Cafeína sería útil para obtener combustibles menos contaminantes

 Por norma, los combustibles como la gasolina y el diésel deben pasar por un proceso que reduce la cantidad de compuestos azufrados (desulfuración) para que sean menos contaminantes y se puedan comercializar. Como estos procesos son costosos y peligrosos por utilizar compuestos tóxicos, una ingeniera química de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) desarrolló y puso a prueba dos compuestos alternativos obtenidos a partir de la cafeína –que es más económica y fácil de manipular–, los cuales alcanzaron porcentajes prometedores de desulfuración.

La desulfuración se realiza con el fin de que cuando se dé la combustión –es decir cuando los carros, aviones y otras máquinas están funcionando– estos compuestos azufrados no se conviertan en dióxido de azufre, un gas dañino para el medioambiente y la salud, entre otras cosas porque puede desencadenar una lluvia ácida.

“Actualmente existen leyes que regulan que las cantidades mínimas sean de 10 partes por millón (ppm), y aunque también hay métodos tradicionales para lograrlo, estos utilizan compuestos muy tóxicos, son procesos costosos e implican un gran gasto de energía”, explica la ingeniera química Laura Sofía Benavides Maya, estudiante de la Maestría en Ingeniería - Materiales y Procesos de la UNAL Sede Medellín.

Por eso se propuso buscar una alternativa a partir de la creación y el uso de líquidos iónicos y solventes eutécticos profundos, que hacen más sostenible el proceso de desulfuración. “Los líquidos iónicos son sales orgánicas o inorgánicas, compuestas por cationes y aniones (cargas positivas y negativas), con puntos de fusión por debajo de los 100 ºC, lo que ayuda a que se gaste menos energía en calentamientos, entre otras cosas”, continúa.

Así mismo, tienen baja toxicidad, capacidad de regenerarse y son fáciles de preparar porque no requieren etapas de purificación. “Por otro lado, los solventes eutécticos profundos son mezclas que aceptan y donan enlaces de hidrógeno, de manera que al combinar porciones específicas reducen su punto de fusión y dan paso a un líquido con propiedades similares a los líquidos iónicos”.

De un proceso costoso a uno económico

En la actualidad ya se han desarrollado líquidos iónicos a partir de imidazol, un compuesto orgánico que contiene carbono, nitrógeno e hidrógeno, y que aún así suele ser muy costoso (alrededor de 452 dólares por kilogramo), lo que ha limitado su aplicación a gran escala. “De ahí el interés por utilizar cafeína (que ronda los 131 dólares por kilogramo), un compuesto de carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno que contiene en su estructura un anillo de imidazol”.

Así pues, la investigadora Benavides, con la asesoría de la profesora Luz Marina Ocampo Carmona, directora del grupo de investigación Ciencia y Tecnología de Materiales, de la Facultad de Minas de la UNAL Sede Medellín, utilizó cafeína comercial para obtener los líquidos iónicos de interés. “Primero hicimos que reaccionara con cloruro de hidrógeno anhidro (sin agua) en una atmósfera inerte, con el fin de convertirla en una sal de amonio cuaternario”.

Así se obtuvo clorhidrato de cafeína, el cual se caracterizó mediante técnicas como espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier. “Buscábamos comprobar que en ese clorhidrato se había formado el enlace nitrógeno-hidrógeno en el anillo de imidazol”, agrega.

Posteriormente agregó tricloruro de hierro –en dos cantidades diferentes– con el fin de obtener un líquido iónico con viscosidad manejable. “Por otro lado, sintetizamos dos solventes eutécticos profundos utilizando etilenglicol (donante de enlaces de hidrógeno) y los pusimos a prueba, al igual que los líquidos iónicos, en la desulfuración de un combustible modelo, es decir creado en laboratorio”.

De este modo evidenció que con el líquido iónico se lograba un porcentaje máximo de desulfuración del 12,9 % mientras con el solvente eutéctico profundo hasta un 17,4 %. “Aunque son resultados prometedores, vimos que los anillos aromáticos de azufre son débiles como aceptores de puentes de hidrógeno, lo que se podría reflejar en los bajos índices de desulfuración”, agrega.

Este análisis es el punto de partida de otras investigaciones que busquen mejorar los procesos de desulfuración actuales. “Dichos aspectos se pueden mejorar aplicando más etapas de extracción en el proceso; reciclando los líquidos iónicos y los solventes eutécticos; evaluando tiempos más prolongados; y considerando otros aniones para la síntesis, por ejemplo”.

La investigación está enmarcada en el proyecto “Desarrollo de líquidos iónicos a base de cafeína para la desulfuración de combustibles”, código Hermes 54126. La profesora Ocampo menciona que “a futuro esperamos consolidar análisis que lleven a cabo un proceso similar, pero obteniendo la cafeína de residuos de café, lo que haría aún más sostenible la actividad”.

Suplemento nutricional disminuiría emisión de gas metano en la ganadería

 A partir de frutos y hojas de leguminosas tropicales, investigadora de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Palmira desarrolló bloques nutricionales, o suplementos, para bovinos que reducen en más del 20 % las emisiones de metano. Las concentraciones en la atmósfera de este gas son más bajas que las de dióxido de carbono, pero aun así es 86 veces más potente que este en términos de su efecto invernadero durante 20 años.

