Imagine un acuífero contaminado por metales pesados de aplicación industrial. ¿Cómo podríamos descontaminarlo? El objetivo ideal sería no solo limpiar el agua, sino hacerlo con la mínima intervención posible.

El culmen de la circularidad llegaría, además, si se pudiese recuperar el material y volver a darle aplicación después de tratarlo. Y precisamente en esa búsqueda de filtros capaces de hacer ese trabajo –y que además sean sostenibles– están tres científicas españolas del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), perteneciente al CSIC.

Pilar Aranda, Margarita Darder y Eva García de Frutos son las investigadoras del Grupo de Materiales Nanoestructurados Híbridos, Biohíbridos y Porosos del ICMM. Las tres trabajan en crear nuevos materiales que parten de la naturaleza y surgen a partir de arcillas y polímeros (sustancias) naturales, como el almidón, para obtener mejores filtros con los que descontaminar aguas residuales o proteger vertederos para impedir filtraciones.

[Crean un filtro para eliminar microplásticos de aguas residuales]

En la Noche Europea de los y las Investigadoras, celebrada a finales de septiembre en Madrid, mostraban su trabajo a los niños de manera muy gráfica en un taller: como si fueran cocineras, habían preparado esferificaciones con una mezcla de arcilla, agua y un polímero natural no derivado del petróleo.

Después de dejar que tocaran las bolitas o incluso las explotaran con sus dedos, entregaban a los participantes un vaso con agua tintada de azul, donde se echaban esas pequeñas bolas del material y se las dejaba trabajar. Al cabo de unos minutos, las bolitas estaban azules y el agua completamente limpia.

Regenerar y recuperar

“Lo que hacemos es combinar arcilla, por un lado, y un polímero natural para conseguir un material nuevo que tenga mejores propiedades, combine las de los dos o incluso tenga alguna nueva”, explica Darder. Y añade: “A veces se trata de hacer que el proceso de descontaminar sea más sencillo, a veces de recuperar un contaminante concreto”.

A esto último, añade Aranda, "lo llamamos regenerar y recuperar: regenerar el material que sirve de esponja y recuperar el contaminante". Y matiza: "Nunca tienes la capacidad de recuperar la misma cantidad, claro, y en el proceso vas perdiendo un poco del material que filtra. Como la batería del teléfono, con cada uso va un poco peor".

La ventaja de la arcilla es que es natural y abundante en todo el planeta en sus diversas formas. En su laboratorio trabajan con la sepiolita, un tipo muy común en las provincias de Madrid y Toledo y que también se encuentra en Turquía o zonas de China.

Las científicas españolas muestras los 'nuevos materiales' con los que trabajan. Ángela R. Bonachera ICMM

La combinan, por ejemplo, con materiales como el alginato, presente en las algas, y uno de los llamados polisacáridos, parecidos al almidón de las patatas o el arroz. Lo mismo para el quitosano o quitina, que procede de los caparazones del marisco.

Sobre este último, Darder explica que es “una buena solución porque a veces se plantea fabricar elementos con almidón del maíz o del arroz, que son alimentos, y los encareces. Pero el quitosano es directamente un residuo, nosotras lo compramos ya tratado, pero hay equipos que lo fabrican en su laboratorio directamente de los caparazones de las gambas o los cangrejos”.

Aranda apunta a que con elementos como estos “en España, con todo lo que tenemos, podríamos hacer muchas más cosas”.

Sensores 'naturales'

Entre los proyectos de estas investigadoras estuvo la creación de electrodos para sensores a partir de arcilla y quitina. En concreto, para fabricar una lengua electrónica inteligente, que ayudase no a retirar contaminantes, sino a impedir su acumulación.

“Servía para retener y detectar los nitratos que se usan en los fertilizantes, de manera que en un cultivo hidropónico podías detectar si faltaba o sobraba y había que echar algo de agua para diluirlo. Más que retirar contaminantes, la idea era no liberar más”, cuenta Aranda.

El trabajo de García de Frutos, Darder y Aranda en el CSIC. Ángela R. Bonachera ICMM

Combinando la arcilla sepiolita española con el sacran de algas japonesas, han diseñado también materiales para recuperar las llamadas tierras raras, minerales vitales en la transición energética o para la industria informática. La combinación se creó específicamente para recuperar neodimio, hasta con cinco veces más eficacia que cada componente por separado.

“El sacran absorbe específicamente cierto tipo de elemento. La arcilla le daba consistencia al sistema y aumentaba las propiedades”, indica la científica.

Este tipo de materiales complejos, constituidos por dos o más componentes sólidos, reciben el nombre de composites, es decir, materiales compuestos. Normalmente, combinan un polímero orgánico y un sólido inorgánico, que en el caso de las investigadoras del ICMM es la arcilla, por común y sostenible. Cuando se utiliza alguno de ellos a escala nanométrica, se convierten en nanocomposites.

“Lo que hacemos nosotras es el primer pasito”, advierten. Queda por delante el reto de poner esta tecnología en marcha a nivel industrial. Ellas hacen “la investigación más básica, buscando optimizar procesos que ya se conocen con componentes nuevos, por ejemplo. La cosa es que luego esto llegue a la empresa”.

Aranda señala que en España “el paso que nos falta es el de escalado industrial. La proporción no es la misma en el laboratorio que cuando quieres aplicarlo a gran escala. En España muchas empresas quieren que les demos el producto final, y eso en investigación es complicado, no tienes medios”. Y lamenta: “Ese paso intermedio es el que nos suele fallar para que exista la transferencia”.