Biocarbón de residuos agrícolas para eliminar contaminantes emergentes en aguas residuales

Investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania han demostrado la eficacia del uso de biocarbones obtenidos a partir de residuos agrícolas para adsorber compuestos farmacéuticos de las aguas residuales.

El biocarbón (o biochar), una sustancia parecida al carbón vegetal hecha principalmente de residuos agrícolas, tiene una gran capacidad para la eliminación de contaminantes emergentes como los productos farmacéuticos presentes en las aguas residuales.

Esa es la conclusión de un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania (EE.UU.) que ha llevado a cabo un novedoso estudio en el que evaluó y comparó la capacidad del biocarbón derivado de dos materiales agrícolas de desecho -residuos del desmotado de algodón y bagazo de guayule- para adsorber tres compuestos farmacéuticos comunes de una solución acuosa. En la adsorción, un material, como puede ser un compuesto farmacéutico, se adhiere a la superficie de otro, como la partícula sólida de biocarbón. Por el contrario, en la absorción, un material es llevado internamente a otro; por ejemplo, una esponja absorbe agua.

El guayule (Parthenium argentatum) es un arbusto que crece en zonas áridas y se cultiva como fuente de caucho y látex. La planta se corta en pedazos y sus ramas se machacan para extraer el látex. El residuo seco, pulposo y fibroso que queda después de que los tallos son triturados es el bagazo.

Los resultados de la investigación son importantes, según Herschel Elliott, profesor de ingeniería agrícola y biológica de la Facultad de Ciencias Agrícolas de Penn State, porque demuestran el potencial del biocarbón elaborado a partir de los abundantes residuos agrícolas -que de otro modo deben ser eliminados- para servir como un tratamiento adicional de bajo costo para reducir los contaminantes en las aguas residuales tratadas que se utilizan para el riego.

«La mayoría de las plantas de tratamiento de aguas residuales no están actualmente equipadas para eliminar los contaminantes emergentes, como los productos farmacéuticos, y si esos compuestos tóxicos pueden ser eliminados por los biochars, entonces las aguas residuales pueden ser recicladas en los sistemas de irrigación», dice Elliott.

Los compuestos farmacéuticos utilizados en el estudio para probar la eficacia de los biocarbones como adsorbentes fueron: sulfapiridina, un medicamento antibacteriano que ya no se prescribe para el tratamiento de infecciones en humanos pero que se utiliza comúnmente en medicina veterinaria; docusato, ampliamente utilizado en medicamentos como laxante y ablandador de heces, y eritromicina, un antibiótico utilizado para tratar infecciones y acné.

Eficaces adsorbentes

Los resultados, publicados en la revista Biochar, sugieren que los biocarbones fabricados con residuos agrícolas podrían actuar como eficaces adsorbentes para eliminar los productos farmacéuticos del agua recuperada antes de la irrigación. No obstante, el biochar derivado de los residuos del desmotado de algodón fue mucho más eficiente.

En la investigación, este biocarbón adsorbió el 98% del docusato, el 74% de la eritromicina y el 70% de la sulfapiridina en solución acuosa. En comparación, el derivado del bagazo de guayule absorbió el 50% del docusato, el 50% de la eritromicina y solo el 5% de la sulfapiridina.

La investigación reveló que el aumento de la temperatura, de unos 340 ºC a unos 700 ºC, en el proceso de pirólisis sin oxígeno utilizado para convertir los residuos agrícolas en biocarbones, dio como resultado una capacidad mucho mayor de adsorber los compuestos farmacéuticos.

«La parte más innovadora de la investigación fue el uso del bagazo de guayule porque no ha habido estudios previos sobre el uso de este material para producir biocarbón para la eliminación de contaminantes emergentes», dice la investigadora principal Marlene Ndoun, estudiante de doctorado en el Departamento de Ingeniería Agrícola y Biológica de Penn State. «Lo mismo ocurre con los residuos del desmotado de algodón: se ha investigado sobre las posibles formas de eliminar otros contaminantes, pero este es el primer estudio que utiliza los residuos del desmotado de algodón específicamente para eliminar los productos farmacéuticos del agua».

Filtros de bajo coste para zonas con recursos limitados

Para Ndoun, la investigación es más que teórica. Debido a que los residuos del desmotado de algodón están ampliamente disponibles, incluso en las regiones más pobres, cree que es prometedor como fuente de biocarbón para descontaminar el agua.

«Soy originaria del Camerún, y la razón por la que estoy aquí es porque estoy buscando formas de filtrar el agua en comunidades de recursos limitados, como donde crecí», asegura. «Creemos que si esto se pudiera ampliar, sería ideal para su uso en países del África subsahariana, donde la gente no tiene acceso a equipos sofisticados para purificar su agua».

El siguiente paso, explicó Ndoun, sería desarrollar una mezcla de material de biocarbón capaz de adsorber una amplia gama de contaminantes del agua.

«Más allá de eliminar los contaminantes emergentes como los farmacéuticos, estoy interesada en mezclar materiales de biocarbón para que tengamos filtros de bajo coste capaces de eliminar los contaminantes típicos que encontramos en el agua, como las bacterias y la materia orgánica», concluye la investigadora.