Aunque la ganadería es una fuente de sustento vital para más de 500 millones de pequeños productores en países de ingresos bajos y medios, también es responsable de una importante proporción de emisiones de metano, situación que se agrava con el crecimiento de la población y con ello la demanda de carne y sus derivados, lo que intensifica la presión sobre el medioambiente.

Se estima que la agricultura emite el 42 % de metano y el 39 % proviene de la ganadería. Los bovinos, entre otros rumiantes, emiten un 95 % a través de eructos, y el 5 % restante es liberado en las heces.

La química Lady Johanna Mazabel Parra, candidata a magíster en Ingeniería Agroindustrial de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Palmira, evaluó la eficacia de los bloques nutricionales en la reducción de emisiones de gas metano, trabajo que adelantó en condiciones controladas de laboratorio en el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT).

Los bloques nutricionales son las “barras de granola” del ganado, es decir suplementos diseñados para complementar su dieta que aseguran una alimentación balanceada, clave en sistemas en donde el pastoreo no proporciona los nutrientes necesarios para el mantenimiento de los animales.

Con el sistema de formulación CNCPS (Cornell Net Carbohydrate and Protein System), la investigadora corroboró el correcto funcionamiento ruminal para dietas de bovinos en etapa de levante, en las cuales incluyó: bloques nutricionales elaborados a partir de melaza, hojas y vainas de plantas forrajeras como la peladera (Leucaena), conocida por su alto contenido proteico y su uso en sistemas silvopastoriles; botón de oro, por sus elevados niveles de proteína y minerales esenciales; y los frutos del orejero, valorados por ser ricos en carbohidratos y proteínas.

Luego comparó 9 tratamientos diferentes que incluían estos ingredientes en varias combinaciones y proporciones en dietas compuestas en un 75 % por pasto urochola y 25 % por bloques nutricionales. Las simulaciones se hicieron en intervalos de 24 y 48 horas, para observar los cambios en la producción de metano y la degradación ruminal.

Así mismo, durante 60 días los bloques se sometieron a una evaluación de la composición de nutrientes (proteínas y fibras) y la textura que indica la dureza y fracturabilidad, parámetros relacionados con el consumo óptimo por parte de los animales; además de las propiedades físicas y químicas como color y pH, y presencia o ausencia de microorganismos patógenos.

El estudio reveló que, al comparar los bloques nutricionales experimentales con uno comercial estándar hecho con base de salvado de trigo, maíz, soya, arroz y urea, la incorporación de frutas y hojas de árboles tropicales tiene un efecto destacado en la reducción de la concentración de metano.

En promedio, se observó una disminución del 13 % en la concentración de este gas por materia seca degradada a las 24 horas de fermentación, y una reducción del 21 % a las 48 horas.

“El tratamiento más efectivo fue el que combinó igual proporción de todos los ingredientes evaluados, seguido por los bloques individuales hechos solo de hojas y vainas de peladera”, informa la investigadora, quien contó con la dirección del profesor José Igor Hleap Zapata, de la UNAL Sede Palmira, y del científico del CIAT Jacobo Arango Mejía.

Alternativa para ganaderos

Los alcances de este estudio no se limitan a la mitigación del impacto ambiental: además les ofrecen a los pequeños y medianos productores una alternativa económica y eficiente para mejorar la salud y el rendimiento de su ganado, ya que el uso de materias primas locales y subproductos agrícolas disponibles en los predios reduce la dependencia de insumos importados, que son costosos.

La química Mazabel considera que “la culpa no es de la vaca, la culpa es de lo que come la vaca; por lo tanto, si desde ese punto de vista se logra que los bovinos emitan menos metano teniendo el mismo desempeño productivo, la agroindustria ganadera logrará no solo reducir el impacto climático, sino además un producto final más sostenible y con mejores condiciones”.

En la actualidad exploran alternativas para futuras pruebas en campo que puedan confirmar los beneficios observados en laboratorio.

Esta investigación está enmarcada en la iniciativa Livestock climate and systems resilient del CIAT  que busca abordar los desafíos que enfrenta la ganadería en el contexto del cambio climático.

Tumaco reduciría su huella de carbono hasta un 99 % si convirtiera sus residuos en biogás

 En esta esquina biodiversa de Colombia, ubicada en el litoral Pacífico, un estudio adelantado por la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Palmira demostró que utilizando la “digestión anaerobia” es posible generar energía limpia y reducir la huella de carbono hasta alcanzar la neutralidad, ya que mediante esta tecnología las bacterias transforman en biogás los desechos tanto de alimentos como de la pesca.

Entre las problemáticas que afronta Tumaco, municipio de Nariño, se encuentran su aislamiento geográfico y la falta de infraestructura energética. Allí la comunidad se ha visto obligada a usar plantas diésel para abastecerse de energía, y para cocinar también acuden al gas licuado de petróleo –compuesto principalmente por propano y butano–, el cual, además de costoso, contribuye al aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), y en consecuencia al calentamiento global.

