La nanotecnología en el medio ambiente.

Por: Xochiquetzalli González Bautista

Algunas de las aplicaciones de la nanociencia y la nanotecnología han tenido un impacto significativo en el desarrollo sostenible e influye de cierta manera a la mayor parte de los sectores industriales, como la energía, materiales, agricultura, medios de transporte entre otras.

Pero, antes de adentrarnos sobre el uso de estas nanotecnologías, comencemos por conocer que es la nanotecnología. Nano significa pequeño, algo muy pequeño, es un millón de veces más pequeño que la medida más pequeña en una regla. De acuerdo con la RAE (Real Academia Española) su definición es la siguiente: Es una tecnología de los materiales y de las estructuras en la que el orden de magnitud se mide en nanómetros, con aplicación a la física, la química y la biología. generalmente entre uno y 100 nanómetros. El prefijo “nano”, viene del latín “nanus” que significa “enano” y se utiliza en términos científicos para hablar de la milmillonésima parte de algo, lo que equivale a tomar el número 1 y dividirlo entre 1,000,000,000 millón. Al parecer, estamos hablando de algo extremadamente pequeño, pero... ¿qué tan pequeño?

Para ponerlo en perspectiva el tamaño de un nanómetro podemos tomar un cabello de nuestra cabeza. A simple vista no lograremos a apreciar nada, pero con la ayuda de microscopios adecuados las cosas irán cambiando y se tornarán interesantes. Si comenzamos a comparar nuestro cabello con un glóbulo rojo observaremos que aún sigue siendo grande la escala, pero, si ahora nos vamos más a fondo veremos el glóbulo rojo como el tamaño de un estadio, y es ahí donde está el mundo nano. Los virus pertenecen a la escala nano.

El glóbulo rojo a pesar de ser muy grande para esta escala, está compuesto por cosas nano, cuando se realiza un acercamiento se notará que sus paredes externas están estables gracias a las proteínas que son parecidas a una malla flexible. Sin estas nanoestructuras reforzadas las células serían más frágiles y más rígidas.

Todo, absolutamente todo está compuesto por materiales nano. Entonces los materiales nanos son una distribución de moléculas y átomos que al combinarse crean bloques, que es una construcción estable que pueden formar estructuras más grandes y complejas.

Pero, ¿cuál es la relación de la nanotecnología con el medio ambiente?

El rápido aumento en la producción industrial de materiales y su requerimiento por parte de la población humana va en aumento año con año y esto es una gran amenaza ambiental. Por otro lado, los materiales avanzados en forma de nanomateriales para aplicaciones existentes e innovadas, han creado desafíos para solucionar los problemas que nos aquejan, enfocados en el medio ambiente.

Hoy en día dependemos en gran medida de los combustibles fósiles, en especial el petróleo y el gas para la energía y el medio de transporte que usamos día con día, y esto llega a tener un efecto y un gran impacto en nuestro medio ambiente, dejando como resultado la destrucción de ecosistemas enteros.

La nanotecnología ayuda en al ahorro de recursos mediante la mejora de la eficiencia de las fuentes de energía renovables, existe la posibilidad de sustituir ciertos materiales abundantes, y de cierta forma puede mejorar el medio ambiente reduciendo ciertos recursos naturales no renovables y en la limpieza de la contaminación que presenciamos actualmente. También tiene capacidad de detectar y cuantificar la presencia de agentes tóxicos en el medio ambiente.

La producción de estos nanomateriales aumenta día con día y se prevé que su aplicación se amplíe en un futuro próximo. Se espera que la aplicación de la nanotecnología, ya sea como tecnología independiente o integrada, para lograr una mejor degradación/eliminación de contaminantes de los entornos de agua, suelo, aire y sedimentos. Los nanomateriales también son útiles para detectar cantidades mínimas de contaminantes orgánicos persistentes, microcontaminantes y productos químicos peligrosos en diferentes entornos.

Un mejor control sobre el proceso de fabricación ayudará a proporcionar una buena alternativa a las tecnologías convencionales de tratamiento de la contaminación al final del proceso. Su aplicación es una gran promesa para resolver los desafíos globales, ofreciendo soluciones sostenibles. El impacto ecológico de los nanomateriales y otros contaminantes orgánicos persistentes también debe estudiarse seriamente.

