¿Tiene futuro un planeta abarrotado de habitantes?

Un informe de Naciones Unidas permite inferir que la población mundial alcanzaría los 8.000 millones de personas el 15 de noviembre del 2022. En el año 1 de nuestra Era cristiana la población era de sólo 250 millones. Debieron Trascurrir 1.649 años para su duplicación hasta los 500 millones de habitantes. Una nueva duplicación tardó 150 años, recién se arribó a los 1.000 millones en el año 1800. La tercera ha demorado 100 años, en 1900 el planeta llegó a los 2.000 millones. Para una cuarta duplicación no hubo que esperar tanto, en 1970 la población ya era de 4.000 millones. Finalmente la quinta ha necesitado solo 52 años, habremos alcanzado los 8.000 millones de habitantes a fines del 2022. 

Científicos como el destacado Edward O. Wilson de la Universidad de Harvard, estiman mediante cálculos basados en la disponibilidad de los recursos disponibles, una  capacidad máxima de 9.000-10.000 millones de habitantes en la  Tierra.  La GFN (Global Footprint Network) y la NEF (New Economics Fundation) anualmente hacen el cálculo de la velocidad con que los humanos consumen los recursos generados en el planeta. 

El "día del agotamiento" (Global Overshoot Day) es la fecha en que se consumen totalmente los recursos naturales producidos en la tierra durante el año agotando el presupuesto establecido. El resto del año se vive  a crédito de las futuras generaciones sobreexplotando los recursos naturales,  acumulando exceso de carbono en la atmósfera y con la imposibilidad de procesar toda la basura generada. El "día del agotamiento" en el año 1970 cuando la población era de 4000 millones de habitantes fue el 29 de diciembre, mientras  que en el año 2019, antes de la pandemia, se adelantó al 29 de julio con una población 7673 millones. Es decir un aumento en la población mundial de 3673 millones de habitantes, a pesar del incremento de los recursos generados, produjo un adelanto en el Global Overshoot Day, de 5 meses. El vertiginoso crecimiento de la población mundial condujo a problemas significativos como el incremento en la demanda de energía, alimentos y servicios de salud, aumento de la contaminación en general producto de la mayor cantidad de habitantes y de la actividad humana, peligrosa acumulación de gases que conducen al calentamiento global, declive constante de la diversidad biológica ante la apropiación de más espacios físicos por el hombre, concentración de los recursos en pocos habitantes, aproximación a la “carga máxima de la tierra” cercana a los 9.000-10.000 millones de habitantes y hasta un ascenso de lo irracional. En el contexto señalado urge el auxilio de nuevas tecnologías capaces de transformar la naturaleza para intentar restituir las pautas perdidas y hacer posible la vida en el planeta. Esas ciencias-tecnologías integradas son la Nanotecnología y la Biotecnología con su capacidad de dar respuestas a las necesidades humanas primarias: energía, alimentos, salud, cuidado del ambiente, vivienda, vestimenta, comunicación, transporte y defensa. La Biotecnología da respuesta a las primeras cuatro y la Nanotecnología, con su capacidad para innovar construyendo con átomos y moléculas, a todas.

Si el planeta tiene alguna chance de futuro dependerá de una gestión internacional comprometida con la posibilidad de dar soluciones concretas a las problemáticas planteadas mediante la utilización racional e inteligente de estas nuevas tecnologías impulsadas hacia un crecimiento exponencial por las necesidades acuciantes de un planeta abarrotado con 8.000 millones de habitantes.

Lectura complementaria:

Informe de población. Anuario de Relaciones Internacionales

Nanotecnología, la solución a la problemática ambiental

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. Contribución  a las 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. Control ambiental y climático

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. También son interesantes los nanocatalizadoires diseñados para convertir el dióxido de carbono presente en el aire en  compuestos orgánicos valiosos.

 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 siete tipos de 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.

Información complementaria:

Power generation from ambient humidity using protein nanowires.  

Low Cost Nanomaterials for Water Desalination and Purification.

Nanoparticle Size and Coating Chemistry Control Foliar Uptake Pathways, Translocation, and Leaf-to-Rhizosphere Transport in Wheat.

Hierarchically porous polymer coatings for highly efficient passive daytime radiative cooling.

