Eliminación autónoma y sostenible de vertidos de petróleo en el agua mediante textiles bioinspirados
Investigadores del ITA, la Universidad de Bonn y Heimbach GmbH han desarrollado un nuevo método para eliminar los vertidos de petróleo de las superficies acuáticas de forma económica, ahorrando energía y sin utilizar sustancias tóxicas. El método es posible gracias a un tejido técnico que se integra en un contenedor flotante. Un solo dispositivo pequeño puede eliminar hasta 4 litros de gasóleo en una hora. Esto corresponde a unos 100 m2 de película de gasóleo en una superficie acuática.
Figura 1: Adsorción de una gota de aceite usado en cuestión de segundos por una hoja del helecho flotante Salvinia molesta
© W. Barthlott, M. Mail/Universität Bonn
Figura 2 Sección transversal del modelo asistido por ordenador (CAD) del adsorbedor biónico de petróleo
© ITA
A pesar de la constante expansión de las energías renovables, la producción mundial de petróleo, su consumo y el riesgo de contaminación por hidrocarburos no han dejado de aumentar en las dos últimas décadas. En 2022, la producción mundial de petróleo ascendió a ¡4.400 millones de toneladas! A menudo se producen accidentes durante la extracción, el transporte y el uso del petróleo, que provocan una contaminación medioambiental grave y a veces irreversible y daños a los seres humanos.
Existen varios métodos para eliminar esta contaminación por petróleo de las superficies acuáticas. Sin embargo, todos los métodos presentan diversas deficiencias que dificultan su uso y, en particular, limitan la eliminación del petróleo de las aguas interiores.
Para muchas aplicaciones técnicas, las soluciones inesperadas proceden del campo de la biología. Millones de años de evolución han permitido optimizar las superficies de los organismos vivos para su interacción con el entorno. Las soluciones, a menudo bastante desconocidas para los científicos de materiales y difíciles de aceptar. El examen rutinario durante mucho tiempo de unas 20.000 especies diferentes demostró que existe una variedad casi infinita de estructuras y funcionalidades. Algunas especies en particular destacan por sus excelentes propiedades de adsorción de petróleo. Se demostró que, por ejemplo, las hojas del helecho flotante Salvinia molesta, adsorben aceite, lo separan de la superficie del agua y lo transportan sobre su superficie (Figura 1 Adsorción de una gota de aceite usado en cuestión de segundos por una hoja del helecho flotante Salvinia molesta).
Las observaciones les inspiraron para trasladar el efecto a textiles técnicos destinados a separar el aceite del agua. El resultado es un tejido espaciador superhidrofóbico que puede fabricarse industrialmente y, por tanto, es fácilmente escalable.
El tejido bioinspirado puede integrarse en un dispositivo de separación de agua y aceite. Todo este dispositivo se denomina Adsorbedor Biónico de Aceite (BOA, Figura 2 Sección transversal del modelo asistido por ordenador (CAD) del Adsorbedor Biónico de Aceite. El esquema muestra una película de aceite (rojo) sobre una superficie de agua (azul claro). En el contenedor flotante (gris), el textil (naranja) se fija de forma que esté en contacto con la película de aceite y el extremo sobresalga hacia el interior del contenedor. El aceite es adsorbido y transportado por el textil BOA. Como se muestra en la sección transversal, entra en el contenedor, donde se libera de nuevo y se acumula en el fondo del recipiente).
Partiendo de la contaminación en forma de película de aceite en la superficie del agua, el proceso de separación y recogida funciona según los siguientes pasos:
- El BOA se introduce en la película de aceite.
- El aceite es adsorbido por el textil y separado del agua al mismo tiempo.
- El aceite se transporta a través del textil hasta el recipiente de recogida.
- El aceite gotea del textil al recipiente de recogida.
- El aceite se recoge hasta que se vacía el recipiente.
La ventaja de este novedoso dispositivo de separación de aceite es que no es necesario aplicar energía adicional para hacer funcionar el BOA. El aceite se separa del agua circundante gracias a las propiedades superficiales del textil y se transporta a través de éste impulsado únicamente por fuerzas capilares, incluso en contra de la gravedad. Cuando llega al final del textil en el recipiente de recogida, el aceite se desorbe sin más influencia externa debido a las fuerzas gravitatorias. Con la escala actual se pueden separar aproximadamente 4 L de gasóleo del agua con un dispositivo del Bionic Oil Adsorber por hora.
Parece poco probable que un tejido funcionalizado de punto espaciador sea más barato que un no tejido convencional, como los que se utilizan habitualmente para los adsorbentes de aceite. Sin embargo, al tratarse de un material funcional, los costes deben estar relacionados con la cantidad de aceite eliminado. En este sentido, si comparamos el precio de venta del textil BOA con los precios de venta de varios no tejidos absorbentes de aceite, el primero es entre 5 y 13 veces más barato con 10 ct/L de aceite eliminado.
En general, el dispositivo BOA ofrece un método rentable y sostenible de separación de agua y aceite en contraste con los métodos de limpieza convencionales debido a las siguientes ventajas:
- No son necesarios requisitos energéticos adicionales, como en el caso de los desnatadores de aceite.
- No se introducen sustancias tóxicas en el agua, como ocurre con los dispersantes de hidrocarburos.
- Los textiles y el equipo pueden reutilizarse varias veces.
- No quedan residuos en la masa de agua
- Es barato en relación con la cantidad de petróleo eliminada.
El equipo de investigadores del ITA, la Universidad de Bonn y Heimbach GmbH pudo demostrar que la novedosa tecnología biomimética BOA es sorprendentemente eficaz y sostenible para la separación autocontrolada y la recogida automática de películas de petróleo, incluida su completa eliminación del agua. BOA puede adaptarse para su aplicación en aguas abiertas, pero también para su uso en aguas interiores. Además, es prometedor que el textil pueda utilizarse en varios procesos de separación relacionados. El producto se está desarrollando actualmente para que pueda lanzarse al mercado en 2-3 años.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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