Tampoco existe una estrategia eficaz de selección y manejo de residuos orgánicos, en especial los derivados de la pesca artesanal –una de las principales actividades económicas del municipio– y los sobrantes de restaurantes o plazas de mercado, lo que lleva a una disposición ineficiente y perjudicial en rellenos sanitarios.

En busca de soluciones sostenibles, la ingeniera ambiental Valentina Osorio Gómez, candidata a magíster en Ingeniería Ambiental de la UNAL Sede Palmira, utilizó la metodología del Panel Intergubernamental del Cambio Climático (IPCC) para medir y comparar con el escenario actual cuánta huella de carbono generaría convertir los residuos orgánicos en biogás, fuente de energía limpia empleable en la generación de energía térmica y eléctrica.

Para ello implementó el proceso biológico de digestión anaerobia con agallas y vísceras de pescado, cáscaras de banano, tomate y lechuga, entre otros vegetales, aprovechando estos recursos.

La profesora Luz Stella Cadavid Rodríguez, directora del Grupo de Investigación en Prospectiva Ambiental y también de este estudio, explica que “la huella de carbono es un indicador ecológico que mide la eficiencia de un proceso en términos de toneladas de dióxido de carbono equivalente, es decir, calcula cuán limpio es con respecto a cuántos GEI emite a la atmósfera”.

Importantes hallazgos

Uno de los resultados más importantes fue estimar que aprovechando al menos el 50 % de los residuos orgánicos de Tumaco se podría abastecer energéticamente a más de 5.000 hogares. “Así se reducirían tanto la dependencia del municipio al uso de combustibles fósiles como las emisiones contaminantes, y se mejoraría la calidad de vida de sus habitantes”, señala la candidata a magíster.

Comparando el escenario actual con el sistema propuesto se observó una reducción de hasta el 99 % en la huella de carbono del municipio nariñense, un paso hacia la neutralidad en carbono, un

 estado en el que la cantidad de dióxido de carbono liberado  a la atmósfera es equilibrada por prácticas que lo eliminan, logrando así un impacto neto cero en el clima.

La investigación también concluyó que la mezcla de 50 % de residuos de frutas y verduras con 50 % de residuos de pesca fue la más efectiva para la producción de biogás, superando en un 40 % la generación de metano frente a otros tratamientos, lo que sugiere que una combinación adecuada de distintos tipos de residuos puede maximizar la eficiencia del proceso para producir energía renovable.

El aspecto diferenciador y destacado del estudio fue la medición directa de la huella de carbono en Tumaco, con una metodología conocida como huella de carbono in situ, la cual permite medir las emisiones de GEI directamente en el lugar donde se generan, a diferencia de otros enfoques teóricos que se basan en estimaciones y factores de emisión estándar.

Se trata de una tecnología que hasta ahora ha sido poco explorada en Colombia y que ofrece datos más confiables y refuerza el valor de implementar soluciones localizadas y adaptadas a las condiciones específicas de cada municipio.

Después de implementar el proceso de gestión anaerobia en los reactores de la planta de biogás instalada en la Sede Tumaco, a escala de laboratorio, se calcularon las emisiones contaminantes provenientes de cada tratamiento de residuos propuesto en el Laboratorio de Investigaciones Ambientales de la UNAL Sede Palmira.

La implementación de esta tecnología no solo tiene el potencial de transformar la gestión de residuos y el abastecimiento energético en Tumaco, sino que también serviría como modelo para otras comunidades rurales de Colombia y del mundo, ya que le ayudaría al país a cumplir con los objetivos de reducir las emisiones en 30 % establecidos en la Agenda 2030 y en los Objetivos de Desarrollo Sostenible.

Con estrategias de manejo integral del fuego se prevendrían incendios severos

 Cambios en el paisaje y la vegetación, además de residuos que inducen al fuego, son dos de los grandes impactos que dejan los recurrentes incendios forestales en Vichada. Con estrategias de gestión ambiental –que abarcan manejo de la vegetación, conservación de fauna, diseño de políticas públicas y participación comunitaria–, investigadores de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) buscan reducir la incidencia y el impacto de los incendios forestales en la región.

En la Orinoquia los incendios forestales han sido un problema recurrente agravado tanto por la intervención humana como por factores climáticos como el fenómeno de El Niño; según el Ideam, Casanare, Vichada y Arauca están entre los territorios con más áreas quemadas entre 2002 y 2020.

Dada la preocupante situación, profesionales del grupo de investigación en Ecología del Paisaje y Modelación de Ecosistemas (Ecolmod) de la UNAL lideran el proyecto “Biofuegos Vichada”, financiado por el Sistema General de Regalías y enfocado en desarrollar estrategias integrales para prevenir los incendios forestales en los paisajes multifuncionales de Vichada.

“Los Llanos Orientales poseen el único ecosistema adaptado al fuego del país: las sabanas, que incluso tienen procesos ecológicos que dependen de él”, explica Alejandra Reyes, investigadora de Ecolmod y magíster en Ciencias Biológicas de la UNAL.

Sin embargo, el uso excesivo y descontrolado del fuego, especialmente en prácticas agrícolas tradicionales, ha aumentado la frecuencia y severidad de estos incendios, poniendo en riesgo no solo el equilibrio ecológico sino también la seguridad de las comunidades locales.

