NANOTECNOLOGÍA UNA ALTERNATIVA PARA LOS DERRAMES DE PETRÓLEO

«A pesar de su posible toxicidad, se ha demostrado que los nanomateriales tienen un enorme potencial para brindar soluciones innovadoras en la limpieza de derrames de petróleo debido a su estructura única, propiedades superiores y desempeño sobresaliente.»

Por: Gabriela Pilar Condori Huanca1
1Universidad Nacional Agraria La Molina

 

Mayo 31, 2021
Fuente: Pineda (2019) [1].

Los impactos ambientales provocados por los derrames de petróleo en ríos, mares y océanos se encuentran entre los más graves desastres ambientales que atentan contra la biodiversidad. Ocasionando la muerte de los animales por asfixia, aumento de infección en aves por absorción de ciertas cantidades de petróleo, efectos negativos sobre la reproducción y propagación a la fauna y flora marina, causando la destrucción de fuentes alimenticias de las especies.

El petróleo se deposita sobre los fondos marinos matando y provocando efectos letales sobre miles de animales y plantas vitales para los ecosistemas. Según Celis [2] los efectos letales sobre los animales marinos pueden abarcar deformaciones, pérdida de fertilidad, reducción del nivel de eclosión de huevos, alteraciones en su comportamiento y gran cantidad de efectos derivados de la toxicidad del vertido. Estos efectos también pueden afectar en el bienestar de los pobladores e incluso perdurar por un periodo largo generando mayores perjuicios para la economía y el bienestar social de la región, desencadenando grandes consecuencias sociales, económicos y ecológicos.

La pregunta sería ¿cuánto duran los impactos del petróleo en el ecosistema? Según Jewett et al. [3] los impactos del petróleo tienen un efecto de décadas, sin embargo, eso no es lo más aterrador también hay efectos del petróleo sobre la salud humana, el petróleo y sus componentes pueden entrar en contacto con el cuerpo humano a través de tres rutas: i) la absorción por la piel; ii) la ingestión de comida y bebida y iii) la inhalación a través de la respiración. Cuando el petróleo contamina el medio ambiente los componentes más pesados tienden a depositarse en los sedimentos, desde donde pueden contaminar rápidamente las fuentes de agua o ser consumidos por organismos que pueden entrar en la cadena alimenticia del hombre.

La remoción del petróleo derramado de los ecosistemas marinos y otras masas de agua se han convertido en un importante desafío ambiental , según Khosravi y Azizian [4] el gasto para limpiar el derrame de petróleo en el mar depende de varios factores, como por ejemplo, el tipo, la cantidad y la intensidad de la contaminación por petróleo, tiempo y sitio de colisión (que involucran coordenadas del lugar, características geográficas, políticas, económicas, físicas y biológicas del sitio), clima del área contaminada y condiciones del mar.

En los últimos años, la nanotecnología se ha convertido en una fuente potencial de soluciones novedosas para muchos de los problemas más importantes del mundo. Aunque la aplicación de la nanotecnología para la limpieza de derrames de petróleo aún se encuentra en su etapa incipiente, ofrece una gran promesa para el futuro. Así mismo, hubo un interés particularmente creciente en todo el mundo por explorar formas de encontrar soluciones adecuadas para limpiar los derrames de petróleo mediante el uso de nanomateriales. Por lo que se presentan aquí algunas de las ideas que se han utilizado alrededor del mundo y que bien podrían ayudar para limpiar el derrame de petróleo.

Nanotubos de carbono (CNT)

Un grupo de científicos de la universidad de Rice [5], desarrolló una esponja hecha en base a nanotubos de carbono, que puede absorber alrededor de 100 veces su peso en petróleo. La espuma flexible es hidrofóbica y se mantiene a flote en todo momento. 99% de su volumen es aire. Además, se puede agregar nanopartículas de hierro, lo que facilita su recolección en el mar gracias a imanes. Luego de recoger el petróleo, estas esponjas se pueden quemar eliminando así el hidrocarburo sin destruirse y con posibilidad de reutilizarse. La desventaja es que provoca contaminación a través de la combustión ¿Por qué no ha sido posible la aplicación de estos materiales a gran escala? No ha sido posible debido a los altos costos que generaría la obtención de estos materiales en cantidades industriales. Según Mesa et al. [6], el crecimiento de la esponja con espesor de 1 cm tarda aproximadamente 4 horas , entonces la producción de esponjas de mayor espesor tomaría un tiempo muy prolongado, lo cual no es favorable para la industria. Además, que estas investigaciones solo han sido probadas con muestras de laboratorio como se muestra en la figura 1, mas no se ha estudiado la aplicación in situ.

Figura 1. Eliminación de petróleo derramado de la superficie del agua mediante esponjas de M-CNT bajo campo magnético: (a) Imagen óptica de una caja de esponjas con un volumen de aproximadamente 5 L; (b) Imagen SEM (Microscopio Electrónico de Barrido) del CNT poroso; (c) Imagen TEM (Microscopio Electrónico de Transmisión) de un CNT relleno de nanocables de Fe (hierro) magnéticos; (d) Aceite (teñido de azul) extendiéndose sobre el agua; se han colocado cuatro bloques de esponjas de M-CNT sobre el aceite; (e) Superficie del agua limpia después de la completa absorción del aceite por las esponjas; (f) Recogida de las esponjas utilizando un imán. Fuente: Gui et al. [7].

