Uso de Nano-Micromáquinas para Limpiar Derrames de Petróleo

Blog Original en inglés por Sunipa Pramanik
Traducido por Fredy Aquino
Editado por Gustavo A. Dominguez

Uno de los más grandes derrames de petróleo en la historia reciente ocurrió en abril de 2010 en el Golfo de México cuando la torre de perforación petrolera Deepwater Horizon explotó y al hundirse ocasionó la explosión del pozo Macondo ubicado aproximadamente a 66 km de la costa de Luisiana. Los derrames de petróleo, o la liberación accidental del petróleo líquido en el ambiente, presentan una mayor preocupación en la salud de nuestros ecosistemas naturales. Los derrames de petróleo en el mar son conocidos por herir y matar aves marinas, mamíferos con abundante pelaje y organismos marinos incluyendo mariscos, corales y delfines. Hay varias fuentes de derrames de petróleo incluyendo buques petroleros, oleoductos y directamente las instalaciones petroleras.

Pelícanos pardos cubiertos en petróleo, Grand Isle, Luisiana, 3 de junio de 2010. Imagen del Centro Internacional de Investigación de Rescate de Aves.

De acuerdo a las estadísticas obtenidas por la Federación International de Propietarios de Petroleros Contaminantes (ITOPF por sus siglas en inglés), la cual tiene una base de datos de los derrames de petróleo de buques tanques, cargueros mixtos y barcazas, más de 9.000 accidentes de derrames que han ocurrido desde 1974. De acuerdo con la Agencia de Protección Ambiental (USEPA por sus siglas en inglés), los métodos más comunes para contener y combatir los derrames son la contención mecánica (los métodos de recuperación usan equipos como barreras de contención, espumaderas, etc.) y agentes químicos y biológicos como dispersantes (los cuales ayudan a que el petróleo se disperse más fácilmente en el agua) y agentes gelificantes (los cuales se combinan con el petróleo para formar un cuerpo sólido parecido a la goma que es más fácil de limpiar). Con los recientes logros en el campo de la nanotecnología, las nanomáquinas han surgido como una opción eficiente, selectiva y favorable para el medio ambiente para el tratamiento potencial del derrame de petróleo.

El incidente ocurrido en el Deepwater Horizon derramó cerca de 5 millones de barriles de crudo en el Golfo de México1.

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Imagen de la NASA mostrando la extensión del derrame de petróleo en el Golfo de México. Fuente de la imagen

Millones de galones de dispersantes químicos de petróleo denominados Corexit 9527A y Corexit 9500A fueron usados para tratar el derrame2. Las moléculas del dispersante reducen la tensión interfacial entre el petróleo y el agua, y puede separar la marea negra. Esto ayuda a la transferencia del petróleo de la superficie del agua hacia adentro, lo cual hace menos posible que el petróleo alcance la costa. Sin embargo, estudios científicos recientes causan preocupación sobre el uso de dispersantes como Corexit. Un estudio del Instituto de Tecnología de Georgia y de la Universidad Autónoma de Aguas Calientes (UAA) en México ha demostrado que la mezcla de Corexit 9500A y petróleo es 52 veces más tóxica que el petróleo para el organismo marino microscópico denominado rotífero Brachionus plicatilis2. Estudios similares han mostrado que la cantidad total de petróleo consumido por el camarón fantasma Palaemon serenus aumenta cuando es expuesto al petróleo dispersado obtenido con Corexit, que cuando es expuesto al petróleo crudo3.

Estos problemas han llevado al desarrollo reciente de nanomáquinas (como las que se han discutido en este reciente blog) como una mejor la alternativa al uso de dispersantes químicos para remediar el derrame de petróleo. Las nanomáquinas son nanodispositivos que pueden convertir energía en movimiento con el propósito de realizar varias tareas. Éstos pueden usar un rango de fuentes de energía, incluyendo la utilización de burbujas, luz, campos magnéticos y de ultrasonido. Recientemente un grupo de investigadores ha desarrollado una nanomáquina que puede ayudar a capturar, transportar y remover gotas de petróleo4. Ellos usaron microsubmarinos propulsados por burbujas de oxígeno que son generadas por la oxidación catalítica de combustible de peróxido de hidrógeno en el interior de una lámina de platino. Los microsubmarinos están recubiertos de una película de moléculas hidrofóbicas (insoluble en agua), las cuales interactúan con las gotas de petróleo, haciendo que los micromotores estén bien equipados para capturar gotas de petróleo y transportarlas.