Residuos no tratados producen más incendios

Mediante el componente vegetal del proyecto se busca entender cómo responden los bosques al fuego, y así se obtiene información valiosa para prevenir los incendios, pues uno de los mayores desafíos identificados es el manejo de áreas quemadas.

“Las zonas afectadas por incendios forestales son más propensas a nuevos incendios, tanto por la acumulación de combustibles (leña seca, carbón y hojarasca) como por la pérdida de humedad, además de que se dan más intensos, por eso es crucial implementar estrategias de manejo integral del fuego para prevenir aquellos de alta severidad”, enfatiza la magíster.

Las estrategias planteadas incluyen la recolección de árboles muertos, los tratamientos silviculturales (manejo del bosque para favorecer ciertas especies) y el uso de quemas prescritas para manejar las cargas de combustible que se van acumulando en el entorno y prevenir incidencia de fuegos.

“Aunque actualmente las quemas prescritas están prohibidas en Colombia, se están buscando transiciones normativas para implementarlas. Hasta ahora no se ha logrado esa transición con proyectos de ley, pero se pueden generar otras estrategias o acciones directas para controlar este combustible natural, como el manejo de tractores para hacer guardarrayas que re la cobertura vegetal y crear unos callejones para que el fuego llegue hasta un punto y no pase al bosque”, precisa la investigadora.

El monitoreo de especies vegetales es esencial

Con el proyecto se está llevando además un registro más detallado de la incidencia del fuego y sus impactos, pues con frecuencia se desconoce cuántas veces se ha quemado determinada zona, y esta información es crucial para analizar el comportamiento de las especies vegetales que más resisten o que más se ven afectadas.

Para ello se han establecido más de 30 parcelas de monitoreo en reservas naturales y reservas de la sociedad civil, como el Parque Nacional Natural El Tuparro, las cuales permiten evaluar la mortalidad de árboles adultos y observar los cambios en la composición y estructura del bosque después de un incendio. “Por ejemplo, la mortalidad de árboles grandes crea claros que permiten una mayor entrada de luz solar, lo que favorece el crecimiento de especies inflamables y cambia la dinámica del ecosistema”, precisa la experta.

Para el estudio se recolectaron muestras de árboles, hojas, cortezas y ramas para analizar su resistencia al fuego. Aunque los resultados finales están en proceso, esta información ya es crucial para identificar especies clave para la restauración y el manejo forestal, fortaleciendo la resiliencia del ecosistema ante futuros incendios.

Bajo este ítem, el proyecto también sugiere crear viveros comunitarios para reproducir dichas especies, ya que “la participación de la comunidad es esencial en este proceso, no solo para plantar árboles, sino también para cuidarlos a largo plazo, lo que asegura el éxito de los esfuerzos de restauración, y además genera empleo a la localidad”, indica.

Todas estas estrategias se han construido en espacios participativos con la comunidad y están plasmadas en documentos de planeación departamental.

El proyecto “Biofuegos Vichada” trabaja en estrecha colaboración con diversas instituciones y actores locales como Corporinoquia, la Alcaldía, la Gobernación, empresas forestales, comunidades indígenas, el Ejército Nacional y el cuerpo de bomberos, quienes a través de talleres participativos buscan caracterizar la dinámica de los incendios forestales y generar todas estas estrategias colectivamente para reducirlos en pro del ecosistema y la comunidad.

Aves migratorias: estadística ofrece mayor precisión sobre el cambio en sus vuelos

 Estudios clásicos de esta disciplina no han considerado cómo cambia de principio a fin el vuelo de aves como el águila calva, ignorando variables como el clima, la presión o la humedad que influyen en él. Un experto en Estadística de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) mejoró y ajustó la metodología mediante una técnica llamada “puentes estocásticos”, y ahora no habría problema para tener en cuenta estos factores.

El desarrollo fue propuesto por el investigador Jhonier Sebastián Rangel Gutiérrez, magíster en Estadística de la UNAL, quien estimó los cambios que forman parte del concepto de volatibilidad, de una manera novedosa y más precisa que en las concepciones convencionales que analizan el fenómeno.

Para entender su propuesta es necesario comprender que los puentes estocásticos son modelos estadísticos que se utilizan en disciplinas como la matemática y la física para describir un proceso de inicio y fin, o sea cómo se comporta un fenómeno que tiene un valor fijo, en este caso el desplazamiento de un ave del punto A al punto B, y los cambios en su vuelo desde que parte.

Sin embargo, según el enfoque aplicado, el movimiento se puede medir mejor: con el clásico, llamado puente browniano, se mide el vuelo de las aves como una variable independiente, o sea estableciendo que su vuelo va cambiando por sí solo, mientras en el enfoque implementado de puentes brownianos fraccionarios se incluyen parámetros que permiten tener un panorama más amplio de lo que ocurre, como por ejemplo el viento, la presión o el clima.

Los enfoques brownianos deben su nombre al médico Robert Brown, reconocido por descubrir en el siglo XVIII el movimiento de agitación que tienen las partículas en el agua; sin embargo en su momento no pudo explicar el porqué del fenómeno y su estudio fue asumido por científicos como Albert Einstein y otros investigadores que fueron transformando su concepción.

