituto de Ciencias de Bangalore (India).