Un equipo de la Universidad de Northwestern ha desarrollado una esponja inteligente altamente porosa que puede absorber selectivamente los derrames de petróleo en el agua. Con una capacidad de absorber más de 30 veces su peso en petróleo, la esponja podría utilizarse para limpiar derrames de manera económica y eficiente sin dañar la vida marina. Después de extraer el petróleo de la esponja, puede ser reutilizada muchas docenas de veces sin perder su eficacia.
El secreto está en un revestimiento nanocompuesto de nanoestructuras magnéticas y un sustrato basado en el carbono que es oleofílico (atrae el petróleo), hidrofóbico (resiste al agua) y magnético (OHM). La estructura tridimensional nanoporosa del nanocompuesto interactúa selectivamente con las moléculas de aceite y se une a ellas, capturando y almacenando el aceite hasta que es exprimido.
“Todos sabemos que los derrames de petróleo tienen un efecto catastrófico en el medio ambiente, la vida silvestre y la salud humana, así como en la economía”, dijo a Forbes el profesor Vinayak Dravid, quien dirigió la investigación. “Típicamente solo oímos hablar de los desastres a gran escala, pero hay derrames más pequeños todo el tiempo que son igual de destructivos para el ecosistema local y la comunidad vecina. Nuestra esponja puede remediar estos derrames de una manera más económica, eficiente y ecológica que cualquiera de las actuales soluciones de vanguardia”.
Mientras se sigan utilizando combustibles fósiles, siempre habrá derrames de petróleo. Hace apenas tres semanas, Rusia declaró el estado de emergencia después de que seis millones de galones de combustible diésel de una central eléctrica en Norilsk se filtraran al río Ambarnaya que desemboca en el ecológicamente sensible Océano Ártico. Greenpeace estima que el daño ambiental a las aguas de la región asciende a 1.400 millones de dólares y que transcurrirán por lo menos 10 años hasta que la biodiversidad vuelva a la normalidad en la zona.
La limpieza del derrame de petróleo es un proceso desagradable, caro y complicado que con frecuencia daña la vida marina y perjudica aún más el medio ambiente circundante. Las soluciones que se utilizan actualmente incluyen la quema del petróleo, el uso de dispersantes químicos para descomponer el petróleo en gotitas muy pequeñas, el desnatado del petróleo que flota sobre el agua y/o su absorción con absorbentes caros e inutilizables.
Cada uno de estos enfoques tiene sus propios inconvenientes y ninguno de ellos es una solución sostenible. La quema aumenta las emisiones de carbono y los dispersantes son extremadamente dañinos para la vida marina. Los desnatadores son ineficaces en aguas agitadas o con capas finas de petróleo. Y los absorbentes no solo son caros, sino que generan una enorme cantidad de residuos físicos, similar al problema de los vertederos de pañales.
La investigación realizada por el equipo de Northwestern fue publicada en la revista Industrial Engineering and Chemical Research. Su solución pasa por alto estos desafíos al absorber selectivamente el petróleo y dejar atrás el agua limpia y la vida marina no afectada. La lechada de nanocompuestos OHM puede utilizarse para recubrir cualquier esponja barata disponible en el mercado. Los investigadores aplicaron una fina capa de la solución a la esponja, exprimieron el exceso y la dejaron secar.
Dravid y su equipo probaron la esponja de OHM con diferentes tipos de aceites crudos de variada densidad y viscosidad. La esponja OHM absorbió consistentemente hasta 30 veces su peso en aceite, dejando atrás el agua. Para imitar las ondas naturales, los investigadores pusieron la esponja OHM en un agitador sumergido en el agua. Incluso después de una fuerte sacudida, la esponja libera menos del 1% de su aceite absorbido de nuevo en el agua.
“Nuestra esponja funciona eficazmente en condiciones acuáticas diversas y extremas que tienen diferentes niveles de pH y salinidad”, dijo Dravid.
El desastre de Deepwater Horizon está considerado como el mayor derrame de petróleo marino y desastre medioambiental de la historia de América. En abril de 2010, una explosión de gas metano engulló la plataforma de perforación, liberando más de 21 millones de galones de petróleo en el Golfo de México.
Sólo tres años después, en abril de 2013, se informó de que los delfines y otras formas de vida marina estaban muriendo en cifras récord y que los delfines recién nacidos morían a un ritmo seis veces superior al normal. En 2014, se informó de que el atún y la corvina expuestos al petróleo del derrame desarrollaron deformaciones del corazón y otros órganos que probablemente serían mortales.
De hecho, el Golfo de México está tan contaminado que cada año se produce un evento conocido como la zona muerta. Las lluvias anuales de primavera arrastran los nutrientes utilizados en los fertilizantes y las aguas residuales al río Mississippi. Luego fluyen hacia el mar abierto. Esa agua dulce, que es menos densa que el agua de mar, se asienta sobre el océano, impidiendo que el oxígeno se mezcle adecuadamente.
Eventualmente, esos nutrientes de agua dulce pueden estimular el crecimiento de algas, que consumen oxígeno a medida que las plantas se descomponen. La mancha resultante de aguas con bajo contenido de oxígeno conduce a una condición llamada hipoxia, en la que los animales de la zona se asfixian y mueren. El año pasado, los científicos estimaron que la zona muerta del Golfo de México se extendía unas 7.800 millas cuadradas a lo largo de la plataforma continental situada frente a la costa.
El equipo también está trabajando en otro grado de esponja de OHM que puede absorber selectivamente – y más tarde recuperar – el exceso de nutrientes disueltos, como los fosfatos, de la escorrentía de fertilizantes y la contaminación agrícola.
“La misma esponja OHM, con una ligera modificación, puede absorber casi el 95% del fósforo. Y eso es algo que hemos hecho recientemente con el Distrito de Recuperación de Agua de Chicago. Así que estamos muy emocionados”, dijo Dravid.
El equipo está actualmente hablando con la Guardia Costera de EE.UU. y Schmidt Marine, el grupo filantrópico de tecnología oceánica. La cuestión del costo y la escalabilidad son las principales preocupaciones de los inversores, dice. Pero debido al extremadamente bajo costo y potencialmente alto retorno de este concepto, Dravid es optimista de que todo el potencial de esta tecnología verde que cambia el juego se hará realidad.
Por ejemplo, el petróleo recuperado tras la limpieza del derrame puede ser vendido de nuevo a quien sea responsable del derrame y como un bono adicional, una vez que la solución de OHM ha perdido eventualmente sus propiedades de remojo de petróleo, tiene una segunda vida como ánodo para las baterías de iones de litio
“Nuestro sueño y ambición es que después de la recuperación del petróleo, en lugar de tirar esa esponja, en realidad controlamos la quema y usamos ese hollín como electrodo para la batería de iones de litio, y en realidad lo hace mucho mejor que los actuales ánodos grafíticos”, dijo Dravid.
