Uno de los principales desafíos que enfrenta hoy día nuestra sociedad es lograr el desarrollo sostenible. El cambio climático global, vinculado a una grave degradación ambiental, es consecuencia de una sociedad enfocada en producir, consumir y desechar sin considerar otros aspectos más allá del beneficio económico.
Esta explotación sistemática de los recursos naturales nos lleva a la urgente necesidad de implementar un cambio de modelo económico, que se base en prácticas de producción y consumo sostenibles. Este enfoque debería restringir el uso de recursos no renovables y fomentar la utilización, reutilización y reciclaje de los recursos disponibles.
A nivel global, el acceso al agua potable, (un recurso vital para la vida) se ha convertido en un desafío. Según el último informe de las Naciones Unidas, aproximadamente 2.000 millones de personas carecen de acceso al agua potable, mientras que más del doble no tienen acceso a servicios de saneamiento y/o tratamiento de agua (UNESCO, ONU Agua, 2020: Informe Mundial de las Naciones Unidas sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos).
Estos factores en conjunto con el rápido crecimiento de la población mundial y el actual patrón de consumo han llevado a un deterioro significativo de la calidad de agua y de los recursos hídricos.
Entre los contaminantes que se encuentran actualmente se encuentran los fármacos, agroquímicos, artículos de cuidado e higiene personal, micro plásticos, entre otros. Esta clase de compuestos se las denomina “Contaminantes Emergentes” porque hace relativamente pocos años que se los detecta en los cuerpos y cursos de agua.
Esta clase de compuestos plantean un gran desafío, su mayoría son persistentes (no fácilmente degradables mediante métodos convencionales de tratamiento de aguas), y no están incluidos en la lista de contaminantes prioritarios utilizados para establecer los estándares de calidad del agua, su presencia entonces pasa desapercibida.
Lamentablemente, Uruguay no es ajeno a esta situación, un estudio reciente publicado en PNAS (Proceedings of the National Academy of Science, USA), que tomó muestras de 258 ríos en 137 regiones del mundo, ubicó a nuestro país en el percentil más alto de contaminación (muestras recolectadas en el río Uruguay y Río de la Plata) (Wilkinson, et al., 2021). Esto nos demuestra que se trata de una problemática ya instalada en el medio local.
En Uruguay existe preocupación por revertir esta situación, formando parte -entre otras acciones- de los países que firmaron la hoja de ruta de las Naciones Unidas para alcanzar un equilibrio entre sociedad, ambiente, economía y desarrollo tecnológico: la Agenda 2030 (un.org/sustainabledevelopment).
Donde varios de sus Objetivos de Desarrollo Sostenible, por ejemplo, los ODS6 y ODS12, destacan por un lado la necesidad de asegurar la disponibilidad y gestión sostenible del agua y saneamiento para todas las personas; mientras que el ODS12 destaca la importancia de utilizar de manera eficiente los recursos naturales a través de actividades de reciclaje y reutilización, con el fin de reducir el impacto de su transformación en el medio ambiente.
A nivel local, la Ley Integral de Gestión de Residuos 19829/19 establece la necesidad de la valoración de los residuos.
En este sentido el Plan Nacional de Gestión de Residuos (2021) establece que la contaminación de los cursos de agua es resultado directo de los tratamientos inadecuados de residuos.
Finalmente, el Decreto 253/79 y modificativos, establece la normativa marco para la prevención de la contaminación de las aguas, este documento hace hincapié en el impacto generado por la contaminación química en los cursos y cuerpos de agua.
Se infiere, por lo expuesto que, a nivel internacional, regional y local, la adecuada gestión de residuos está estrechamente relacionada con la calidad del agua.
Uruguay forma parte -entre otras acciones- de los países que firmaron la hoja de ruta de las Naciones Unidas para alcanzar un equilibrio entre sociedad, ambiente, economía y desarrollo tecnológico: la Agenda 2030.
La adecuada gestión de los residuos locales se convierte en una estrategia fundamental para avanzar hacia una sociedad sostenible
Una estrategia viable para lograr este objetivo se enfoca en la revalorización de los recursos naturales en productos de alto valor agregado, asó como mediante el uso de procesos de producción más eficientes y respetuosos del medio ambiente. Por otra parte, la adecuada gestión de los residuos locales se convierte en una estrategia fundamental para avanzar hacia una sociedad sostenible.
El aprovechamiento de residuos, producto de las actividades agroindustriales, en el desarrollo de productos de valor agregado se convierte en motor de una estrategia país, ya que una de las actividades económicas de mayor volumen en el ámbito local.
