Desinfectar agua sin ningún producto químico, de manera ecológica, rápida y efectiva, sólo con la luz del sol. Éste es un sueño para muchos, sobre todo, para quienes por vivir en países en desarrollo ven muy limitado su acceso al agua potable purificada. Un equipo multidisciplinar de investigadores ha conseguido este reto a partir de una tecnología anterior para desinfectar agua, mediante fotocatalizadores, pero que sólo utilizaba luz ultravioleta. El sistema se ha optimizado con el uso de luz visible, mucho más abundante, y permite desinfectar incluso en la oscuridad.
Imagen: Angel Arcones
Era ya un hecho conocido que la incidencia de desinfección de agua para excursionistas y montañeros integran esta tecnología. Sobre esta base, grupos de investigadores habían desarrollado fotocatalizadores activados por rayos UV para desinfectar agua, sobre todo, cuando los métodos tradicionales era inviables. Estos sistemas gozan de la categoría de ecológicos, ya que en ellos no intervienen sustancias químicas potencialmente contaminantes. Sin embargo, resultaban poco eficientes en cuanto al aprovechamiento de la luz solar, ya que la radiación ultravioleta de la que se nutren supone apenas un 5% del espectro frente al 46% del visible, según especifican estos investigadores.
Ataque a las bacterias
El sistema desarrollado consiste en fibras de óxido de titanio a las que se introduce nitrógeno para que absorban la luz visible. El óxido de titanio dopado con nitrógeno (nombre que recibe la técnica que se usa en este campo, ya que traslada impurezas a un material para modificar su comportamiento) es capaz por sí solo de eliminar bacterias, aunque no de manera eficiente. Sin embargo, este grupo de investigadores ha añadido paladio a la superficie de las fibras, un aspecto que aumenta el rendimiento de la desinfección.
Las cargas positivas reaccionan con el agua y crean radicales capaces de atacar a las bacterias
Para comprobar su eficacia, los expertos en ciencias de los materiales de la Universidad de Illinois colocaron el fotocatalizador en una solución con una alta concentración de «E.coli», enfocada con una lámpara halógena en diferentes intervalos de tiempo. En una hora, el fotocatalizador fue capaz de reducir la concentración bacteriana de 10 millones de células a una sola en un volumen de 10.000 litros. El experimento también se realizó en la oscuridad y se comprobó la capacidad de desinfección del fotocatalizador en ausencia de luz. Para ello, hicieron brillar ésta sobre las fibras durante 10 horas, en una simulación de la exposición diurna, y después las almacenaron en oscuridad. Al cabo de 24 horas, el fotocatalizador todavía operaba y eliminaba bacterias en ausencia de luz.
Los fotocatalizadores tradicionales dejan de trabajar casi de manera instantánea cuando se apaga la luz, pero los nuevos dispositivos siguen su actividad durante muchas horas, incluso tras sólo unos minutos de iluminación. Cuando la luz incide sobre este material de óxido de titanio con nitrógeno y paladio crea cargas positivas y negativas (electrones). Las cargas positivas reaccionan con el agua y crean radicales capaces de atacar a las bacterias. El paladio secuestra los electrones e impide que estos neutralicen las cargas positivas, por lo que aumenta la potencia del proceso.
Cuando la luz se apaga, las partículas de paladio sueltan poco a poco su carga almacenada, que reacciona de nuevo con el agua y crea más agentes activos. De esta manera, el fotocatalizador desinfecta con gran eficacia durante el día y funciona de noche e, incluso, durante periodos de corte eléctrico. Como ventaja añadida, dada la rapidez de desinfección del sistema, este fotocatalizador es capaz de limpiar grandes volúmenes de agua.
Seguridad hídrica
Las enfermedades relacionadas con el consumo de agua contaminada es una de las principales causas de mortalidad en los países en desarrollo, sobre todo, entre los niños. Se calcula que más del 80% de las enfermedades detectadas en estos países están relacionadas con el consumo de agua insalubre. Diarreas, malaria, parasitosis o hepatitis A son algunas de las causas de contaminación biológica del agua por bacterias, parásitos o virus. Además, otras contaminaciones químicas se relacionan con los vertidos industriales, que podrían causar intoxicaciones agudas, pero también enfermedades a medio y largo plazo.
Por todo ello resulta de vital importancia el control de la contaminación y la calidad del agua mediante programas integrales de potabilización y saneamiento, así como una correcta gestión de los recursos hídricos que aseguren una adecuada salubridad en el agua de consumo. El desarrollo e implantación de sistemas de desinfección de agua basados en la utilización de recursos naturales como la luz solar son un gran avance en la obtención de agua purificada, sobre todo en los países en desarrollo, donde el acceso a otras fuentes de energía o a los productos químicos está muy limitado.
Se calcula que más de 2.500 millones de personas viven sin un sistema de saneamiento de agua adecuado. Este año, con motivo de la celebración del Día Mundial del Agua el pasado 22 de marzo, se lanzó desde las instituciones el eslogan «Agua limpia para un mundo sano», que resume el estrecho vínculo entre ambos conceptos y reivindica que el agua es vida y que las vidas dependen de la calidad del agua que se consume.
Los fotocatalizadores son equipos que aplican el proceso de fotocatálisis, también denominado catálisis fotónica, basado en las propiedades del dióxido de titanio. La fotocatálisis es un proceso de transferencia de electrones que utiliza el dióxido de titanio activado mediante luz, hasta ahora ultravioleta, para el tratamiento de agua contaminada. El efecto biocida representa una revolución para desinfectar agua, ya que se basa en procesos físicos y no en agentes químicos tradicionales como cloro, de los que está exento.
Estos sistemas, que suponen la aplicación directa de un proceso conocido desde hace décadas, se mejoran ahora al integrar como fuente la luz visible, en lugar de la ultravioleta, así como un sistema de almacenamiento de descarga gradual que permite que el sistema desinfecte agua en la oscuridad. Los métodos tradicionales de desinfección implican la utilización de productos químicos como el cloro, el calor (ebullición) o la filtración o una mezcla de estos sistemas.
