Tenemos filtros capaces de atrapar partículas diminutas en el agua. El problema empieza cuando esas partículas ya no están flotando libremente, sino enterradas entre granos de arena, minerales, materia orgánica y diminutos espacios del suelo.
No podemos meter un campo agrícola dentro de una depuradora.
Ese es precisamente el problema que un equipo de investigadores de la Universidad Técnica de Ostrava, en República Checa, ha intentado atacar desde una perspectiva bastante distinta. En lugar de llevar el medio contaminado hasta el material que lo limpia, han diseñado microrrobots que pueden desplazarse hacia el contaminante. El trabajo acaba de publicarse en NPG Asia Materials.
Los dispositivos están fabricados con un material bidimensional llamado MXene y nanopartículas de níquel que responden a campos magnéticos. No llevan batería, procesador ni motor convencional. Desde el exterior, un sistema magnético los hace rodar, cambiar de dirección, trabajar en grupo y finalmente regresar cargando consigo los fragmentos de plástico que han atrapado.
En condiciones de laboratorio consiguieron eliminar aproximadamente el 94% del poliestireno y el 89,2% del PET presentes en agua. Cuando los investigadores trasladaron el experimento a un modelo de suelo, las cifras bajaron al 80,6% y 72,2%, respectivamente.
La caída es importante. Pero también lo es que funcionaran.
El problema del suelo es que el microplástico puede esconderse donde ningún filtro llega
Los microplásticos se definen generalmente como partículas inferiores a cinco milímetros, pero una vez entran en un suelo su comportamiento resulta mucho más complicado que el de algo suspendido en una botella de agua.
Pueden interactuar con minerales y materia orgánica, quedar atrapados físicamente en la matriz del suelo y desplazarse por diminutos espacios llenos de agua. Precisamente por eso los autores señalan que extraerlos sin alterar al mismo tiempo la composición del terreno continúa siendo uno de los grandes desafíos de la descontaminación terrestre.
La idea del nuevo sistema consiste en aprovechar esos mismos pequeños espacios húmedos.
Los microrrobots están hechos a partir de partículas multicapa de Ti₃C₂Tₓ MXene, de apenas unos pocos micrómetros, a las que los investigadores añadieron nanopartículas de níquel de aproximadamente 500 nanómetros. El MXene proporciona una gran superficie capaz de adsorber contaminantes; el níquel convierte el conjunto en algo manipulable mediante magnetismo.
Al aplicar un campo magnético rotatorio, las pequeñas estructuras empiezan a dar vueltas sobre sí mismas y avanzar. Alcanzaron velocidades de hasta 22,1 micrómetros por segundo con un campo de 5 mT a una frecuencia de 3 Hz. Los investigadores pudieron incluso programar trayectorias y modificar su dirección desde el exterior.
No necesitan saber dónde está el plástico. Lo importante es que se mueven y multiplican las oportunidades de chocar con él.
En agua, moverse marcó la diferencia entre retirar el 81% o llegar al 94%
Para comprobar hasta qué punto el movimiento aportaba algo, los científicos realizaron una comparación especialmente útil. Utilizaron exactamente el mismo material de MXene de dos formas: dejándolo quieto, como un adsorbente convencional, y convirtiéndolo en un enjambre móvil mediante el campo magnético.
Después de una hora, el sistema estático había retirado aproximadamente el 81,1% del poliestireno. Los microrrobots en movimiento alcanzaron cerca del 94%. Además, durante los primeros diez minutos ya habían llegado al 80,6%, alrededor de 17,9 puntos porcentuales por encima del sistema inmóvil en ese momento.
La explicación es relativamente intuitiva. Un material estático tiene que esperar a que las partículas lleguen hasta él por difusión. Los microrrobots, en cambio, generan pequeñas corrientes locales, chocan continuamente contra las partículas y las ponen en contacto con su superficie. Una vez adheridas, pueden seguir transportándolas.
El equipo lo probó con partículas de poliestireno de alrededor de un micrómetro y fragmentos irregulares de PET de entre 1 y 150 micrómetros. Cuando un trozo era demasiado grande para un único microrrobot, varios podían agregarse alrededor de él y moverlo colectivamente.
Después llegaba la segunda ventaja del níquel: acercando un separador magnético, los investigadores podían retirar los robots junto con el plástico capturado. En las pruebas acuáticas, esa separación se completó aproximadamente en un minuto.
El 94% impresiona. El verdadero examen empieza ahora fuera del laboratorio
Todavía estamos bastante lejos de imaginar enjambres de microrrobots recorriendo un río o un campo agrícola.
Las pruebas utilizaron contaminantes controlados y sistemas experimentales mucho más sencillos que un ecosistema real. Un suelo natural contiene microorganismos, raíces, arcillas, materia orgánica y una enorme diversidad de polímeros, tamaños y superficies envejecidas que podrían cambiar radicalmente la eficacia del sistema. El propio artículo presenta la tecnología como una demostración de concepto que debe avanzar hacia condiciones ambientales mucho más complejas.
Y existe otra cuestión imposible de ignorar: si utilizamos partículas con níquel para retirar plástico del medio ambiente, tendremos que asegurarnos de recuperar también esas partículas.
Ese será uno de los puntos decisivos para cualquier aplicación futura. Una tecnología de descontaminación pierde buena parte de su sentido si termina introduciendo un contaminante diferente.
Pero el experimento deja una idea especialmente interesante.
Hasta ahora, buena parte de las estrategias para eliminar microplásticos funcionan obligando al contaminante a pasar por una membrana, filtro o superficie adsorbente. Estos investigadores han invertido la lógica: si el microplástico está demasiado escondido para llevarlo hasta el filtro, quizá haya que fabricar un filtro lo bastante pequeño como para que sea él quien vaya a buscarlo.
