Locos por la Geología

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Los problemas que la sobrepoblación humana y sus permanentes exigencias de consumo- no siempre razonables- generan en el ambiente, sólo podrán resolverse a través de un cambio cultural por un lado, y un avance tecnológico por el otro.

En este último aspecto, la nanotecnología parece ser bastante prometedora, sobre todo si logra resolver algunos de los desafíos que todavía no alcanza a superar, pese a que ya está siendo empleada en muchos lugares del mundo, en el marco de la lucha por limpiar el ambiente.

Veamos un poco de este tema.

¿Qué es la Nanotecnología?

Es aquella rama de la ciencia que estudia, analiza y pretende manipular- con distintos grados de éxito- la materia, a escala nanométrica.

Esto nos lleva a la necesidad de definir qué es nano.

¿Qué significa el término nano?

El término «nano» es un prefijo griego que alude a una medida correspondiente al valor 10^-9,  es decir que es igual a 0,000 000 001. Y como se trata de un prefijo, al adicionarlo a una unidad de medida cualquiera, significa que es la milmillonésima parte de esa unidad, ya sea el metro, el gramo, el litro o lo que fuera.

En otras palabras, no se refiere a objetos materiales sino a tamaños de objetos que pueden ser tan variados como se quiera, desde compuestos químicos hasta partículas minerales o entes biológicos.

De allí que la Nanotecnología sea un campo vastísimo, y que cada científico conozca una «nanoparte» 😀 de él, de tal manera que la tarea será multidisciplinaria, y aquí veremos apenas una introducción a algunas de sus relaciones con el ambiente.

¿Cuándo surge la nanotecnología?

Suele considerarse que el fundador de la nanotecnología fue Richard Feynman, premio Nobel de Física, que ya en 1959 propuso manipular los átomos y moléculas, de manera que se pudieran fabricar productos novedosos, a partir de su reordenamiento.

Hoy en día esa intención se materializa en la Nanotecnología Molecular, pero hay campos mucho más amplios que utilizan nanopartículas (o NP), y por ende hoy se entiende que es nanotecnológica toda manipulación de objetos materiales con dimensión entre 1 y 100 nanómetros.

¿Qué aspectos de la nanotecnología se aplican al cuidado del ambiente?

Son muchos, por lo cual, no será ésta la única vez que hablaremos de esto, pero en este primer abordaje, digamos que esencialmente se aprovecha la altísima superficie específica de la materia tan finamente dividida, porque tiende a presentar una elevada capacidad de adsorción.

Esta propiedad permite a las nanopartículas, en muchos casos, capturar algunos elementos contaminantes del ambiente, con el objeto de extraerlos luego, en la forma de los nuevos complejos generados, ejerciendo una acción limpiadora sobre el medio.

¿Qué técnicas están ya en uso y cuáles son sus aplicaciones más comunes?

Siempre sobre la base de la reactividad a la que aludía más arriba, en lo relacionado con el ambiente, ya se aprovecha la tecnología de las nanopartículas en el tratamiento de aguas, aprovechando fibras de alúmina; o en procesos fotocatalíticos con dióxido de titanio, (TiO2), que permiten disminuir la acción contaminante de las emisiones de vehículos e industrias.

Las nanopartículas de metales preciosos provocan la oxidación del monóxido de carbono, convirtiéndolo en dióxido, que carece de la toxicidad del primero.

Algunas NP de hierro elemental se están usando en procesos de descontaminación y regeneración de suelos, puesto que al reaccionar con los compuestos contaminantes, los degradan, haciéndolos menos peligrosos, permitiendo una mayor eficiencia en la limpieza del medio.

También existen sistemas de aprovechamiento de nanopartículas de Ti O2 para la obtención de energía en células solares; y otros muchos usos que además, se van multiplicando a medida que avanza el conocimiento.

¿Cuáles son las desventajas del uso de nanopartículas?

Lo primero que voy a señalar es que ahora estoy por referirme a las NP en general, y no sólo ni específicamente a las empleadas como agentes «limpiadores» del ambiente.

Por eso, es importante aclarar que también hay NP que se generan naturalmente en situaciones como incendios forestales o erupciones volcánicas, por citar algunas. También hay un cierto grado de producción biológica natural, como son los virus y bacterias.

De allí resulta una clasificación de las NP, que las separa en Naturales y Antropogénicas, según que en su producción haya o no intervenido el hombre.

En el caso de las antropogénicas, las principales desventajas son sus altos costos de producción, sobre todo cuando se trata de las de metales preciosos; y lo relativamente reciente de sus aplicaciones más novedosas, lo que en el caso del ambiente, no permite todavía visualizar con total seguridad los efectos a largo plazo de su introducción en el mismo.