Por otro lado, el tema de las aves migratorias es tanto fascinante como urgente para tener mejores planes de conservación de las especies, con una medición puntual de cómo está influyendo el cambio climático en sus trayectorias, algo que este modelo estadístico puede hacer de manera inédita y abierta al público.

En Colombia se registran 275 especies de aves migratorias, de las cuales 154 provienen de Norteamérica, lo que significa que este territorio es un punto estratégico para su vida y curso natural, pues de manera casi obligatoria deben sobrevolarlo y recorrerlo.

Según el experto, el modelo teórico y de simulación analiza las ecuaciones diferenciales, una parte de la matemática que describe cómo cambia una función en relación con una o más variables independientes; su objetivo principal es determinar el cambio, o sea que su carácter es estocástico.

Después del análisis se modelaron los cambios de las aves migratorias en el lenguaje de programación Rstudio, con un examen de lo que ya se había registrado en la literatura, como por ejemplo en estudios de 2021 sobre el águila calva, en los que el autor se percató de que cuando inicia su vuelo hay un cambio importante en el tránsito del movimiento que no está determinado por sí mismo.

Lo anterior se puede explicar de manera sencilla con el siguiente ejemplo proporcionado por el experto: “si ponemos 50 palomas en una caja, y a 10 m de distancia ponemos maíz, los movimientos de los animales no variarán mucho, pero si las sacamos de ahí su comportamiento será diferente, y eso es lo que ocurre con la volatibilidad de procesos estadísticos”.

Un concepto clave en el proceso es el índice de Hurst, parámetro estadístico que se mide con valores entre 0 y 1: los cercanos a 0 se toman como un evento poco predecible, y en el caso contrario como predecible o estimable. En el caso de las aves, incluirlo da luces sobre la dirección en que se mueven, o de si es más difícil seguir su trayectoria.

Además el investigador Rangel asegura que “el método estadístico también se puede aplicar al mundo bancario y financiero –de hecho es en el que más se ha implementado–, ya que ayuda a estimar el flujo de dinero que entra y sale cada día, por ejemplo del dólar; y también en el estudio de la cantidad de partículas que hay en una sustancia al mezclarla con algún químico, lo cual ocurre en la industria de las pinturas y los materiales, en la que se busca que la composición sea estable y duradera”.

El desarrollo y ajuste propuesto tienen una aplicabilidad muy grande y sería un primer paso para seguir contrarrestando el efecto que fenómenos como el cambio climático tienen en el medioambiente y en la vida de las aves migratorias, que son clave en el control de plagas en cada territorio

 Este trabajo contó con el apoyo del profesor Viswanathan Arunachalam, del Departamento de Estadística de la UNAL.

Residuos de peces sirven como materia prima para prometedor biofertilizante

 Investigadores de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Palmira desarrollaron un fertilizante orgánico a partir de agallas y vísceras de pescado, una alternativa sostenible al uso de agroquímicos en la agricultura, elaborado como subproducto o resultado de la trasformación de dichos residuos en biometano.

En el Laboratorio de Investigaciones Ambientales, el Grupo de Investigación Prospectiva Ambiental de la UNAL Sede Palmira encontró en el fertilizante orgánico nutrientes como nitrógeno, fósforo, potasio y micronutrientes que mejoran las propiedades de los cultivos sin impactar la salud del suelo, lo cual representa una alternativa al uso de agroquímicos que pueden ser dañinos para el medioambiente.

Dicho producto, conocido como o biodigestato, se obtuvo de dos maneras: (i) mezclando los residuos de la pesca artesanal del Pacífico tumaqueño y los cultivos piscícolas, y (ii) de los desechos agrícolas de cacao y plátano en Arauca, con los cuales se obtiene biometano en las plantas de biogás instaladas en las Sedes Tumaco y Orinoquia de la UNAL.

Para evaluar la efectividad del fertilizante, las pruebas agronómicas se desarrollan en condiciones controladas con cultivos de maíz, en el invernadero de la Sede Palmira; “además contamos con la asesoría de instituciones de investigación internacionales, lo que refuerza la rigurosidad de nuestro proceso de evaluación”, informa la profesora Luz Stella Cadavid Rodríguez, directora del Grupo de Investigación Prospectiva Ambiental, quien destaca el impacto positivo que han notado en el crecimiento de las plantas y posiblemente en la calidad del suelo.

Una de las principales ventajas del producto es su naturaleza orgánica, pues por derivar de las agallas y vísceras del pescado no contiene contaminantes ni altos niveles de metales como ocurre con los productos tradicionales, por lo que se considera como una opción ambientalmente sostenible. Además, gracias a su composición biológica se estimula la actividad microbiana en el suelo, promoviendo procesos beneficiosos que lo mejoran en el tiempo.

Innovación y escalado del biofertilizante

El desarrollo de este fertilizante orgánico ha sido un trabajo coordinado en múltiples escalas. Inició en las instalaciones de la UNAL Sede Palmira con estudios de laboratorio, en donde utilizaron reactores de 1 litro para evaluar el potencial de la producción de biogás y biometano con residuos de pesca artesanal producidos por pescadores y mujeres concheras de Tumaco.

