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.
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¿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).
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