Un equipo de profesionales e investigadores del Grupo de Materiales Híbridos y de Carbono de la Unidad de Desarrollo Tecnológico, UDT, de la Universidad de Concepción, está transformando la tecnología de los fotoreactores solares para utilizarlos como purificadores de agua, capaces de recuperar metales valiosos y eliminar simultáneamente sustancias tóxicas, obteniendo agua apta para el consumo en comunidades sin acceso a las redes de agua potable.
La vida no existiría en la Tierra si no fuese por el agua. Sin embargo, el uso de este recurso por parte del ser humano ha provocado que a nivel mundial exista una creciente preocupación por su calidad. El agua juega un papel determinante para el correcto funcionamiento fisiológico de los seres vivos y si no tiene las condiciones adecuadas puede ser perjudicial para la salud. En la actualidad, aproximadamente el 20% de la población mundial carece de acceso directo a un suministro de agua dulce, el 65% dispone de un acceso moderado y tan sólo el 15% tiene acceso a una fuente de agua en abundancia.
El desarrollo demográfico e industrial y fenómenos naturales como sequías, terremotos o huracanes, han provocado un incremento de la contaminación de los recursos hídricos y/o dificultades en el suministro. Las principales fuentes de contaminantes de aguas residuales son de origen industrial, agrícola/ganadero y urbano. Por ejemplo, la industria minera genera descargas continuas de hierro y metales como cobre, cadmio, zinc, cromo, molibdeno, arsénico, entre otros, los que provocan turbidez y depósitos de sedimentos en el fondo del mar, amenazando a ecosistemas como las comunidades de invertebrados. Además, existen contaminantes persistentes como los plaguicidas empleados en la agroindustria, los que no son biodegradables.
Las tecnologías utilizadas para el tratamiento de aguas domésticas en Chile son básicamente métodos físico-químicos como la cloración, la precipitación, sistemas de membranas (ósmosis inversa), flotación y sistemas de reducción con bio-reactores o humedales artificiales. En ocasiones estas tecnologías son insuficientes para una apropiada depuración de las aguas y no siempre consiguen eliminar los plaguicidas, entre otros de los hoy llamados contaminantes emergentes.
Buscando nuevas tecnologías de tratamiento de aguas, el Dr. Juan Matos Lale, investigador del Grupo de Materiales Híbridos y de Carbono de la UDT se encuentra ejecutando el proyecto “Fotoreactor solar para el tratamiento de aguas contaminadas de sectores rurales y su utilización para consumo humano”, con apoyo del Fondo Acceso Energético, FAE, del Ministerio de Energía, que consiste en el desarrollo y construcción de un Fotoreactor Solar de flujo continuo tipo CPC (Colector Parabólico Compuesto) para el tratamiento de aguas residuales empleando luz solar y semiconductores híbridos fotoactivos, sintetizados a partir de biomasa y dióxido de titanio.
¿Cómo funciona?
La tecnología desarrollada está basada en la fotocatálisis heterogénea, proceso que usa los fotones provenientes del sol para excitar un semiconductor de banda ancha (fotocatalizador), que, en términos muy simples, provoca una reacción que oxida la materia orgánica o contaminante y la degrada rápidamente a dióxido de carbono, agua y sales minerales. Estas reacciones no producen cambios químicos en los fotocatalizadores, que son materiales híbridos, nanoestructurados, preparados a partir de desechos de biomasa de la Región Biobío. Estos materiales son 100% eco-amigables, de baja toxicidad, con estabilidad comprobada a la foto-corrosión y se pueden utilizar varias veces.
El fotoreactor solar cilindro-parabólico (CPC) está compuesto principalmente de válvulas, tubos de vidrio de borosilicato, estanques de agua, bomba centrífuga y un colector solar: estructura que soporta una superficie altamente reflectante y concentradora de radiación ultravioleta con forma de parábola. La radiación solar es reflejada sobre el tubo del reactor a través del cual circula el agua contaminada.
El primer prototipo CPC (1m2), fue construido e instalado exitosamente en UDT, en Coronel. En los ensayos realizados usando híbridos de biocarbonos-TiO2, producidos en el laboratorio, se pudo lograr el tratamiento de entre 510 a 800 litros al día de agua para consumo humano, a un costo de menos de $1 por litro de aguas residuales, consiguiendo una reducción de más del 90% de la carga contaminante del agua en menos de 2 horas de radiación, sin necesidad de someterla a tratamientos previos. Estos resultados preliminares nos permiten aportar una solución innovadora y escalable en sectores rurales de la Región del Biobío.