Los resultados permitieron escalar el proceso a una planta piloto instalada en la Sede Tumaco, lo que facilitó perfeccionar el desarrollo tecnológico y adaptarlo a condiciones reales de producción.

Además, como parte del macroproyecto “Fortalecimiento de las capacidades de investigación y desarrollo que promuevan la solución de problemáticas priorizadas en el sector acuícola en Arauca”, en el que también participan investigadores de las Sedes Bogotá, Medellín y Orinoquia en alianza con la Federación Colombiana de Acuicultores (Fedeacua), se instaló otra planta de biogás en la UNAL Sede Orinoquia, la cual funciona con paneles solares.

Allí producen biogás a partir del procesamiento de los residuos piscícolas de la producción de cachama mezclados con desechos agrícolas de cacao y plátano, productos que se dan ampliamente en esta zona del país.

“Organizamos talleres y programas de capacitación con 140 productores piscícolas locales en Arauca, cuya retroalimentación ha sido clave para mejorar la propuesta tecnológica respecto a la planta de biogás y fomentar la apropiación de estas innovaciones. Aspiramos a que esta tecnología sea adoptada ampliamente por los agricultores en todo el país, y estamos trabajando para que otras instituciones se sumen a la iniciativa”, agrega la académica.

En los próximos meses, el Grupo de Investigación Prospectiva Ambiental de la UNAL Sede Palmira espera obtener los resultados concluyentes de las evaluaciones agronómicas para planificar un escalado industrial y real del biofertilizante.

Estos análisis incluyen múltiples factores como el crecimiento de las plantas, la absorción de nutrientes y la mejora de las propiedades del suelo. Además, el impacto del fertilizante en la actividad microbiana del suelo y su capacidad para mejorar la retención de agua y su estructura.

¿De qué están hechas las galaxias? Algoritmo lo dice con hasta un 99 % de eficacia

 ¿Dónde nacen las estrellas, dónde se posa un agujero negro supermasivo o dónde abundan hidrógeno, oxígeno o nitrógeno? Estas son las pistas que persiguen los astrónomos, ya que les permiten determinar qué compone una galaxia. Aunque los diagramas que las explican se han analizado manualmente desde hace décadas, toman mucho tiempo y requieren de un esfuerzo mayor; ahora, un algoritmo entrenado con aprendizaje de máquina (machine learning) hace la tarea en solo minutos ayudando a desentrañar los misterios del universo en el que vivimos.

La era tecnológica ha impactado todas las áreas del conocimiento, y el cosmos no se ha quedado atrás, un campo en el que la investigadora Katherine Andrea Caballero Soto, magíster en Astronomía de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), se aventuró queriendo complementar, a través de inteligencia artificial (IA), la mirada de los grandes telescopios que toman registros fotométricos y espectroscópicos de galaxias y estrellas, las cuales varían según su composición o su distancia.

Estar a una distancia de años luz de la Tierra ya no es un inconveniente para encontrar el núcleo de una galaxia activa, una en la que fantaseamos con que haya algún lugar parecido a nuestro planeta, o en donde tal vez haya formas de vida que desconocemos.

De hecho, desde la década de 1980 expertos y científicos elaboran diagramas que muestran los elementos que componen los núcleos de estos sistemas galácticos, pero la información que recopila un telescopio o una técnica de observación llega a ser tanta, que se hace casi imposible hacer cálculos rápidos y sencillos.

Por eso la investigadora Caballero implementó distintos algoritmos de machine learning en el estudio de los núcleos activos de galaxias (AGN), pues quería saber si la potencia de estos avances de IA son tales que, aquellas clasificaciones manuales que hacen astrónomos profesionales y que pueden tomar horas o hasta días, ahora se realicen en cuestión de segundos.

Los AGN son regiones extremadamente brillantes en el centro de una galaxia que se alimentan por el material que cae en agujeros negros gigantes supermasivos; emiten luz y energía en todas las longitudes de onda, desde rayos X hasta ondas de radio.

Su estudio ha despertado el interés de los científicos porque entenderlas nos daría una visión de cómo han evolucionado históricamente tanto las galaxias como los agujeros negros; cómo se comporta el cosmos en estas inmensas concentraciones de energía, e incluso cómo se podría haber distribuido la materia oscura en el universo.

Para desarrollar su propuesta, la investigadora utilizó la base de datos astronómicos Sloan Digital Sky Survey (SDSS), una de las más detalladas del mundo y de acceso gratuito, que tiene información sobre las líneas de emisión, unas “firmas” espectrales específicas de luz que hablan acerca de los materiales y elementos que componen una galaxia. De esta se recopiló la información de unas 250.000 galaxias.

Para eso se tuvieron en cuenta variables como la baja densidad de electrones en el espacio, la cual hace que existan mayores probabilidades de que se presenten transiciones prohibidas de los átomos ionizados como OIII, NII, SII, o líneas espectrales de hidrógeno H-alfa (Hα) y H-beta (Hβ), características principales que permiten determinar si el objeto es una galaxia de núcleo activo, o si por el contrario es formadora estelar.