Cambio climático, murciélagos y pandemias

En el artículo: Shifts in global bat diversity suggest a possible role of climate change in the emergence of SARS-CoV-1 and SARS-CoV-2, publicado el 1 mayo del año 2021 en la revista  Science of The Total Environment  por investigadores de la University of Cambridge (Reino Unido), del Potsdam Institute for Climate Impact (Alemania) y del Department of Geography and Environment de la University of Hawai'i (USA), los investigadores analizan detalladamente la incidencia del cambio climático en la migración de los murciélagos, aspecto central en la evolución y transmisión de los dos coronavirus (CoV): SARS-CoV-1 y SARS-CoV-2 que infectan a los humanos. El número de CoV presentes en un área está fuertemente correlacionado con la riqueza de especies de murciélagos y las condiciones climáticas que impulsan su  distribución geográfica.

Crédito: Robert M. Beyer , Andrea Manica y Camilo Mora. Science of The Total Environment.

Los investigadores demuestran que la provincia de Yunnan, en el sur de China, y las regiones vecinas en Myanmar y Laos forman un centro de aumento en la riqueza de especies de murciélagos. El aumento estimado debido al cambio climático es de alrededor de 40 especies de murciélagos en la región (Ver figura) y corresponde a un aumento en el número local de CoV transmitidos por murciélagos del orden de 100 (± 50) virus, dado que cada especie de murciélago porta en promedio 2,67 (± 1,38) CoV.

Examinar los cambios impulsados ​​por el cambio climático en la distribución de biomas naturales y los requisitos de hábitat de las especies de murciélagos en la región alrededor de la provincia sureña de Yunnan proporciona información sobre el aumento estimado de la riqueza local de especies de murciélagos. Si bien el área de la mayoría de los biomas forestales no han cambiado sustancialmente en su tamaño total, los datos considerados revelan un transición a gran escala de matorrales tropicales a sabanas tropicales y bosques caducifolios durante el siglo pasado, impulsada por cambios climáticos caracterizados por niveles más altos de CO2 atmosférico, aumento de la temperatura, patrones de precipitación alterados y disminución de la cobertura por nubes. Este proceso creó un ambiente adecuado para muchas que especies de murciélagos que requieren predominantemente hábitats de tipo forestal se concentren en la región originando un marcado incremento. Muchas de las cuales se comercializaban en un mercado húmedo de Wuhan (a 1800 km de Yunnan).

En la publicación “Principio de Le Châtelier, contaminación y naturaleza” citábamos al su principio: “Cuando se produce una perturbación que altera el equilibrio de un sistema, este evolucionará de tal manera que contrarreste, dentro de lo posible, dicha perturbación”. El cambio climático que perturba el equilibrio del planeta puede originar calentamiento global, desertización, patrones de precipitación alterados, cambios en la composición atmósfera, enfermedades varias y aumento en la frecuencia e intensidad de incendios forestales y pandemias, entre otros. El artículo Shifts in global bat diversity suggest a possible role of climate change in the emergence of SARS-CoV-1 and SARS-CoV-2 constituye una contribución científica concreta sobre una forma de la naturaleza para contrarrestar la perturbación de su equilibrio.

Lecturas Complementarias:

Shifts in global bat diversity suggest a possible role of climate change in the emergence of SARS-CoV-1 and SARS-CoV- 2,

Principio de Le Châtelier, contaminación y naturaleza.

Las nuevas carreras universitarias que la vida necesita

Las universidades suelen implementar carreras con salida laboral para tratar de brindar a los estudiantes certeza sobre su futuro. En principio parece razonable, no obstante son los institutos terciarios con tecnicaturas superiores quienes tienen en el sistema educativo la finalidad de la capacitación directa para la empleabilidad. De hecho muchas universidades dan títulos intermedios en franca competencia con el citado nivel educativo. La misión real de la universidad es otra, es la de generar los nuevos conocimientos que originarán en el tiempo los trabajos del futuro.

Esta historia comienza con en nacimiento de la biotecnología moderna en el año 1973. Toda una revolución tecnológica con fuerte impacto en lo económico y social. Era necesaria una formación universitaria acorde con los cambios que se vislumbraban. En el país (Argentina) había varias Licenciaturas en Biotecnología buscando su perfil ya que competían en lo científico con los químicos biológicos, biólogos y bioquímicos. Resultaba casi obvio que el perfil del biotecnólogo debía tener como diferencial una capacitación en ciencia, tecnología y gestión empresarial para formar innovadores en la temática. Atento a la problemática presenté en 1998 el proyecto para hacer la primera Licenciatura con tales características en la Universidad Argentina de la empresa (UADE, Ciudad de Buenos Aires. Argentina). La idea comenzó a gestarse en mucho antes, en 1993, luego de implementar en el Instituto Terciario de ORT la Tecnicatura Superior en Biotecnología. El proyecto recién pudo concretarse cuando el Dr. Germán Guido Lavalle asumiera primero como Decano de la Facultad de Ingeniería y luego como Rector de la UADE. Gracias al acompañamiento de su gestión la carrera comenzó en marzo del año 2005. Luego surge, a través del análisis del crecimiento exponencial de las tecnologías convergentes NBIC (Nano, Bio, Info y Cognotecnología), la búsqueda desesperada del desarrollo curricular de la primera Licenciatura en Nanotecnología en el país, la única disciplina capaz de dar respuestas a las nueve necesidades humanas primarias: salud, alimentos, energía, ambiente, vestimenta, trasporte, vivienda, comunicación y defensa. Incluso en las cuatro primeras coincidentes con las respuestas de la biotecnología, la nanotecnología las complementa y muchas veces en forma superadora.

