Un equipo de científicos dirigido por la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) ha creado una esponja biodegradable reutilizable que puede absorber fácilmente aceite y otros disolventes orgánicos de fuentes de agua contaminadas, lo que la convierte en una alternativa prometedora para hacer frente a los vertidos de petróleo en los mares.
Hecha de polen de girasol, esta esponja es hidrófoba (repele el agua) gracias a una capa de ácido graso natural en la esponja. En experimentos de laboratorio, los científicos demostraron la capacidad de la esponja para absorber contaminantes de aceite de varias densidades, como gasolina y aceite de motor, a una velocidad comparable a la de los absorbentes de aceite comerciales.
Los vertidos de petróleo son difíciles de limpiar y provocan daños graves y duraderos al ecosistema marino. Los métodos de limpieza convencionales, que incluyen el uso de dispersantes químicos para descomponer el aceite en gotitas muy pequeñas, o absorberlo con materiales costosos no reciclables, pueden empeorar el daño inicial.
Hasta ahora, los investigadores han diseñado esponjas que miden 5 cm de diámetro. El equipo de investigación, formado por científicos de la NTU Singapur y la Universidad Sungkyunkwan en Corea del Sur, cree que estas esponjas, cuando se amplíen en tamaño, podrían ser una alternativa ecológica para hacer frente a los vertidos de petróleo en los mares.
El profesor Cho Nam-Joon, de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la NTU, quien dirigió el estudio, afirma que «al ajustar las propiedades materiales del polen, nuestro equipo desarrolló con éxito una esponja que puede apuntar selectivamente al aceite en fuentes de agua contaminadas y absorberlo. El uso de un material que se encuentra en abundancia en la naturaleza también hace que la esponja sea asequible, biodegradable y ecológica«.
Este estudio se basa en el trabajo de NTU para encontrar nuevos usos para el polen, conocido como el diamante del reino vegetal por su exterior duro, mediante la transformación de su resistente caparazón en partículas de microgel. Este material suave, parecido a un gel, se utiliza luego como un bloque de construcción para una nueva categoría de materiales ambientalmente sostenibles.
El año pasado, el profesor Cho, junto con el profesor Subra Suresh, presidente de la NTU, dirigió un equipo de investigación para crear un material similar al papel a partir del polen como una alternativa más ecológica al papel creado a partir de árboles. Este “papel de polen” también se dobla y riza en respuesta a los niveles cambiantes de humedad ambiental, un rasgo que podría ser útil para robots blandos, sensores y músculos artificiales.
Esta posible forma de luchar contra los vertidos de petróleo demuestra propiedades convincentes como bajo costo, biocompatibilidad y producción sostenible
El profesor Cho, que también ocupa la Cátedra de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Sociedad de Investigación de Materiales de Singapur, agrega que «el polen que no se utiliza para la polinización de plantas a menudo se considera un desecho biológico. A través de nuestro trabajo, intentamos encontrar nuevos usos para este ‘desecho’ y convertirlo en un recurso natural renovable, asequible y biodegradable. El polen también es biocompatible. No causa una reacción inmunológica, alérgica o tóxica cuando se expone a los tejidos corporales, lo que lo hace potencialmente adecuado para aplicaciones como apósitos para heridas, prótesis y electrónica implantable«.
Los hallazgos fueron publicados en la revista científica Advanced Functional Materials.
Para formar la esponja, el equipo de NTU primero transformó los granos de polen ultrarresistentes de los girasoles en un material flexible similar a un gel mediante un proceso químico similar a la fabricación de jabón convencional. Este proceso incluye eliminar el cemento de polen pegajoso a base de aceite que recubre la superficie del grano, antes de incubar el polen en condiciones alcalinas durante tres días. El material similar a un gel resultante se liofilizó luego de este proceso.
Estos procesos dieron como resultado la formación de esponjas de polen con arquitecturas porosas en 3D. Las esponjas se calentaron brevemente a 200°C, un paso que hace que su forma y estructura sean estables después de absorber y liberar líquidos repetidamente. El calentamiento también condujo a una mejora del doble en la resistencia de la esponja a la deformación.
«La esponja de polen puede absorber y liberar selectivamente contaminantes de aceite y tiene niveles de rendimiento similares a los absorbentes de aceite comerciales»
Para asegurarse de que la esponja se dirija selectivamente al aceite y no absorba agua, los científicos la cubrieron con una capa de ácido esteárico, un tipo de ácido graso que se encuentra comúnmente en la grasa animal y vegetal. Esto hace que la esponja sea hidrófoba mientras mantiene su integridad estructural.
Los científicos realizaron pruebas de absorción de aceite en la esponja de polen con aceites y disolventes orgánicos de diferentes densidades, como gasolina, aceite de bomba y n-hexano (una sustancia química que se encuentra en el petróleo crudo). Descubrieron que la esponja tenía una capacidad de absorción en el rango de 9,7 a más de 29,3 g/g. Esto es comparable a los absorbentes de polipropileno comerciales, que son derivados del petróleo y tienen un rango de capacidad de absorción de 8,1 a 24,6 g/g.
También probaron la durabilidad y reutilización de la esponja empapándola repetidamente en aceite de silicona y luego exprimiendo el aceite. Descubrieron que este proceso podría durar al menos 10 ciclos.
En un experimento final de prueba de concepto, el equipo probó la capacidad de una esponja de 1,5 cm de diámetro y 5 mm de altura para absorber aceite de motor de una muestra de agua contaminada. La esponja absorbió fácilmente el aceite de motor en menos de 2 minutos.
«En conjunto, estos resultados demuestran que la esponja de polen puede absorber y liberar selectivamente contaminantes de aceite y tiene niveles de rendimiento similares a los absorbentes de aceite comerciales, al tiempo que demuestra propiedades convincentes como bajo costo, biocompatibilidad y producción sostenible«, dijo el profesor Cho, autor correspondiente de este estudio.
En el futuro, los investigadores planean aumentar el tamaño de las esponjas de polen para satisfacer las necesidades de la industria. También buscan colaborar con organizaciones no gubernamentales y socios internacionales para realizar pruebas piloto con esponjas de polen en entornos de la vida real.
«Esperamos que nuestros innovadores materiales de polen puedan algún día reemplazar los plásticos ampliamente utilizados y ayudar a frenar el problema global de la contaminación plástica«, concluye el profesor Cho.
Fuente: Advanced Functional Materials.