Los datos se complementaron con los registros de fotometría de estas galaxias, imágenes de distintos rangos de brillo y filtros de color que emiten estas estructuras cósmicas. Tomando estas características se entrenaron distintos algoritmos es busca de aquel que pudiera clasificar con precisión el tipo de galaxia del que se estaba hablando; estas podían ser: (i) de núcleo activo, en las que abundan oxígeno, nitrógeno y azufre, (ii) estelares, en las que nacen estrellas y el elemento principal es hidrógeno, y (iii) una combinación de ambas.

Según la investigadora, “de todos los algoritmos que se desarrollaron en el lenguaje de programación Python, el de redes neuronales obtuvo el mejor desempeño, pues alcanzó alrededor de un 99 % de eficiencia en la identificación de estas galaxias: de 250.000, clasificó alrededor de 248.000”.

“Estamos viendo la astronomía a través de los ojos del aprendizaje de máquina, ya que optimiza el trabajo y permite tener la información y parametrización correcta de cualquier objeto celeste, lo que posibilita estudiar no solo las galaxias sino también las estrellas y nebulosas, e incluso clasificar ondas gravitacionales”, agrega.

Por otro lado, indica que “es una herramienta que queda abierta al público, ya que el código con el que se generó el algoritmo está disponible para que cualquier investigador lo utilice; y en la literatura sobre el tema no había acceso, lo que quiere decir que usaban lenguajes de programación no gratuitos y con información muy específica”.

Se espera que este desarrollo se convierta en una plataforma web en la que los interesados utilicen el algoritmo para determinar el tipo de galaxia que están estudiando, o que quieren analizar más a fondo.

 

En la UNAL crean material “inteligente” para limpiar aguas contaminadas

 En pruebas de laboratorio, la membrana desarrollada, similar a una delgada tela de color café claro, tuvo una capacidad de remoción de contaminantes orgánicos superior al 70 %, incluyendo hidrocarburos y grasas derivadas de la extracción del petróleo. Cuando está saturada se expone a una luz ultravioleta y libera los contaminantes adsorbidos.

Su creador, Juan Sebastián Flórez Varón, magíster en Ingeniería Química de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), explica que “la ‘membrana’ fue diseñada de tal manera que fuera flexible y adsorbente”. 

Está compuesta por dos partes: un grupo funcional que permite que el material tenga características inteligentes, y una estructura de soporte elaborada en un material carbonoso residual de los procesos de refinación de petróleo, de ahí su color ocre.

“Material inteligente” fue la denominación que le atribuyó el investigador, dado que este material puede cambiar sus propiedades fisicoquímicas en respuesta a la luz ultravioleta. Inicialmente actúa como una trampa para contaminantes orgánicos como hidrocarburos y grasas, mezcla compleja que se genera durante la extracción de petróleo y gas natural, conocidas como aguas de producción.

Los contaminantes se adhieren a su superficie, como en un proceso de filtración. Cuando se satura se expone a luz ultravioleta, lo que provoca un cambio en sus propiedades y libera los contaminantes adsorbidos. “Esto permite limpiar y reutilizar el material en ciclos sucesivos de tratamiento de agua”, explica el magíster.

En la actualidad, las aguas de producción pasan por tratamientos largos y costosos que incluyen procesos físicos y químicos para separar el agua del crudo y reducir los contaminantes a niveles aceptables según las normativas ambientales, entre ellas la Resolución 631 de 2015 en Colombia. Sin embargo, estos procesos no siempre logran una calidad del agua suficiente para otros usos como el riego de cultivos, de ahí la relevancia de este estudio.

¿Cómo se creó?

Se realizaron varios procesos meticulosos. El investigador tomó el material carbonoso residual (granulado) y lo hizo funcional desde la química para lograr propiedades oleofílicas para retener las grasas y luego convertirse en oleofóbico, es decir capaz de repeler aceites y grasas cuando se expone a luz ultravioleta; así se remueven del agua.

Para eso utilizó un proceso llamado electrospinning (o electrohilado) que convierte el material carbonoso en membrana. “Se toma una dispersión polimérica del material y la inyecta a tasas muy bajas a través de un campo electromagnético. Imaginemos un rodillo girando y estos hilitos se van depositando y entrelazando sobre su superficie para formar la membrana”, describe el investigador. 

Esta estructura de fibras imperceptibles al ojo humano (nanofibras) entrelazadas no solo brindan una enorme área de superficie para una mayor eficiencia en la captura de contaminantes, sino que también le confiere resistencia mecánica a la membrana, es decir que no se rompe fácilmente.

Pruebas de descontaminación

La evaluación del material involucró pruebas en el laboratorio, incluyendo análisis fisicoquímicos, microscopía electrónica y pruebas de filtración con muestras de agua de producción sintética. En este último incluyó la membrana en un filtro pequeño con capacidad de 500 mililitros (mL) que contenía agua artificial creada para imitar a las aguas contaminadas por la extracción de petróleo o gas natural.

Luego del montaje, la membrana se probó como material filtrante y demostró una capacidad de remoción superior al 70 % para los contaminantes orgánicos. 

Dentro de sus componentes interesantes está el mecanismo de regeneración cíclica. Cuando la membrana se satura de contaminantes, simplemente se expone a luz ultravioleta y esto activa su propiedad oleofóbica liberando los contaminantes retenidos. Luego, con un simple lavado, queda lista para utilizar de nuevo.