El primer proyecto para hacer una Licenciatura en Nanotecnología surgió a fines del año 2005, pero hubo que esperar hasta el año 2014. El Dr. Leonardo F. Gargiulo, quién supo tener un micro vinculado con emprendedores en nuestro programa radial Café Biotecnológico (Radio Cultura), me contactó de la Universidad CAECE, en la cual comenzó a desempeñarse como Vicerrector cuando se hizo cargo de la unidad académica la Cámara de Comercio y Servicios. Estaban buscando nuevas carreras para contribuir al progreso del país. De la reunión realizada con él y el Rector Ing. Francisco F. Von Wuthenau surgió el acuerdo para crear y dirigir la primera Licenciatura en Nanotecnología en la Argentina. Luego de un arduo trabajo desde el 2014, se inicia la carrera en el año 2017 y en el 2020 egresa la primera promoción. La nanotecnología y la biotecnología se complementan (ver en lecturas complementarias: El ying yang tecnológico del siglo XXI y el Plan NanoBio) y constituyen las dos primeras ciencias-tecnologías integradas de las NBIC con capacidad para transformar la naturaleza. 

Terminada la pequeña historia, hoy estamos ante el desafío de encarar dos nuevas carreras universitarias vinculas con la vida. En el planeta tanto el ambiente como la economía están a la deriva y hay un riego creciente de subsistencia debido al aumento de la población, la contaminación, el cambio climático, la deser-tización, el aumento de pandemias e incendios fores- tales en intensidad y frecuencia, etc. Una de las carreras propuestas está vinculada con hacer viable lo inviable, evitar la acumulación de recursos en unos pocos y generar en forma sustentable trabajo para todos. La otra íntimamente ligada al “ser humano”, es necesaria para acompañar nuestra revolucionaria transformación en la segunda mitad del siglo XXI. La pregunta final es: ¿Cuáles son las dos nuevas carreras universitarias que la vida necesita en el contexto señalado? 

Los asiduos lectores de Biotecnología & Nanotecnología al Instante seguramente estarán orientados para encontrar la respuesta; los otros, también comprometidos con la vida, podrán solicitarla a albertoluisdandrea@gmail.com.

Lecturas complementarias:

El ying yang tecnológico del siglo XXI.

Plan NanoBio

Ambiente & Biotechpeace Network

En el artículo Principio de Le Châtelier, contaminación y naturaleza, publicado en Biotecnología & Nanotecnología al Instante (04/07/20) y en el Scilog Homo nanus de Investigación y ciencia (03/08/20) decía “Los países basan buena parte de su economía en la producción industrial y la explotación de recursos naturales. Todo es un ciclo de producción y consumo sin considerar los daños producidos al ambiente. Por lo tanto constantemente se altera y perturba el equilibrio del suelo, del agua y del aire. La economía imperante vive a espaldas de los límites naturales impuestos por los recursos del planeta.

Esta pérdida de contacto con la base material del proceso económico impide explicar el origen de algunos de nuestros problemas más graves y plantear alternativas viables”. Lógico es observar entonces como la problemática ambiental se agudiza. No son las encendidas protestas la solución, es necesario el uso racional intensivo de las nuevas tecnologías para cubrir las necesidades de una población planetaria creciente en forma sustentable. Es con esa premisa que en febrero del año 2013 se crea Biotechpeace Network cuya de difusión e inscripción se realiza a través del Grupo de Linkedin con la citada denominación (https://www.linkedin.com/groups/4846010/). En sus fundamentos dice: “Biotechpeace Network constituye un espacio para trabajar por el desarrollo sustentable del planeta. La biotecnología y la nanotecnología nos permiten salir de la protesta y pasar a la acción. La biotecnología con sus 65 millones de genes conocidos y la ingeniería genética brinda soluciones en áreas vitales como la salud, la alimentación, la energía y el cuidado del medio ambiente. La nanotecnología nos permite innovar haciendo construcciones con átomos y moléculas de modo de dar respuestas en el campo de las nueve necesidades humanas: salud, alimentación, energía, ambiente, vivienda, vestimenta, comunicación, trasporte y defensa. La paz futura no se logrará con una economía de mercado sin respetar las leyes de la naturaleza, se logrará con la economía de las nuevas tecnologías, basada en la bioeconomía y en la nanoeconomía, capaz de generar en tiempo y forma los recursos naturales renovables y trabajo para todos. Biotechpeace Nerwork deberá ayudar a hacer lo que hay que hacer para mantener la vida en el planeta”. Tal vez sea el momento adecuado para que puedas reflexionar sobre la temática e incorporarte a la red.