Existe un gran entusiasmo, y rodea el potencial de los nanomateriales en la remediación de muchos problemas ambientales que afectan a nuestra sociedad. Hay muchos tipos de necesidades de tecnologías de remediación ambiental, pero dos, son las más importantes: la purificación del aire y el agua; ambas se destacan como las más importantes.

El mejorar en estas dos áreas ayudaría a aliviar muchos de los problemas de salud que enfrentan grandes segmentos de la población en todo el mundo. Los efectos adversos asociados con los contaminantes tanto en el agua como en el medio ambiente son ampliamente comprendidos y apreciados tanto por el público como por la comunidad investigadora. Por supuesto, existen muchas tecnologías establecidas que buscan abordar la contaminación del aire o del agua. Estos sistemas convencionales no han llegado en modo alguno a sus límites.

El agua limpia o utilizable en las cantidades necesarias es notablemente difícil de encontrar en muchas partes del mundo. Existen estándares para que el agua se considere lo suficientemente limpia para su uso, y el agua potable requiere estándares muy altos. No se considera limpia si contiene concentraciones excesivas de contaminantes de fuentes naturales o artificiales. El exceso de contenido de sal es un problema en muchas situaciones. Las fuentes naturales incluyen algas u otras partículas naturales disueltas.

Hoy en día, existen muchos medios convencionales para purificar el agua, según su fuente y el uso final previsto, como el agua potable frente al uso industrial; sin embargo, estos métodos convencionales funcionan, pero muchos son muy costosos, por ejemplo, los tratamientos químicos, o tienen capacidades de flujo limitado u otras limitaciones. Los nanomateriales pueden ayudar a mejorar muchos de estos procesos convencionales y también ofrecer nuevos enfoques. Los enfoques recientes con visión de futuro, incluyen el uso de sistemas de filtración avanzados, procesos catalíticos mejorados y procesos electrónicos, todos los cuales son candidatos naturales para mejoras mediante el uso de nanotecnologías.

Para la purificación del aire, desafortunadamente, nuestra sociedad está demasiado familiarizada con los problemas de contaminación del aire, y los peligros potenciales para la salud son ampliamente conocidos. Al igual que con la purificación del agua, el uso de nanomateriales puede ayudar a contribuir a un aire más limpio. El smog y los altos niveles de ozono se desarrollan en respuesta a muchas sustancias, en particular los dióxidos de nitrógeno y azufre, así como a muchos compuestos orgánicos volátiles (COV). Los enfoques generales para la purificación del agua y del aire son sorprendentemente similares. La mejora de la calidad del aire mediante métodos de filtración y adsorbentes se emplea ampliamente, al igual que los procesos catalíticos de un tipo u otro.

Hay al menos seis métodos principales de purificación de aire en uso en varias escalas hoy en día: catalítico, filtración, adsorción, absorción, medios electrostáticos y el uso de luz ultravioleta.

La tecnología UV fotocatalítica implica la activación de partículas catalíticas en un medio para atraer partículas en el aire. La contribución más citada de la nanotecnología actualmente en uso para filtrar el aire implica un proceso conocido como oxidación fotocatalítica, en el que un catalizador semiconductor (generalmente dióxido de titanio u óxido de zinc) se expone a la luz ultravioleta para producir radicales hidroxilo altamente reactivos en el aire que reaccionan con los COV u otros contaminantes.

Es probable que la solución de los problemas masivos de contaminación del aire que existen en todo el mundo se aborde más directamente mediante la reducción de la fuente y las opciones de tratamiento directo del tipo mencionado anteriormente.

No obstante, el problema de nuestro medio ambiente, es tan grande que se deben aprovechar todas las oportunidades para abordar estos problemas. Están surgiendo varias ideas que son bastante creativas y quedan fuera de los enfoques comunes.

Las nanotecnologías ofrecen un potencial asombroso en términos de implantes con capacidades controlables o sensibles y esto es un primer paso, en donde la nanotecnología y sus ramas, pueden contribuir a mejorar los sistemas de control medioambiental.