La Universidad de Extremadura logra nuevos materiales para depurar aguas residuales y reaprovecharlas en la agricultura

Aprovechar los recursos naturales, hoy más que nunca. Es la máxima de la economía circular, un remedio para los caprichos del clima y para la sobreexplotación a la que se somete al planeta. Entre estos recursos, la Universidad de Extremadura recuerda que se hace cada vez más necesario desarrollar tecnologías eficientes para el tratamiento de las aguas residuales generadas por las industrias farmacéutica, textil, etc... Y ello con el fin de utilizar el agua recuperada en la agricultura.

Los nanomateriales de óxido de cobre (CuO) y óxido de zinc (ZnO), con diferentes formas y tamaños, son eficaces para eliminar sustancias nocivas de aguas residuales industriales mediante actividades fotocatalíticas. Sin embargo, tras el tratamiento del agua, es necesario eliminar las nanopartículas mediante procesos de separación, como la precipitación, la filtración o la centrifugación. El problema es que estos procesos aumentan significativamente el coste del tratamiento del agua. Y la economía es la economía. Sin ella, ninguna solución se puede considerar de aplicación práctica. De ahí que exista un gran interés en el desarrollo de nuevas tecnologías para obtener fotocatalizadores eficientes en grandes cantidades y fácilmente eliminables a bajo precio.

Estructuras porosas tridimensionales

Por ello, el proyecto WaterGreenTreat, que finalizará en 2027, tiene como objetivo fabricar mediante impresión 3D de fotocatalizadores macroporosos a partir de compuestos de óxidos metálicos (óxido de cobre y óxido de zinc) "y la evaluación del efecto sinérgico inducido por la presencia simultánea de los fotocatalizadores y de microalgas en la eliminación de contaminantes específicos de aguas residuales", indica la Universidad de Extremadura a través de un comunicado.

En el marco de este proyecto, en el que participan también centros de investigación de Rumanía, Hungría y Francia, el Grupo Especializado de Materiales de la Universidad de Extremadura (GEMA-UEx) se encargará de la fabricación de los fotocatalizadores. Concretamente, mediante una técnica de manufacturación aditiva (impresión 3D) denominada moldeo robotizado se fabricarán estructuras porosas tridimensionales con arquitectura de poros controlada a partir de nanopartículas de óxido de cobre y óxido de zinc de origen comercial y otras obtenidas mediante biosíntesis por otro grupo participante en el proyecto.

Ventajas de este proceso

Los resultados de estos materiales diseñados en la UEx son prometedores. “Nuestros fotocatalizadores permiten eliminar sustancias contaminantes del agua con una serie de ventajas frente a otro tipo de fotocatalizadores. Se eliminan fácilmente porque son macroscópicos, se pueden reutilizar y no sueltan partículas metálicas que puedan contaminar el agua”, destaca Antonia Pajares Vicente, catedrática e investigadora principal del proyecto en la UEx.

El proceso de fabricación de los fotocatalizadores está pensado para reducir el impacto medioambiental, tanto en disminución de residuos generados y consumo energético, según los investigadores de la UEx implicados en el proyecto, Antonia Pajares Vicente, Pedro Miranda González, Óscar Borrero López y Ana Martínez Udaondo.

Minimizar desechos y energía

Las estructuras, una vez impresas, se consolidarán mediante un proceso térmico de sinterización a alta posible, el crecimiento de las nanopartículas cerámicas y así preservar su actividad fotocatalítica. De esta forma, se minimizará el impacto medioambiental causado por la fabricación de los nuevos fotocatalizadores, ya que, por una parte, al utilizar técnicas de manufacturación aditiva se reducirá la cantidad de material de desecho generado y, por otra parte, se reducirá el consumo de energía ya que las técnicas de sinterización rápida requieren solo el 20-30 % de la energía consumida en los procesos de sinterización convencionales.

Por otra parte, el uso de estos fotocatalizadores 3D, además de hacer más fácil su eliminación tras el tratamiento de las aguas residuales, evitará la contaminación del agua con iones metálicos que se generan a partir de los óxidos metálicos cuando se utilizan en forma de nanopartículas.

En pruebas

Los fotocatalizadores 3D fabricados por GEMA-UEx serán utilizados por los otros grupos participantes en el proyecto para realizar estudios toxicológicos, tratar a nivel laboratorio aguas residuales que contienen medicamentos o colorantes orgánicos, regar plantas cultivadas en invernaderos y determinar el efecto sinérgico inducido por la presencia simultánea de los fotocatalizadores y de microalgas en la depuración de aguas residuales. 

El Proyecto WaterGreenTreat, titulado “Un enfoque verde en el marco de la economía circular: fotocatalizadores impresos en 3D para el tratamiento de aguas residuales y el uso de aguas regeneradas en la agricultura”, está financiado por Water4All – Agencia Estatal de Investigación (AEI) (PCI2024-153414). Participan los siguientes centros de investigación: National Institute of Materials Physics (Rumania); Universidad de Bucharest (Rumania); University of Agriculture and Life Sciences (Hungria); Universidad de Extremadura (España); Centre National De La Recherche Scientifique CNRS GEPEA UMR6144 (Francia).