Agua limpia para el mundo en desarrollo

Una tela de algodón tratada con nanotintas produce un filtro de agua que es eficiente y necesita poca energía para trabajar.

By Katherine Bourzac

Un filtro de agua bajo desarrollo en la Universidad de Stanford remueve las bacterias del agua rapidamente y sin taponearse--y podria llevar a un metodo simple y barato de limpieza de agua para el mundo en desarrollo. El dispositivo, que usa una pieza de algodon tratada con nanotintas, mata las bacterias con campoe electricos pero usa solo el 25 % de la energia requerida por los filtros a presion.

Al menos un billón de personas tienen acceso solo a aguas contaminadas con patógenos o polución. "Hay una gran necesidad por un filtro de bajo costo extremadamente robusto, que no requiera mucha energía," dice Mark Shannon, quien dirige un centro de materiales avanzados para purificación en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. "La mayoría de lugares que necesitan esto, no tienen electricidad, o a lo mas una cuantas horas al día", dice Shannon, quien no esta involucrado con la investigación.

Esterilización Rápida: Un investigador de Stanford vacía agua a través de un embudo acoplado con un filtro de algodón nanotubo que mata las bacterias rápidamente. Los cordones rojos suministran electricidad al dispositivo, el cual usa campos eléctricos para generar huecos en la bacteria. Credito: Technology Review

El filtro desarrollado por los investigadores de Stanford trata de mejorar otros sistemas "en el punto de uso" para la remoción de las bacterias fuera de las instalaciones de tratamiento de agua. Hay dos métodos químicos principales: añadir cloro al agua para matar las bacterias, o añadiendo hierro, lo que causa que las bacterias se junten, facilitando su remoción.
Los métodos químicos son difíciles porque ellos requieren entrenamiento y un suministro continuo de aditivos.

La filtración, por el contrario, es atractiva porque es simple. Pero la mayoría de métodos de filtración en el punto de uso sacan las bacterias del agua excluyendo los organismos por tamaño. Estos filtros se taponean con el tiempo, trabajan muy lentamente a menos que se usen bombas intensivas en energía para hacer pasar el agua a través de ellos. El filtro Stanford, el cual funciona por gravedad tiene poros suficientemente grandes para permitir una alta velocidad de flujo--alrededor de 100,000 litros/hora. Este usa pulsos eléctricos para desactivar las bacterias por perforación de las paredes de sus células. La investigación que liderada por los profesores Yi Cui y Sarah Heilshorn de ingeniería y ciencia de materiales de Stanford. 
Para hacer el filtro, los investigadores remojaron una pieza de guata de algodón en una tinta acuosa de nanotubos de carbono, la secaron, luego la remojaron en una tinta de nanoalambres de plata en base alcohol y la dejaron secar nuevamente. Cui y los otros han usado métodos similares de remojo para hacer electrodos de batería de nanotubos-papel y textiles nanotubos. Los largos nanotubos y nanoalambres quedan embebidos en las fibras.

Hasta ahora, los investigadores han estado probando los filtros rellenándolos en un embudo de vidrio montado en un vaso de vidrio. El filtro esta conectado a cables eléctricos para proporcionar un voltaje conforme el agua es vaciada a través del embudo. Cui dice que el filtro puede ser energizado con baterías de carros o paneles solares.

El grupo de Cui ha probado el filtro contra altas concentraciones de E. coli. En estas pruebas preliminares, descritas en linea en la publicación Nano Letters, el filtro desactivó hasta el 98 % de las bacterias. Aun una simple bacteria es suficiente para enfermarnos, de manera que no es suficientemente bueno para usarlo en el campo, pero Cui espera mejorar los filtros.

Cui no esta seguro respecto a como trabaja el filtro, pero el sabe que los dos materiales son mejores juntos. La plata es muy conocida por sus propiedades antimicrobianas y los nanotubos de carbón son altamente conductivos. Una suposición es que se forman campos eléctricos locales muy fuertes en la punta de los nanoalambres de plata, perforando las paredes de las células. Cuando se corta la energía eléctrica, la plata evita que las bacterias contaminen la superficie, un problema muy común en los filtros.

No han habido estudios definitivos sobre el efecto de los nanotubos de carbón transmitidos por agua y nanoalambres de plata en la gente y organismos menores; los experimentos con los nanotubos de carbón de transmisión aérea han mostrado que su efecto sobre los pulmones de los ratones es similar al efecto del asbesto. Pero las pruebas preliminares en miles de galones de agua sugieren que los nanomateriales no están pasando al agua. Los investigadores realizaran mas pruebas para determinar si es que, con el transcurso del tiempo, los nanomateriales permanecen pegados al filtro o se desprenden hacia el agua.

"Yo creo que hay un tremendo potencial para descubrimientos tecnológicos como este para mejorar dramáticamente las opciones de un tratamiento de agua barato", dice Kara Nelson, profesora de ingeniería ambiental civil de la Universidad de California, Berkeley. Ahora es importante llevar este dispositivo prueba de concepto al próximo nivel, dice Nelson, mejorando la eficacia del filtro y demostrando que puede trabajar con un amplio rango de patógenos de transmisión acuosa, incluyendo virus y protozoarios.
Chad Vecitis, profesor de ingeniería ambiental en la Universidad de Harvard, dice que el aspecto mas impresionante del filtro es su velocidad. Muchos investigadores universitarios están analizando el problema del agua limpia, pero otras soluciones de baja energía son muy largas o muy complejas. Por ejemplo, algunos sistemas que usan catalizadores activados por luz para matar las bacterias en envases transparentes que se dejan al sol. Esto toma varias horas, y no es fácil determinar cuando ya termino la esterilización.