Lectura complementaria:

Plan NanoBio

Mañana, ayer y hoy

Luego de la película  Ayer, hoy y mañana (1963), se escribieron varios artículos con la citada denominación vinculados con temas varios,  incluso tecnológicos.  El cambio, en el orden del presente artículo no está ligado a una pretensión de originalidad sino a priorizar la preocupación por el mañana en un planeta en cuyo ayer no se contempló adecuadamente la dimensión de los problemas y en un hoy que lo encuentra a la deriva sin las adecuadas respuestas económicas y ambientales. El mañana apunta a un planeta sin rumbo y con conducciones ortodoxas incapaces de hacer la ruptura necesaria para modificar la situación. En ese contexto aparecen las nuevas tecnologías con su capacidad de dar respuestas singulares en las áreas planteadas a través de sus aspectos tanto estrictamente tecnológicos como económicos (bioeconomía, nanoeconomía). 

Las nuevas tecnologías son desarrolladas por profesionales altamente capacitados, de vanguardia y con una visión planetaria estructuralmente diferente a la desarrollada en la cultura de la globalización actual. Entonces, se visualiza la necesidad de una gestión ambiental comprometida con la necesidad de dar soluciones concretas a las problemáticas del cambio climático mediante la utilización racional intensiva de las nuevas tecnologías y la de crear las condiciones económicas para cubrir las necesidades de una vida garantizada a los 7500 millones de habitantes del planeta. Cuanto antes avancemos en la dirección señalada, más posibilidades de evitar un caos planetario acelerado e inminente. No es fácil, debemos poner todo el saber de avanzada en el intento, explicar y convencer a quienes prefieren ignorar la situación. Por eso, sólo por eso pensemos primero en el mañana para cambiar lo que hicimos mal ayer. ¿Cuándo comenzar? Hoy. 

Lectura complementaria: Plan NanoBio

¿Podrá la nanotecnología salvar al planeta?

Las actividades humanas conducen aceleradamente a los grandes desequilibrios del planeta y a las amenazas ambientales sobre el futuro. Ante estas urgencias la  dimensión nano aporta la esperanza de soluciones radicalmente nuevas tales como:

Cristales nanométricos capaces de aumentar la eficiencia de los paneles solares permitiendo una conversión rentable de la energía solar en eléctrica. La radiación solar recibida en una hora en la superficie del planeta podría producir la electricidad consumida en todo un año. Sólo falta lograr células solares baratas y muy eficientes capaces de aumentar significativamente la reducida captación actual de los paneles de silicio. Esto se puede lograr diseñando nanopartículas-nanocristales “realizadas a  medida” de modo que cada una se comporte como una célula solar; nanopartículas capaces se captar el espectro visible e infrarrojo, aplicables como pintura sobre un soporte. Nada más ni nada menos que nanopaneles solares flexibles para los edificios y también para fabricar amplias alfombras solares capaces de captar la radiación en  los desiertos.

Reducción de las emisiones contaminantes (partículas de hidrocarburos, cancerígenas y capaces de producir hasta ataques cardíacos) presentes en el habitáculo del coche y en el aire al ser emanadas por los caños de escape; mediante el agregado de nanopartículas catalíticas (Ej.: óxido de cerio) a los combustibles.

Creación de nanopartículas para eliminar los contaminantes tóxicos (nanoeliminación) de las reservas de agua potable (Ej: metales pesados)  o de restaurar los suelos degradados por la industrialización masiva (aceites, pesticidas,…).

Los productos nanotecnológicos comienzan a salir de los laboratorios y llegan a nuestras vidas. Su propia toxicidad está en discusión y estudio para no cometer los errores de los desarrollos tecnológicos del siglo pasado. 
Si le damos prioridad a la problemática ambiental, tal vez la nanotecnología, con la ayuda de la biotecnología capaz de hacer un mundo más verde, puedan salvar el planeta.  

Lectura complementaria:

Nanonews.