La nanotecnología con su capacidad de innovar construyendo con átomos y moléculas permite brindar variadas respuestas a las dificultades actuales del planeta. En el presente artículo se presentan siete aspectos de la disciplina con capacidad para contribuir a menguar la problemática ambiental.
I. Producción
de energías alternativas
Entre los aportes de la disciplina ubicamos los nanocatalizadores especialmente diseñados para la conversión del dióxido de carbono en metano (componente principal del gas domiciliario). También existen otros nanocatalizadores, nanofotocatalizadores y electro-nanofotocatalizadores para obtener a partir del dióxido de carbono ambiental hidrocarburos con más átomos de carbono (ejemplo etileno).
A los paneles solares clásicos, se le agregan los que utilizan puntos cuánticos (nano partículas semiconductoras) capaces de aumentar su eficiencia e incluso, regulando su tamaño, funcionar de noche captando la radiación infrarroja causante del efecto invernadero. En la actualidad también se lograron realizar paneles en los cuales la diferencia de potencial generada está vinculada con la humedad ambiente. Sus celdas contienen proteínas con grupos carboxílos laterales, los mas externos se protonan con la humedad estableciendo un gradiente de potencial eléctrico entre la parte superior e inferior. Los denominamos paneles humedales con la licencia de considerar la palabra humedal como zona húmeda vinculada con la humedad ambiental normal. Estos paneles presentan la ventaja adicional de poder ser utilizados dentro de las viviendas. Otro aspecto importante es el relacionado con los autos eléctricos. Las reservas de litio (Li) solo alcanzarían para convertir el 1% de los autos circulantes en eléctricos. En cambio las baterías de aluminio-grafeno, aún en desarrollo, permitirían mejorar la situación debido a la abundancia del aluminio (Al) en la naturaleza. La producción mundial anual de Al (año 2019) fue de 62.8 millones de toneladas y la de Li solo 0,077 millones de toneladas.
II. Producción
agrícola sustentable.
La mayor
cantidad de agua dulce del planeta la consume la agricultura. Por causa de la notoria ineficiencia de los agroquímicos
debido su forma de aplicación, menos del 5% de fertilizantes y pesticidas son
absorbidos por las plantas. Los pesticidas contaminan el agua y los
fertilizantes nitrogenados ingresan en un ciclo natural conducente a la
formación de gases NxOx que contribuyen
al calentamiento global. Los nanofertilizantes y nanopesticidas, en los cuales
los principios activos se adsorben a nanopartículas (NPs), permiten su retención
en el suelo dando más tiempo a la planta para su incorporación. Mejor aún, su
utilización foliar permite el ingreso casi total en los vegetales llegando a la
raíz aproximadamente solo el 1%. Lo expuesto permite un importante ahorro de
agroquímicos y el inicio de una
producción agrícola realmente sustentable.
IIII. La desalinización
de agua de mar
La desalinización de agua de mar resulta inviable debido a los
importantes costos por el consumo de la energía necesaria, aun generando
la energía con paneles solares la mejora no es suficiente. Los plasmones de
resonancia superficial localizada son NPs de metales conductores. Cuando la
frecuencia electromagnética de la nube de electrones superficiales (plasma)
entra en resonancia con alguna frecuencia de la radiación solar, las NPs
absorben la energía incrementando sensiblemente su temperatura. Colocadas en recipientes con agua de mar ese aumento de temperatura no se transmite
a toda la masa de líquido, se forma una burbuja de vapor a su alrededor, sube a
la superficie y libera el vapor, luego las NPs vuelven para iniciar otro ciclo. Este método de
desalinización solo requiere de nanopartículas reutilizables y sol. Por su casi nulo consumo energético es
recomendado por la UNESCO.
IV. Ambiente sin virus y sin bacterias.
La
nanofotónica se basa en el hecho que una parte de la “luz” interactúa con las
nanopartículas de dióxido de titanio generando con la humedad ambiente los radicales superoxidantes: O2. y OH. ,
capaces de destruir las membranas de virus, bacterias y hongos. El
radical OH. es el
oxidante más importante en la troposfera a tal punto que el Premio Nobel Paul
Crutzen lo denominó el "detergente de la atmósfera". Pinturas con
nanopartículas de dióxido de titanio se
utilizan para eliminar virus, bacterias, hongos y sus metabolitos en
hospitales, esculturas, comedores, restaurantes, escuelas, monumentos, etc.
Para lograr el mismo efecto en ventanas se emplean membranas fabricadas con
nanofibras del citado óxido.
V. Nanosensores
Una
cantidad importante de nanosensores y nanobiosensores permiten obtener
información instantánea sobre distintos problemas ambientales como la concentración
de dióxido de carbono, la detección rápida de incendios forestales, el estrés
hídrico de las plantas, la cuantificación
glifosato y la detección de contaminantes metálicos, entre muchas otras
aplicaciones.
VI. Mejora de la eficiencia energética.
El
aislamiento térmico de las viviendas puede contribuir en forma importante a la
disminución del gasto de energía. Recubrimientos poliméricos con nanobubujas de
aire en su interior dificultan la transmisión del calor manteniendo las
condiciones térmicas de la vivienda. Así en verano se puede disminuir
significativamente la utilización del aire acondicionado y en invierno la
calefacción. También podemos citar las mejoras provenientes de la
nanotecnología en la eficiencia de la iluminación domiciliaria.
VII. Purificación y nanorremediación de aire, agua y suelo.
La gran adsorción de las nanopartículas unidas al carácter magnético de las NPs férricas permite adsorber arsénico de aguas arsenicales y su posterior separación del fluido por campos magnéticos. La misma técnica se puede utilizar en aguas/suelos contaminados por hidrocarburos. En algunos casos se hacen NPs de óxido de titanio con núcleo férrico de modo de extraer los contaminantes orgánicos y finalmente destruirlos mediante la oxidación nanofotónica.
También se
puede purificar el agua utilizando filtros comerciales realizados con una
variedad importante de nanomateriales. Por ejemplo, filtros realizados con
nanofibras de alúmina de 2 nm de diámetro, permiten separar del agua virus,
bacterias, endotoxinas, ADN, ARN, entre otros.
Se describieron ocho contribuciones de la nanotecnología para combatir la creciente problemática ambiental. Muchas de ellas se integran y/o complementan. Es tan solo una pequeña muestra de como construyendo con átomos y moléculas podemos intentar mantener un planeta viable.
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