Nanotecnologia: ciencia impulsora de nuevas creaciones al servicio del medio ambiente

En la Aldea Global ya hemos hablado en varias ocasiones de nanotecnología y sus futuras aplicaciones. En un futuro cercano las posibles aplicaciones para la nanotecnología serán realmente increíbles. Sin embargo, hoy me gustaría tratar la nanotecnología en un ámbito menos conocido pero que resulta ser el más necesario en la actualidad: La energía.

Nuestra sociedad está basada en un porcentaje demasiado elevado en el petróleo y sus derivados, un recurso limitado que tarde o temprano terminará por agotarse. Esto nos lleva al siguiente paso de la evolución tecnológica: El problema energético. Uno de los grandes retos que tiene la Humanidad ante sí: encontrar una energía limpia, barata y autosuficiente.

Cuando pensamos en energía, siempre pensamos en cosas grandes: Grandes turbinas, grandes centrales eléctricas, grandes presas, grandes petroleros... Sin embargo, veremos que existen otras vías posibles al problema energético: La nanotecnología podría ser una de ellas!

Nanotecnología : posible solución energética y medioambiental



Particularmente enfocaremos 3 materiales básicos de la nanotecnologia, ligados no solo a procesos orgánicos sino destinados a menguar los problemas medioambientales:

1. Los nanotubos de carbono

Definimos a un nanotubo como estructuras tubulares cuyo diámetro es del orden del nanómetro.

Los nanotubos de carbono son una forma alotrópica del carbono, como el diamante, el grafito o los fullerenos. Su estructura puede considerarse procedente de una lámina de grafito enrolladas sobre sí misma. Dependiendo del grado de enrollamiento(flexibilidad), y la manera como se conforma la lámina original, el resultado puede llevar a nanotubos de distinto diámetro y geometría interna.

El investigador Sumio Iijima, descubridor de los nanotubos de carbono en 1991 –motivo por el cual ha sido galardonado con el Premio Príncipe de Asturias de Ciencia y Tecnología 2008- ha señalado que la nanotecnología podrá ayudar a desarrollar dispositivos más eficientes capaces de consumir entre 10 y 20 veces menos que los actuales equipos, es decir, ahorrando entre el 90% y el 95%, lo cual redundará en una gran disminución de emisiones de dioxido de carbono que se verterán a la atmósfera.

A continuacion daremos una aplicacion de interes de los nanotubos de carbono:

Como adsorbentes

Los nanotubos de carbono poseen una elevada área superficial, su estructura porosa y en capas es ideal para almacenar diversos elementos y sustancias químicas.
En estudios recientes los nanotubos han sido adsorbentes de: nicotina y alquitrán del humo de los cigarrillos, tintas reactivas, compuestos orgánicos volátiles (n-pentano, n-hexano, n-heptano, n-octano, n-ciclohexano, benceno, tricloroetileno), microcistinas, iones metálicos divalentes y Trihalometanos del agua (CHCl3, CHBrCl2, CHBr2Cl y CHBr3).

Remoción de metales pesados: Entre los adsorbentes de iones metálicos tóxicos (carbón activado, zeolitas, biomateriales, resinas, entre otros) los investigadores están interesándose por los nanotubos de carbono debido a su alta capacidad de adsorción. En los estudios, los nanotubos han mostrado gran potencial en la adsorción, sus futuras aplicaciones se proyectan en el cuidado del medio ambiente; en la remoción de iones tóxicos de las aguas residuales de procesos industriales.14
Para mejorar la eficiencia de adsorción, los nanotubos se someten a una previa oxidación. La oxidación se ha hecho con soluciones de varios agentes químicos como: KMnO4, HNO3, NaOCl, HCl, H2SO4, O3 o H2O2; éstas aumentan el número de grupos funcionales que contienen oxígeno (C=O, COOH, OH) y elevan la carga negativa superficial. Los átomos de oxígeno incrementan la capacidad de intercambio iónico.

Usos de nanotubos de carbono


2. Las nanoesponjas: alternativa de desarrollo sostenible

Cuando hace más de 30 años el economista Fritz Schumacher acuñó la expresión "lo pequeño es hermoso", lo hizo con la esperanza de impulsar las "tecnologías intermedias", que emplean técnicas, conocimientos y materiales locales, antes que soluciones de alta tecnología, para resolver los problemas de los pobres.

Sin embargo, en el último tiempo la frase ha adquirido un significado diferente, a medida que científicos e ingenieros comenzaron a desarrollar la nanotecnología — procesos que controlan la materia a escala atómica o molecular — y demostraron que también este campo puede fomentar el desarrollo sostenible.