Dodecnaetiol (C12-SAM) microsubmarino cargando gotas de aceite de oliva a diferentes tiempos. Figura cortesía de Guix et al.

Otro ejemplo de cómo la nanotecnología puede mejorar la remediación de los derrames  de petróleo es el uso de micromotores basados en partículas de magnesio llamadas Janus, los cuales son partículas de magnesio recubiertas de capas nanométricas de titanio, níquel y oro, y además son funcionalizadas con capas hidrofóbicas de octadecanetiol, para limpiar las gotas de petróleo en el agua5. A diferencia del ejemplo anterior, estos micromotores usan burbujas de hidrógeno como propulsión, las cuales son generadas por una reacción que consiste en la reducción del agua en la superficie de magnesio.

Micromotor Janus de magnesio impulsados por el agua de mar: Mecanismo de (A) propulsión y (B) remoción de petróleo. Figura cortesía de Gao et al.

Una dificultad potencial con el uso de este motor es que la superficie de magnesio es cubierta rápidamente, o es pasivado, por una capa de óxido y entonces ya no puede producir la reacción con el agua que genera las burbujas. La capa de oro en el motor ayuda con este problema porque interactúa con los iones de cloruro del agua de mar lo cual ayuda a remover la capa de óxido pasivado a través de una combinación de corrosión macrogalvánica y de procesos de corrosión por picadura. Como en el primer ejemplo, estos micromotores se apegan a las gotas de petróleo y ayudan en su captura y transporte en el agua. Debido a que estos micromotores se desplazan en el agua de mar por su propia cuenta ellos tienen potencialmente una ventaja muy valiosa de remover las gotas de petróleo del agua de mar.

Estos nano/micromotores pueden proveer una alternativa favorable y eficiente al ambiente para tratar los derrames de petróleo. En el caso de los micromotores Janus de magnesio, la composición del motor y el uso de agua de mar como combustible los hace extremadamente biocompatibles y favorables al ecosistema. A diferencia de los dispersantes, los cuales separan la marea negra y transfieren el petróleo hacia la profundidad del mar, los nano/micromotores tienen el potencial de capturar, transferir y remover gotas de petróleo del agua. Aparte de las dificultades de corrosión, estas nano/micromáquinas también tienen la tendencia de ser lentas después de recolectar las gotas de petróleo. Se esta llevando a cabo investigaciones para prevenir los problemas de longevidad y velocidad de estos nano/micromotores. Desafortunadamente, todavía no hay ejemplos conocidos del uso actual de estos nano/micromotores en el control de los derrames de petróleo, y no es muy claro lo que ocurre exactamente a las nanomáquinas después de que se apegan al petróleo.

El uso de nano/micromotores para remediar los derrames de petróleo aún está en sus inicios. Pero es evidente que los ejemplos que tenemos a la mano podrían tener serias aplicaciones en el tratamiento del agua, control de derrames de petróleo y podrían potencialmente revolucionar el campo de remediación ambiental.


Para leer el blog original en ingles, presione aquí.

REFERENCIAS
1. Zukunft, P. Summary Report for SubSea and SubSurface Oil and Dispersant Detection: Sampling and Monitoring. DIANE Publishing, 2010.

2. Rico-Martínez, Roberto, Terry W. Snell, and Tonya L. Shearer. Synergistic toxicity of Macondo crude oil and dispersant Corexit ® to the Brachionus plicatilis species complex (Rotifera). Environmental Pollution 173 (2013): 5-10.

3. Gulec, I. & Holdway, D. Toxicity of crude oil and dispersed crude oil to ghost shrimp Palaemon serenus and larvae of Australian bass Macquaria novemaculeata. Environmental Toxicology 15.2 (2000): 91-98.

4. Guix, M., Orozco, J., García, M., Gao, W., Sattayasamitsathit, S., Merkoçi, A., Escarpa, A. & Wang, J. Superhydrophobic alkanethiol-coated microsubmarines for effective removal of oil. ACS Nano 6.5 (2012): 4445-4451.

5. Gao, W., Feng, X., Pei, A., Gu, Y., Li, J. & Wang, J. Seawater-driven magnesium based Janus micromotors for environmental remediation. Nanoscale 5.11 (2013): 4696-4700.

2 comentarios sobre “Uso de Nano-Micromáquinas para Limpiar Derrames de Petróleo

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