La industria metalúrgica y química, aunque esencial para la economía global, enfrenta un desafío importante: la contaminación de las aguas residuales con metales pesados. Para mitigar este problema, se han desarrollado sistemas de filtrado altamente avanzados. Sin embargo, la producción de estos filtros ha sido, hasta ahora, todo menos respetuosa con el medio ambiente. Conscientes de esta contradicción, un equipo de investigadores en Viena trabaja en el desarrollo de sistemas de biofiltro que no solo prometen ser más ecológicos, sino también más rentables.
Un problema persistente en la industria
En las últimas décadas, las estrictas regulaciones de la Unión Europea han conseguido reducir drásticamente las emisiones de metales pesados en las aguas europeas procedentes de la industria química, la metalurgia y el procesamiento de metales. A pesar de estos avances, la tecnología actual utilizada para filtrar metales como plomo, zinc, cobre y cromo, aunque efectiva, implica la utilización de materiales derivados del petróleo y procesos complejos que generan a su vez residuos peligrosos.
La lignina: una solución natural con potencial
Un grupo de investigación de la Universidad de Viena, liderado por Alexander Bismarck, Hande Barkan y Philip Verdross, está desarrollando una alternativa prometedora basada en la lignina, un subproducto de la industria papelera. Este proyecto, financiado por el Fondo Austriaco para la Ciencia (FWF), tiene como objetivo crear materiales macroporosos de base biológica que actúen como absorbentes de metales pesados. La lignina, que da estabilidad a las paredes celulares de las plantas, es el componente principal de estos nuevos filtros.
«La lignina se obtiene como subproducto en la producción de celulosa en la industria papelera, concretamente del licor negro, que además de lignina contiene residuos químicos utilizados en la extracción», explica Hande Barkan, química y miembro del equipo de investigación. «Es un material de partida barato y abundante, lo que lo convierte en una excelente opción para desarrollar soluciones más sostenibles y económicas para la filtración de aguas residuales».
Tecnología y sostenibilidad: una combinación ganadora
La clave del éxito de estos nuevos sistemas de filtrado radica en la estructura polimérica permeable que se obtiene al integrar materias primas biológicas como la lignina. La estructura de poros, que puede ser ajustada específicamente para la adsorción de metales pesados, es esencial para maximizar la eficiencia del filtrado. «En el proyecto nos centramos en la adsorción de cromo VI, un metal altamente tóxico que se utiliza, por ejemplo, en el curtido del cuero y que a menudo termina sin filtrar en los ríos, especialmente en el sudeste asiático», señala Barkan. «Se necesitan urgentemente nuevas tecnologías sostenibles y económicas para mejorar esta situación».
Los filtros desarrollados en este proyecto no solo adsorben eficazmente el cromo VI, sino que también transforman este compuesto tóxico en cromo III, que es inofensivo. «El cromo VI, altamente tóxico y cancerígeno, se convierte en cromo III, un paso que en los procesos convencionales requeriría un tratamiento adicional», comenta Philip Verdross, estudiante de doctorado y miembro del equipo de investigación. Esta transformación es un avance significativo, ya que permite que el proceso de filtración sea no solo más seguro, sino también más simple y económico.
Implicaciones para la industria
La tecnología desarrollada por el equipo vienés tiene un gran potencial para ser implementada a gran escala en la industria. Los sistemas de filtrado basados en lignina y otras materias primas renovables no solo son más respetuosos con el medio ambiente, sino que también resultan ser más económicos de producir. Además, el uso de estos biofiltros podría reducir significativamente la contaminación por metales pesados en los ríos de todo el mundo, proporcionando una solución sostenible a un problema persistente.
Si bien la lignina es el componente principal, otros subproductos agrícolas, como las grasas vegetales y la glicerina, también se utilizan en la producción de estos filtros. «Las aminas, aunque derivadas del petróleo, desempeñan un papel crucial en la reticulación de las moléculas naturales y en la unión de los metales pesados a los polímeros», añade Barkan, destacando que, a pesar de la inclusión de estos compuestos, el impacto ambiental general del desarrollo es significativamente menor en comparación con las tecnologías convencionales.
Un futuro prometedor
La investigación en torno a estos sistemas de biofiltro marca un importante paso hacia una industria más verde y sostenible. Si estos filtros logran ser implementados a gran escala, no solo se reduciría la contaminación por metales pesados en los cuerpos de agua, sino que también se abriría la puerta a nuevas aplicaciones en la separación de otros metales como el cobre, el plomo, el arsénico y el mercurio.
El proyecto «Materiales macroporosos de base biológica como absorbentes de metales pesados» está financiado por el Fondo Austriaco para la Ciencia con 330.000 euros, y se desarrollará hasta 2025. Alexander Bismarck, director del Instituto de Química de Materiales de la Universidad de Viena, junto a su equipo, espera que su trabajo no solo tenga un impacto en la ciencia, sino que también ofrezca soluciones prácticas y sostenibles para la industria a nivel global.
Publicaciones
Verdross P., Woodward R.T., Bismarck A.: Flexión con lignina: elastómeros a base de lignina sintetizados a partir de licor negro kraft sin tratar, en: Polymer Chemistry 2024
Barkan-Öztürk H., Verdross P., Bismarck A.: Adsorbentes macroporosos de lignina: un conjunto de herramientas de origen biológico para desactivar la amenaza del Cr(VI) en las aguas residuales, en: Journal of Environmental Chemical Engineering 2024
Byambatsogt K., Jiang Q., Jaiswal A.K. et al.: Filtros de nanocelulosa de espuma y recubrimiento fundido a escala piloto para el tratamiento de aguas, en: Chemical Monthly 2024