Óleo-esponja con capa extremadamente fina de óxido metálico

La esponja que absorbe petróleo, desarrollada por el Laboratorio Nacional Argonne (ANL) y el científico seth darling del centro de materiales nanoscópicos del ANL, se asemeja a una manta acolchada o a un cojín de asiento al aire libre de color marrón y aspecto rudo. Según sus creadores podría revolucionar la limpieza de los derrames de crudo en el agua y las acumulaciones de diésel y aceites en las zonas portuarias. Adicionalmente, los investigadores usaron una técnica de nanotecnología llamada síntesis de infiltración secuencial (SIS), para infundir una capa extremadamente fina de óxido metálico (un material inorgánico) en los rincones y los recovecos del polímero, cerca de las superficies interiores de la espuma [8].

Figura 2. Imagen de la óleo-esponja que cuando entra en el agua recoge los óleos por los agujeros tratados con nanotecnología. Fuente: Galilea [8].
Figura 3. La óleo-esponja está fabricada a partir de espuma de poliuretano común, a la que se han unido mediante nanotecnología una capa extremadamente fina de óxido metálico y moléculas que atrapan el petróleo. Fuente: Galilea [8].

Limpiar el petróleo con imanes

Un grupo de investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusets (MIT), elaboró en el año 2012 una peculiar forma de limpiar los derrames de petróleo, este proceso se puede aplicar en el mar, por ello los científicos mezclaron repelentes del agua con nanopartículas de hierro, las cuales se depositan en el hidrocarburo adhiriéndose a este, pero separándose del agua. De esta forma, después se utilizan imanes para atraer el petróleo y sacarlo de los mares [8].

Esta investigación puede ser llevado a cabo desde barcos y la gran ventaja es que las nanopartículas después pueden ser retiradas del petróleo haciendo reutilizable este último.

Figura 4. Se muestra el sistema de separación que consta de un canal de derivación con imanes a lo largo de un lado. Si la concentración de la mezcla petróleo-ferrofluido fuera cero, el agua fluirá naturalmente por ambas ramas. Fuente: Galilea [8].

El consumo de petróleo y productos derivados están aumentando en todo el mundo, en consecuencia la demanda para tratar el agua contaminada con petróleo está aumentando. Así mismo, la protección del medio ambiente es muy importante y es prioridad disminuir los derrames de petróleo tanto como sea posible. Existen muchas barreras para limpiar los derrames de petróleo, como la falta de presupuesto gubernamental y el alto costo de realizar el proceso requerido. Por lo tanto, el descubrimiento de métodos/materiales nuevos y de bajo costo para la limpieza de derrames de hidrocarburos es muy conveniente desde el punto de vista práctico y ambiental.

 

REFERENCIA

    1. Pineda J. Contaminación por Petróleo [Internet]. Encolombia. 2019 [citado 10 mayo 2021]. Disponible en: https://encolombia.com/medio-ambiente/interes-a/contaminacion-por-petroleo/

     

    1. Celis J. Efectos de los derrames de petróleo sobre los habitats marinos. Ciencia Ahora [Internet]. 2009 [citado 10 mayo 2021];(24):28. Disponible en: http://sgpwe.izt.uam.mx/files/users/uami/patt/4._Contaminacion_Quimica/10_derrames_petroleo.pdf

     

    1. Jewett S, Decano T, Woodin B, Hoberg M, Stegeman J. Exposición a hidrocarburos 10 años después del derrame de petróleo del Exxon Valdez: evidencia de la expresión del citocromo P4501A y FAC biliares en peces demersales cercanos a la costa. Marine Environmental Research [Internet]. 2002 [citado 10 mayo 2021];(1):1. Disponible en: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141113602000934?via%3Dihub

     

    1. Khosravi M, Azizian S. Derrame de petróleo avanzado técnicas de descontaminación [Internet]. 1.ª ed. San diego: Academic press; 2019 [citado 10 mayo 2021]. Disponible en: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128141786000121#abs0010.

     

    1. Burotto C. Derrame petrolero en Quintero: 7 soluciones innovadoras [Internet]. El definido. 2014 [citado 10 mayo 2021]. Disponible en: https://eldefinido.cl/actualidad/mundo/3052/Derrame_petrolero_en_Quintero_7_soluciones_innovadoras/

     

    1. Meza F, Adauto A, Dueñas A, Ludeña M, Samaniego L. Nanotubos de carbono y la química verde: una posibilidad de recuperación del río amazonas [Internet]. 2017 [citado 10 mayo 2021]. Disponible en: http://blog.pucp.edu.pe/blog/qv151mq/2017/05/22/nanotubos-de-carbono-y-la-quimica-verde-una-posibilidad-de-recuperacion-del-rio-amazonas/

     

    1. Gui X, Tang Z, Cao A, Zhu Y, Xiang R, Gan Q, Lin Z, Zeng Z. Nanotubos de carbono macroporosos magnéticos y altamente reciclables para la absorción y separación de aceite derramado. ACS Appl. Mater. Interfaces [Internet]. 2013 [citado 10 mayo 2020];(12):1. Disponible en: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/am4015007.

     

    1. Galilea D. La óleo-esponja absorbe 90 veces su propio peso y extrae distintos tipos de petróleo. La vanguardia [Internet]. 2017 [citado 11 mayo 2021];:1. Disponible en: https://vanguardia.com.mx/articulo/la-oleo-esponja-absorbe-90-veces-su-propio-peso-y-extrae-distintos-tipos-de-petroleo

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