¿Qué nuevos problemas se plantean en relación con estas aplicaciones?

Derivados de lo expuesto más arriba, las nanopartículas pueden convertirse en sí mismas en elementos contaminantes, ya que su pequeño tamaño les confiere alta movilidad y difusión, y de no contarse con elementos de trazabilidad y sistemas de recuperación eficiente con posterioridad al uso, su influencia en el complejo sistema ambiental puede deparar algunas sorpresas.

Efectivamente, gran parte de las nanopartículas que se utilizan en las diversas industrias y en la medicina misma, terminan liberadas en el aire, el agua y/o el suelo.

Establecer las maneras de controlar esas emisiones y liberaciones, es el nuevo desafío que en buena medida las mismas NP están ayudando a resolver, como he mencionado más arriba.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: La imagen que ilustra el post es de este sitio.

Este tema fue novedoso en la década del noventa, y si bien desde entonces hay alrededor de mil plantas en operación, mucho me temo que el tema no se difundió como merece.

Es por eso que vuelvo a actualizar el concepto, hasta ahora abrazado casi sin excepciones, solamente por ONGs.

¿Cuál es el principio básico de las plantas de tratamiento de aguas servidas que incluyen el complejo suelo-planta?

Toda la idea se fundamenta sobre el reconocimiento de que algunas plantas muy específicas metabolizan determinados contaminantes sin sufrir daños, y devolviendo efluentes en muchos casos más limpios que los que habitualmente salen de las plantas de tratamiento tradicionales.

¿Cómo es el diseño de estas plantas de tratamiento?

Comencemos por recordar el sistema tradicional, ya que las primeras etapas se mantienen también en este modo alternativo de tratamiento y recuperación.

Los principales componentes de los sistemas sépticos residenciales tradicionales son: un tanque, o un sistema domiciliario de conducción hasta una cámara séptica, hacia donde las aguas negras son movilizadas por simple gravedad- o en casos particulares con bombas adecuadas-; una cañería que da salida a los fluidos resultantes hasta los sistemas colectores cloacales de cada urbanización; y finalmente las plantas de tratamiento y depuración de los efluentes de toda la red domiciliaria.

Las aguas de desecho incluyen una variedad de sustancias orgánicas e inorgánicas cuya transformación comienza en el propio domicilio, en la cámara séptica, donde los sólidos orgánicos se depositan en el fondo, generando un sedimento fangoso, mientras que los elementos más livianos, como grasas, papel higiénico, etc., forman una especie de espuma en la parte superior.

El agua algo más clara que queda entre ambas fracciones es la que sale por las vías de conducción hacia la red cloacal. En este ambiente empobrecido en oxígeno, proliferan las bacteria anaeróbicas, que a lo largo de un tiempo descomponen los materiales orgánicos, generando a partir de ellos gases como el metano y el sulfuro de hidrógeno (tan fragante como los huevos podridos) que se liberan por tubos de ventilación, generalmente ubicados en los techos de los domicilios.

Por cierto el trabajo de las bacterias anaeróbicas es incompleto y sólo significa una primera etapa en todo el proceso.

Más tarde, las aguas que se han conducido por la red cloacal, alcanzan las plantas de tratamiento, que tienen diversos diseños en las distinatas ciudades y países, según las correspondientes regulaciones legales.

Esta nueva etapa de tratamiento que se conoce como secundaria, normalmente ocurre a gran distancia de las áreas más pobladas y clásicamente incluye un pasaje por arenas y gravas filtrantes de los materiales más gruesos, antes del ingreso a nuevas piletas de decantación para permitir la continuación del proceso de digestión por las bacterias anaeróbicas en los fangos del fondo, y de las aeróbicas – que descomponen otras sustancias desechadas en elementos inocuos- en las áreas superficiales.

La tercera etapa apunta a eliminar los elementos patógenos, para lo cual se usan normalmente desinfectantes y agentes químicos como el cloro, entre otros.

Con un sistema bien controlado, y en óptimo funcionamiento, las aguas resultantes pueden considerarse lo bastante limpias como para su enterramiento o liberación en canales debidamente seleccionados.

En los sistemas alternativos, de los que existen numerosas variantes, una de las menos costosas es la inclusión de plantas en las áreas filtrantes, para generar un complejo más efectivo que la sola acción de los materiales inertes como la arena y las gravas que mencionamos más arriba.

Es decir que el cambio y la novedad ocurre en la etapa secundaria, mientras que todo lo mencionado en relación a las cámaras sépticas es exactamente igual.

