Una nueva técnica para el tratamiento de aguas que combina dos métodos de alto coste podría acabar siendo una forma económica y más eficiente de eliminar partículas contaminantes difíciles de limpiar. Esta tecnología combina la fotocatálisis, que utiliza la luz para descomponer los elementos contaminantes, y la oxidación electroquímica, que utiliza la corriente eléctrica para el mismo objetivo.

Aicheng Chen, profesor asociado y catedrático de química ambiental y de materiales en Canada Research, en la Universidad de Lakehead, en Ontario, ha solicitado la patente de un proceso que según él se podría comercializar de aquí a dos años. Chen ha combinado estos dos métodos de tratamiento de aguas mediante la creación de un electrodo de doble finalidad. Por un lado, el electrodo tiene una capa de fotocatalizador, y por el otro posee un electrocatalizador. Chen ha puesto a prueba la capacidad del electrodo para eliminar dos tipos distintos de nitrofenoles—elementos químicos que se suelen encontrar en las aguas residuales industriales y que normalmente se utilizan para elaborar medicamentos, pesticidas, fungicidas y tintes. Este electrodo de doble funcionalidad fue capaz de eliminar entre un 85 y un 90 por ciento de este tipo de contaminante, conocido por lo difícil que resulta su extracción, y llevó a cabo el proceso en unas tres horas, en comparación con los porcentajes de entre un 30 y un 60 por ciento que cada técnica suele alcanzar a nivel individual. Los resultados de Chen se publicaron el mes pasado en la revista Environmental Science and Technology.

La fotocatálisis y la oxidación electroquímica han sido estudiadas largo y tendido para su uso en el tratamiento de aguas, aunque no se han utilizado con demasiada frecuencia puesto que ninguna es lo suficientemente eficiente como para justificar su coste. En la fotocatálisis, la radiación ultravioleta activa un catalizador—normalmente dióxido de titanio—que hace que los electrones suspendidos en el material alcancen un estado de energía más alto. Esto provoca que se generen una serie de agujeros de carga positiva que oxidan los materiales contaminantes. Sin embargo, la fotocatálisis no es muy efectiva debido a que a menudo los electrones simplemente se acaban volviendo a unir a los agujeros.

La oxidación electroquímica funciona mediante la aplicación de una corriente a través de un catalizador en el agua para así oxidar los contaminantes. Cuando se combina con la fotocatálisis, este proceso aumenta la eficiencia puesto que, en parte, la corriente evita que los electrones y agujeros generados por la fotocatálisis se vuelvan a unir.

El tratamiento de aguas más utilizado normalmente y más económico es a base de bacterias, utilizadas para descomponer los contaminantes. Sin embargo, los tratamientos biológicos no siempre son los más efectivos, particularmente en el caso de aguas residuales con altas concentraciones de componentes tóxicos u orgánicos, por lo que el agua debe ser tratada repetidas veces, a menudo utilizando productos químicos como el cloro, lo que acaba incrementando los costes.

“Los tratamientos biológicos no resultan de utilidad para todas las aguas residuales,” afirma Chen. “En aquellas aguas con alto contenido en proteínas, un pH muy alto o muy bajo, es muy difícil que las bacterias sobrevivan.”

Según un estudio reciente de Lux Reseach, el uso global de agua se espera que suba un 40 por ciento de aquí a 2030, y los beneficios procedentes del agua subirán de los 500 mil millones de dólares en 2007 a casi 1 billón de dólares en 2030. Estas predicciones han conducido a un aumento del interés en la creación de tecnologías nuevas y más eficientes para el tratamiento del agua. Mientras se produce este aumento en la demanda de agua, los investigadores están buscando nuevas forma de tratar las aguas contaminadas; según otro estudio de Lux, se necesita un número variado de opciones puesto que la cantidad de contaminantes difíciles de eliminar en el agua también está aumentado.

Uno de los analistas senior de Lux Research, Heather Landis, afirma que la tecnología de Chen es única y que posee potencial. Otras compañías han utilizado el dióxido de titanio en la fotocatálisis, aunque hasta ahora ninguna ha combinado la fotocatálisis con la electroquímica, afirma. No obstante, y según Landis, Chen necesitará poder demostrar esta técnica en muestras de agua residual que contenga múltiples contaminantes, en vez de únicamente nitrofenol.

Alexander Orlov, profesor asistente de ciencia e ingeniería de los materiales en la Universidad Stony Brook, en Nueva York, afirma que el método de Chen podría encontrar su hueco en el mercado, particularmente en aplicaciones como el tratamiento de aguas residuales con altas concentraciones de nitrofenoles. Sin embargo, Orlov afirma que podría producirse un problema potencial con el uso del dióxido de titanio como catalizador, que tiende a perder su nivel de reactividad a lo largo del tiempo. Son necesarias más pruebas para demostrar su viabilidad a largo plazo, afirma. Aunque Chen admite que esto podría llegar a ser un problema, afirma que en general el dióxido de titanio es un buen catalizador puesto que es inerte a nivel químico, así como no tóxico. Sin embargo, Chen también está experimentando con nanoestructuras de dióxido de titanio, que deberían ser más resistentes a largo plazo.

Aún no se sabe si esta técnica resultará competitiva en comparación con los tratamientos biológicos. Debido a que dichos tratamientos biológicos utilizan bacterias y su mantenimiento es relativamente mínimo, los costes suelen ser bajos. Chen afirma que los tratamientos biológicos serán más económicos en un principio. No obstante, dado que su método es superior a la hora de eliminar nitrofenoles, cree que se podría utilizar en conjunción con los tratamientos biológicos, particularmente en el tratamiento de aguas residuales industriales o agrícolas con un alto grado de contaminación. Chen señala que su método podría resultar ventajoso en comparación con los tipos de tratamientos de agua que utilizan componentes químicos tales como el cloro, que son más perjudiciales para el medio ambiente.

El siguiente paso es probar el método en otro tipo de contaminantes, realizar un análisis de los costes, y realizar el proceso a gran escala. Chen señala que en la actualidad su grupo está trabajando en la construcción de una planta de tratamiento prototipo, que debería estar terminada para finales de año.