Una membrana creada por científicos del MIT puede ser una solución ante la contaminación del agua

La contaminación del agua por sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS, por sus siglas en inglés), también conocidos como “químicos permanentes”, y metales pesados, ya es un grave problema global. Estos compuestos, presentes en productos como cosméticos, ropa impermeable y utensilios de cocina, se acumulan en el medio ambiente y en el cuerpo humano, donde provocan efectos adversos.

Según un estudio de los Centros para el Control y Prevención de Enfermedades de Estados Unidos, el 98% de las personas analizadas presentaron niveles detectables de PFAS en su sangre.

Ahora, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés) desarrollaron un nuevo material de filtración, compuesto por seda natural y celulosa, el cual demostró ser altamente eficaz en la eliminación de estos contaminantes. El estudio, publicado en la revista ACS Nano, señaló que este material ofrece una solución natural que podría superar los métodos actuales de filtración, como el carbón activado.

Los PFAS son ampliamente utilizados en productos como cosméticos, envases de alimentos, ropa resistente al agua, espumas ignífugas y revestimientos antiadherentes para utensilios de cocina. Según un informe reciente, hay 57.000 sitios contaminados por estos productos solo en Estados Unidos. La Agencia de Protección Ambiental de EE.UU. estimó que eliminar estas sustancias costaría alrededor de 1.500 millones de dólares anuales, si se siguen las nuevas regulaciones que limitan este compuesto a menos de 7 partes por billón en el agua potable.

De acuerdo con Yilin Zhang, investigador del MIT, “la contaminación por PFAS y compuestos similares es un problema muy grave, y las soluciones actuales solo pueden resolverlo parcialmente de manera eficiente o económica”. Por ello, los investigadores decidieron desarrollar una solución natural basada en proteínas y celulosa.

Benedetto Marelli, profesor de ingeniería civil y ambiental en el MIT, explicó en un comunicado de prensa que llegaron a este descubrimiento mientras trabajaban en un sistema de etiquetado para evitar la falsificación de semillas. Según el científico, “el equipo desarrolló nanofibrillas de seda en cristales nanométricos uniformes”, tecnología que Zhang sugirió que podría aplicarse para filtrar contaminantes.

Sin embargo, los primeros intentos utilizando únicamente nanofibrillas de seda no fueron efectivos, lo que llevó al equipo a agregar celulosa, un material abundante que puede obtenerse de residuos agrícolas, como la pulpa de madera.

El equipo empleó un método de autoensamblaje para suspender la proteína fibroína de seda en agua, mientras insertaban nanocristales de celulosa. Este proceso permitió alinear las moléculas de seda, creando un material híbrido con propiedades distintivas. Al integrar celulosa en las fibrillas de seda y ajustar su carga eléctrica, los investigadores lograron un material muy eficaz en la eliminación de contaminantes en pruebas de laboratorio, según detalló Marelli.

El nuevo material también demostró ser eficaz en la eliminación de metales pesados, además de los PFAS. Los investigadores señalaron que la carga eléctrica de la celulosa confiere al material propiedades antimicrobianas, lo que evita la acumulación de bacterias y hongos, un problema común en las membranas de filtración convencionales. “Una de las principales causas de fallo de las membranas de filtración es la acumulación de suciedad por bacterias y hongos, y este nuevo material podría reducir en gran medida ese problema”, afirmaron los investigadores.

Marelli destacó que “estos materiales pueden competir realmente con los materiales estándar actuales en la filtración de agua, tanto en la eliminación de iones metálicos como de contaminantes emergentes”. En pruebas de laboratorio, el nuevo material eliminó órdenes de magnitud más contaminantes que el carbón activado, el estándar de la industria. Aunque el proyecto aún se encuentra en fase experimental, el equipo del MIT planea continuar mejorando el material, en particular su durabilidad y la disponibilidad de las materias primas.

El equipo también estudia el desafío que representa la disponibilidad de proteínas de seda, ya que su producción actual podría ser insuficiente para satisfacer la demanda global si se implementa el material a gran escala. Según Marelli, podrían explorarse otras proteínas alternativas que ofrezcan funciones similares a un menor costo.

En principio, Zhang explicó que el material se utilizaría en sistemas de filtración domésticos, conectados directamente a grifos de cocina. A futuro, se planea expandir su uso para la filtración en suministros de agua municipales, aunque primero serán necesarias más pruebas para garantizar que no introduzca contaminantes en el agua potable.

El equipo de investigación estuvo compuesto por los posdoctorados Hui Sun y Meng Li, el estudiante de posgrado Maxwell Kalinowski y el recién graduado Yunteng Cao, ahora en la Universidad de Yale. El proyecto fue financiado por la Oficina de Investigación Naval de los EE.UU., la Fundación Nacional de Ciencias y la Alianza Singapur-MIT para la Investigación y la Tecnología.