Química sostenible. Reciclaje de agua. Agricultura de precisión

Según la RAE, el adjetivo “sostenible”, especialmente en ecología y economía, significa que se puede mantener durante largo tiempo sin agotar los recursos o causar grave daño al medio ambiente.

La sostenibilidad de la práctica industrial pasa por la incorporación de nuevas tecnologías que faciliten la gestión de residuos y el uso razonado de sustancias que puedan conllevar un impacto sobre el medioambiente. A continuación mostramos algunos resultados de proyectos de gran calado que facilitan a la industria herramientas para ser más sostenibles.

El Consejo Europeo de Investigación (CEI) fomenta la investigación de máxima calidad en Europa apoyando (mediante programas de financiación) proyectos que abordar las barreras y retos actuales de la sostenibilidad de la actividad industrial. Entre los proyectos financiados y con resultados de aplicación industrial, consideramos tres relacionados con la mejora de la sostenibilidad en la industria química, la reciclabilidad de agua hasta exigencias de potabilidad y el aumento de la eficiencia de la práctica agrícola.

Industria química sostenible. CO2 residual para obtener sustancias químicas funcionales

La industria química orgánica generalmente emplea recursos fósiles para la generación de compuestos de interés, lo cual conlleva emisiones de CO2.

Aunque el CO2 se puede reciclar en la producción de sustancias químicas orgánicas, éste residual es complejo de transformar. Ante esta barrera, el proyecto CO2Recycling (A Diagonal Approach to CO2 Recycling to Fine Chemicals)ha diseñado un proceso catalítico en el que se gestiona el CO2 residual en un solo paso dando lugar sustancias químicas funcionales.

En el proceso intervienen catalizadores moleculares que activan el CO2 y reductores como hidrosilanos, hidroboranos y ácido fórmico entre otros. Entre los productos más importantes que los investigadores consiguieron sintetizar se encuentran las aminas (metilamina), ésteres (poliésteres) y amidas (acrilamida).

Cabe destacar que en el marco del proyecto se desbloqueó el proceso de transformación para generar urea, ácidos carboxílicos y metanol, generalmente obtenidos a partir de fuentes fósiles.

Los resultados del proyecto han dado lugar a doce solicitudes de patente y, además, servirán como punto de partida para futuras investigaciones focalizadas en el desarrollo de soluciones para la conversión del CO2 en aras de conseguir una industria química más sostenible.

Gestión del ciclo del agua. Sistema de filtración por membranas basado en la naturaleza

El aumento de la población y los efectos del cambio climático son dos de los principales factores causantes de la escasez de agua y estrés hídrico. Algunas soluciones adoptadas para combatir esta situación son el reciclaje de agua y la desalinización de agua marina.

Las opciones de reciclaje de agua para obtener agua potable dependen, cada vez más, de la filtración mediante membranas. Aunque estos sistemas son eficaces, presentan varias barreras que el proyecto ANEMONE (Antibiofouling Nanopatterned Electrospun Membranes for Nanofiltration Applications) ha abordado aportando soluciones tecnológicas innovadoras.

El uso actual de la tecnología de membranas conlleva elevados costes. El proceso se encarece por el uso de altas presiones para garantizar la eficacia de la filtración, proceso que conlleva un elevado consumo energético. Por otra parte, ciertos microorganismos se pueden adherir a las membranas generando bioincrustaciones que dan lugar a obstrucciones en las membranas reduciendo su eficacia. En ocasiones es necesario interrumpir el proceso de filtración para llevar a cabo procesos de limpieza, lo que conlleva tiempo y coste para la industria.

El proyecto ANEMONE se basó en la naturaleza, concretamente en las alas de las cigarras, para desarrollar membranas poliméricas empleando electrohilado para la fabricación de nanofibras. Estas nanofibras, con diámetros hasta 20 nanómetros, cumplen los requisitos de la filtración por membrana al tiempo que tienen un efecto antibacteriano. Estas propiedades antibacterianas las otorgan los nanopatrones que se forman, ya que estiran de las células de las bacterias hasta que éstas se rompen.

De esta forma, las membranas desarrolladas evitan las bioincrustaciones permitiendo el reciclado de agua de forma asequible. Ante los buenos resultados obtenidos en experiencias piloto, los socios se encuentran en el proceso de escalado y validación en condiciones reales.

Aprovechamiento del 100% de aguas residuales

Estamos trabajando en innovadoras líneas de investigación para el aprovechamiento sostenible de los recursos contenidos en las aguas residuales agroalimentarias. Destacamos el desarrollo de nuevos materiales de membrana empleadas en sistemas de filtración eficientes, que permitan la recuperación selectiva de compuestos de interés. Además, la optimización de la electrodiálisis con membranas bipolares para valorizar salmueras, y reactores biológicos de membrana anaerobios, entre otros.

Agricultura con mayor precisión. Biosensores electroquímicos desechables

Las barreras actuales para conocer las necesidades nutricionales de los cultivos provocan un excesivo uso de fertilizantes, lo que conlleva costes económicos adicionales y un impacto negativo sobre el entorno.  Estas barreras son debidas a las herramientas analíticas actuales, las cuales, además de tener un coste elevado, requieren del análisis de muestras en laboratorio. Estas herramientas no son desechables, debiéndose limpiar y calibrar tras su uso, además de no ser del todo precisas en mediciones de muestras complejas como puede ser el jugo de las plantas.

En el marco del proyecto LiveSEN (In-Field Live Sensing of Nitrate in Crops for Real-Time Fertilization Adjustment) se ha desarrollado un biosensor portátil e instantáneo que mide los niveles de nitrógeno en campo y con ello determinar la cantidad de fertilizante que es necesario aplicar en cada momento.

El biosensor electroquímico se basa en el uso de enzimas que detectan los nitratos presentes en el jugo de las plantas. Con el fin de obtener resultados precisos, se han incorporado sistemas para evitar interferencias, como puede ser el oxígeno disuelto, y falsas lecturas. La información recopilada por el sensor es procesada por un sistema en la nube. Los agricultores reciben en su móvil y de forma inmediata cuál es la cantidad de fertilizante que es necesario aportar.

El biosensor desarrollado es sencillo de utilizar, por lo que no se necesitan conocimientos técnicos para tomar muestras, realizar mediciones o interpretar los datos. Esta innovación podría dar lugar a mejores rendimientos, reducción de costes y menor impacto medioambiental.

iDrone: Hacia el desarrollo de soluciones sencillas

Estamos desarrollando sensores ópticos de alta resolución espacial y espectral embarcados en drones y robots terrestres autoguiados que permiten la medición de indicadores agronómicos como el estrés, las enfermedades y plagas, y la madurez.

Ser sostenible conlleva muchas ventajas. Además de conseguir ser más respetuoso con el medioambiente, tiene implicaciones muy positivas para la imagen de la empresa. Además, el desarrollo e implementación de nuevas tecnologías en este sentido permite la reducción de costes y la optimización de los rendimientos productivos.

En el marco nuestro compromiso con los Objetivos de Desarrollo Sostenible, y en concreto con el ODS9, desarrollamos innovadoras tecnologías que permiten a las empresas reducir su impacto en el medioambiente al tiempo que mejoran su competitividad. ¿Colaboramos?