La gran novedad es la inclusión, como elementos filtrantes, de suelos que se «construyen» sobre plataformas impermeables, para evitar contaminación in situ de las napas subterráneas y suelos naturales aledaños; y que se colonizan con plantas hidrófitas o limnófitas, es decir aquéllas que medran bien en suelos con escaso drenaje y por ende, permanentemente saturados de agua. Deben ser además plantas que se vean escasamente afectadas por los elementos presentes en las aguas grises, y que tengan afinidad por el clima de la zona, o sean tolerantes en cuanto a una cierta variabilidad.

Buenos ejemplos son: Phragmites communis, Scirpus spp y Thypa spp.

La función que cumplen estos sistemas mixtos de suelos y plantas, se relaciona con el efecto de la rizósfera (área afectada por las raíces), que por un lado aumenta la conductividad hidráulica, y por el otro genera secreciones de ácidos orgánicos de origen radicular. Todo en conjunto da lugar a un verdadero «reactor biológico» que puede tratar entre 10 y 50 veces más cantidad de aguas servidas en el mismo espacio que una planta de tratamiento tradicional.

¿Cuál es la ventaja del tratamiento con filtros suelo-planta, con respecto a las plantas tradicionales?

La principal ventaja ya fue mencionada, y es su mayor rendimiento por metro cuadrado, lo cual permite un mejor aprovechamiento para comunidades emplazadas en terrenos escarpados, rocosos o de difícil acceso que muchas veces dificultan la instalación de plantas de tratamiento que requieren grandes superficies.

Por otra parte, la presencia de la vegetación da al conjunto un aspecto menos ofensivo que las plantas de tratamiento tradicional, y sirven para reutilizar terrenos abandonados por otras actividades contaminantes como algunas formas de minería o determinados tratamientos industriales.

También son menos los requerimientos de insumos químicos, por la capacidad de la vegetación de actuar como un sistema que elimina o metaboliza buena parte de los desechos, que son aprovechados para extraer de ellos nutrientes.

Por otra parte, análisis químicos han demostrado que las bacterias patógenas como las Colii son tan escasas luego del tratamiento como para que el agua pueda usarse para todos los requerimientos sanitarios domésticos (higiene personal, lavado de ropa, aseo de la casa, riego de jardines, etc.), aunque no se recomienda beberla ni lavar con ella los alimentos, o regar huertas domiciliarias, sin adicionarle algún desinfectante extra.

¿Cuál es su principal desventaja?

Dos son las desventajas principales: una es el prejuicio de la población que tiende a creer que solamente el empleo de gran cantidad de desinfectantes garantiza un buen tratamiento de los vertidos; y la otra, el tiempo de espera hasta el completo funcionamiento de la planta, ya que la vegetación no crece de la noche a la mañana.

¿Ha habido ya experiencias satisfactorias?

Sí, tanto en Europa, como en América y África, habiéndose demostrado que el tiempo de espera se acorta en estos dos últimos continentes, porque el clima acelera el crecimiento vegetal.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.
P.S.: La imagen que ilustra el post la he tomado de Imágenes Google, que me direccionó a este sitio.

Este párrafo me llamó la atención porque señala una situación que se narra para Estados Unidos, pero que también podría aplicarse aquí, y se relaciona con el manejo irresponsable de los recursos naturales de toda clase, no solamente de aquéllos que ya por costumbre son demonizados.

El párrafo pertenece a la obra «Tango en el paraíso», de Robert James Waller, que por si no lo saben, es autor también de Los puentes de Madison, libro que inspiró una de las más bellas películas que recuerdo.

Y aquí va la crítica relativa al manejo irresponsable de todas las actividades productivas:

Además de la agricultura y la ganadería, aquí nos dedicamos en cierta manera a la extracción, a la minería. Yo entiendo que extracción es cuando tomas algo sin dar nada a cambio. Así que hemos estado exprimiendo la tierra y el agua a un ritmo que excede con mucho el del reabastecimiento natural. Es decir, en cierto modo, como un producto secundario de nuestras actividades, nos dedicamos a la mnería. En este caso minamos la tierra y el agua. Pero de eso no hay que preocuparse mucho, porque si los problemas de la tierra y el agua se agudizan demasiado, todos estamos seguros de que el erario público nos sacará las castañas del fuego para salvar la granja familiar, aunque hayamos sido nosotros los que creamos esos problemas.

Por suerte se nos había dado muy bien camuflar todo esto hasta los últimos años, cuando algunos forasteros empezaron a hacer preguntas bastante mordaces sobre nuestra viabilidad.

Si me permiten, quiero enfatizar la última palabra: viabilidad. De eso se trata. Los recursos no son buenos ni malos, la actividades productivas no son buenas ni malas; son viables o no, tanto en su calidad y cantidad, como en su modo de explotación. Así de simple.