En nanotecnología, no hay área más promisoria que el tratamiento del agua. Las técnicas de nanofiltración y las nanopartículas pueden reducir o eliminar contaminantes y contribuir a lograr un Objetivo de Desarrollo del Milenio clave: reducir a la mitad la cantidad de personas que carecen de acceso sostenible al agua potable, hacia 2015.

El desarrollo de nanoesponjas que absorben el agua y atrapan las impurezas sobresale como ejemplo de cómo se podrían resolver los problemas de depuración del agua por medio de la nanotecnología en países como Sudáfrica, si se superan las dificultades relativas a su ensayo y comercialización.

Hay quienes las encuentran parecidas a los panales; otros, a infinidad de tazas de té, cada una de ellas tiene apenas una billonésima parte de un metro de ancho. Pero a la hora de ponerles nombre, no dudaron en llamarlas nanoesponjas.

Este tema, debería interesar a la autoridades peruanas y por qué no de todos los países, ya que es biotecnología de punta, sencilla de aplicar y muy económica.
La idea es que uno puede sujetarlas con unas abrazaderas a una fuente de agua, sea el grifo de la cocina o la cañería que transporta el líquido hasta una central termoeléctrica, y ellas absorben el fluido, atrapando las impurezas en una multitud de minúsculas cavidades, y al mismo tiempo dejando pasar el agua pura.

Desde luego, Sudáfrica abriga la esperanza de que las nanoesponjas resuelvan sus problemas para depurar el agua allí donde los tratamientos convencionales son insuficientes: desde llevar agua limpia a toda la población hasta descontaminar los sistemas de refrigeración para evitar que se pudran las turbinas de las centrales. Sin embargo, todavía no se sabe a ciencia cierta si las nanoesponjas cumplirán su promesa, tanto desde el punto de vista técnico como económico: aún tienen defectos, y su producción es costosa.


Una gran utilidad de las esponjas es limpiar vertidos, y existe un gran interés en fabricar estructuras microscópicas que tengan la capacidad de absorber selectivamente determinadas sustancias. Un grupo de investigadores acaba de publicar en Nature Nanotechnology una técnica para la fabricación de nanoesponjas (estructuras de un tamaño en torno a la millónesima parte de un milímetro). El procedimiento consiste en recubrir una estructura enmarañada de nanocables de óxido de manganeso con una capa de silicona para convertirla en hidrófoba, es decir, que repele el agua.

Estas esponjas son unas láminas cuya microestructura en forma de nanocables es capaz de absorber aceites (hasta veinte veces su propio peso), separándolos del agua gracias a una combinación de capilaridad y superhidrofobicidad. El material puede regenerarse y reutilizarse durante muchos ciclos, y al parecer la preparación a gran escala es bastante factible.

No cabe duda de que una de las posibles aplicaciones tiene que ver con la limpieza de vertidos de petróleo y similares. Podría ser útil también en la separación de mezclas de disolventes, gracias a su selectividad.


3. Fotosistema 1: celda energetica natural

Los vegetales en general poseen la cualidad de captar energía solar mediante una serie de pigmentos que conforman el fotosistema 1 , si nos ponemos a pensar un poco la clave de nuevas fuentes de energía hablando a nivel de nanoescala poseen todas aquellas moléculas que conforman el fotosistema 1, mediante una extracción de estas y una manipulación de sus componentes a través de la nanotecnología podría tener nuevos recursos energéticos muchos mas eficientes , poco contaminantes , que nos beneficiarían no solo a nivel económico sino también en cuanto a la preservación medioambiental, a continuación daremos el mecanismo de funcionamiento del fotosistema 1(captación de energía solar):
¿Cómo es captada la energía luminosa?

La energía de la luz es captada por los pigmentos fotosintéticos situados en la membrana tilacoidal de los cloroplastos. Al incidir un fotón sobre un pigmento fotosintético, desplaza un electrón hacia un nivel de mayor energía. El pigmento excitado puede volver a su estado original de tres formas:
- Perdiendo la energía extra en forma de luz y calor (fluorescencia).

- Mediante una transferencia de energía por resonancia, en la que la energía (pero no el electrón) pasa de un pigmento a otro.

- Mediante una oxidación del pigmento, al perder el electrón de alta energía, que será captado por un transportador de electrones.
El pigmento fotosintético más importante es la clorofila, que absorbe el color violeta, azul y rojo, y refleja el verde.
Todos los pigmentos fotosintéticos se agrupan en fotosistemas que, hipotéticamente, podemos imaginar con forma de embudo. Pueden ser de dos tipos: fotosistema I (con un máximo de absorción de 700 nm) y fotosistema II (con un máximo de absorción de 680 nm).