Aunque aún queda el interrogante sobre cuánto tiempo tendría de vida útil, el experto menciona que “la idea con estos resultados es que se dé un proceso de maduración de la tecnología para conocer los limitantes y su funcionalidad completa”. 

El estudio contó con la colaboración del profesor Julio César Vargas Sáenz, de la Facultad de Ingeniería de la UNAL, y de Diego Rolando Merchán Arenas, profesional de Innovación y Tecnología del Instituto Colombiano de Petróleo (ICP).

UNAL y comunidades indígenas unen fuerzas por sistemas agroalimentarios sustentables

 La Universidad Nacional de Colombia (UNAL) y la Universidad del Cauca, junto con comunidades indígenas de Nariño y Cauca, implementan el proyecto “Territorio, Comida y Vida” a través de rutas de transición para transformar los sistemas agroalimentarios territoriales que forman parte de las tradiciones alimentarias de las comunidades misak y ampiuile, en el Cauca, y los pueblos pastos en Nariño. Hoy el Consejo de Gobernadores del International Development Research Center de Canadá, entidad financiadora, conoció los avances del proyecto.

Al sur de Colombia, entre Cauca y Nariño, hay una gran riqueza biológica y cultural. Aquí conviven el 27 % de los pueblos étnicos del país, como los misak, ampiuile y los pueblos pastos, custodios milenarios de saberes ancestrales sobre los alimentos, la medicina tradicional y la interculturalidad.

Sus amplios conocimientos sobre la tierra, heredado de generación en generación, les han permitido desarrollar prácticas agrícolas sostenibles y adaptadas a las condiciones climáticas únicas del macizo, que varían según la altitud. Cultivan una gran variedad de productos, como maíz, papa, yuca, fríjoles y hortalizas, utilizando técnicas ancestrales como la rotación de cultivos, el uso de abonos orgánicos y la conservación de semillas nativas.

Como existen muchos factores que pueden afectar esa sustentabilidad de los sistemas agroalimentarios de estos territorios, un equipo multidisciplinario de investigadores de la UNAL y de la Universidad del Cauca se alió con unidades indígenas del lugar, en un novedoso proyecto encaminado a evaluar su sistema agroalimentario, que abarca todo lo que se produce, se consume y se vende. A su vez, buscan aportar a la sustentabilidad para que respondan a las necesidades de sus comunidades.

La profesora Teresa Mosquera Vásquez, de la Facultad de Ciencias Agrarias de la UNAL Sede Bogotá, líder del proyecto, explica que “lo primero fue identificar los puntos críticos en los sistemas agroalimentarios de las comunidades pastos, ampiuile y misak”.

“Un aspecto preocupante que encontramos en ambos territorios es la pérdida de diversidad en los productos agrícolas, lo cual afecta directamente la diversidad de la dieta, y por ende la salud de estas poblaciones”, señala.

El proyecto, que inició en 2020 y se extenderá hasta 2025, se ha enfocado en caracterizar los sistemas agroalimentarios de estas comunidades, teniendo en cuenta la diversidad de pisos térmicos, culturas y actores involucrados.

Este proceso se adelanta de manera colaborativa, involucrando a jóvenes indígenas en la redacción de la propuesta y reconociendo a las comunidades como investigadores copartícipes.

“Nosotros no vamos a investigar y a ver cómo hacer las cosas; ellos construyen con nosotros en un diálogo de saberes”, enfatiza la profesora Mosquera, resaltando la importancia de la co-creación de conocimiento y el respeto por las cosmovisiones (visión del universo) indígenas.

Para ello se han conformado “equipos de cocreación” en los cuales tanto los líderes comunitarios como los técnicos e investigadores definen rutas de transición hacia sistemas más sustentables, basados en una profunda comprensión de los actuales modos de producción, distribución y consumo de alimentos en los territorios.

Esto ha implicado el mapeo colectivo de los hogares, los roles de género y la relación con el territorio y los alimentos, así como ejercicios vivenciales en los “fogones”, espacios íntimos de cuidado y transmisión de saberes culinarios ancestrales.

Uno de los aspectos innovadores del proyecto es la implementación de las “rutas de transición”, las cuales representan apuestas concretas para fortalecer la diversidad de productos, preparaciones y formas de comercialización en estos territorios. Las comunidades presentan proyectos que son financiados por la iniciativa, y durante un año se evalúan los impactos de estas rutas en los puntos críticos identificados previamente.

La iniciativa también involucra a las universidades propias de estas comunidades, como la Universidad de los Pastos y la Universidad Misak, en un esfuerzo por integrar los conocimientos ancestrales con los enfoques académicos de las universidades nacionales.

Durante la socialización del proyecto, la mama Mercedes Tunubalá, gobernadora del Resguardo de Guambia, expresó: “somos hijos del agua, hijos del árbol, hijos del trueno y del arco iris. Nuestra forma de gobierno es el Plan de Vida, a partir del cual construimos nuestro desarrollo en armonía con la Pachamama (Madre Tierra) y los espíritus de la naturaleza”.

“La visión de desarrollo, según la visión de cada comunidad y en consonancia con el cuidado y no la explotación de la Pachamama, es fundamental para su buen vivir”.