En este contexto, es fundamental la formación de profesionales de distintas disciplinas que trabajen en el desarrollo de tecnologías y materiales orientados hacia el objetivo establecido. En este sentido, tres estudiantes de Ingeniería de la Universidad Católica del Uruguay, bajo la guía de docentes de la institución y de la Facultad de Química de Udelar,
asumieron el reto de crear un material funcionalizado sostenible.
El desafío era lograr el desarrollo de un material adsorbente -carbón activado- funcionalizado -dopado con nitrógeno- con el fin de mejorar la capacidad de adsorción de contaminantes de origen farmacéutico.
El nitrógeno es un elemento que es más electronegativo que el átomo de carbón, por lo que su presencia genera deformaciones en las nubes de electrones, creando sitios de densidad de carga negativa, favoreciendo la
interacción con cierta clase de moléculas.
Para lograr este material se seleccionaron dos residuos de la actividad agroindustrial.
La elección de la biomasa se fundamentó en su disponibilidad en el entorno local, optando por carozo de aceituna como fuente de carbono. Este es un material lignocelulósico proveniente de una industria en crecimiento, con una producción registrada de 425 toneladas en 2021 según INIA.
Mientras que, para el aporte de nitrógeno, y lograr el dopado del material adsorbente, se empleó un biopolímero complejo, lana de oveja de baja calidad (lavada), un recurso asequible en la región a un costo razonable dado que Uruguay es uno de los principales productores mundiales de este commodity.
Biomasa con diferentes relaciones másicas de hueso de aceituna / lana de oveja, se activaron utilizando una técnica novedosa: carbonización hidrotermal (HTC por sus siglas en inglés) con activación in-situ, utilizando como agente activante H3PO4.
Seguido posteriormente de un tratamiento a temperaturas moderadas bajo un flujo de nitrógeno. Durante el proceso HTC, la descarboxilación de los aminoácidos de la proteína (lana de oveja) produce aminas, mientras que,
el material lignocelulósico (hueso de aceituna) genera aldehídos y fenoles.
Estos dos compuestos interaccionan entre sí a través de las reacciones de Maillard y Mannich. Los grupos aminos reaccionan con los grupos carbonilos pasando parte del nitrógeno a formar parte de la estructura del carbón activado (Figura 2).
A través de la metodología planteada se obtuvieron diversos materiales adsorbentes a los que se los logró dopar con nitrógeno, según lo confirmaron los análisis del contenido elemental y los espectros infrarrojos (FTIR, por sus siglas en inglés).
En todos los casos se obtuvieron materiales microporosos con cierta presencia de mesoporos, con áreas superficiales (SBET) que varían entre 1300 y 500 m2g-1. La imagen correspondiente a la microscopía electrónica de barrido (SEM, por sus siglas en inglés) muestra que se trata de un material con la superficie rugosa (Figura 3).
Para evaluar la performance del material como adsorbente de productos de origen farmacéutico se seleccionó la Cafeína (1,3,7
– Trimetilxantina) como molécula modelo (Figura 4). Este compuesto no deja de ser una elección interesante porque se trata de un indicador antropogénico por su extenso consumo en la sociedad.
Una persona promedio consume alrededor de 200 mg de cafeína, de los cuales entre 2 y 20 mg son eliminados por la orina.
Se ha encontrado que la principal causa de su presencia en los medios acuáticos deriva del consumo de café ne le hogar.
Se realizaron diversas experiencias en batch, a temperatura ambiente. En todas las experiencias el equilibrio se alcanzó a las 24 horas de estar en contacto con el carbón activado.
En todos los casos la adsorción ajustó al modelo de Freundlich, lo que implica heterogeneidad de los sitios de adsorción. Estos resultados se encuentran en concordancia con un material dopado con nitrógeno.
Un resultado interesante, es que la capacidad de adsorción normalizada en función del volumen de microporo demostró que la mayor capacidad de adsorción por m2 se logra para aquellas muestras con mayor contenido de nitrógeno, con porcentajes de remoción de fase acuosa que oscilan entre 78 y 89 %.
Esto avala la hipótesis planteada, que la capacidad de adsorción mejora por la presencia de nitrógeno en la matriz carbonosa.
Estos resultados, aunque preliminares, justifican la necesidad de continuar con su estudio, explorando diferentes condiciones, y posiblemente considerando otros medicamentos. Asimismo, es importante abordar en el futuro en estudio en dinámico, tanto en situaciones de mono componente como en mezclas complejas.
Los estudios de adsorción en fase acuosa son complejos debido a la multitud de variables a tener en cuenta, por lo que siguen
planteando un desafío significativo.
Por consiguiente, queda un extenso camino por recorrer, y numerosos desafíos por superar en lo que respecta a la remoción de esta clase de contaminantes.
Por ende, es crucial que los futuros profesionales en áreas relacionadas sigan dedicándose a investigaciones de tesis que aborden esta problemática que ya se ha instalado en nuestro entorno.