Revista Aqua Nº222

marzo de 2019

En acuicultura: Los insospechados beneficios de las nanotecnologías

De desarrollos revolucionarios, a algo de uso diario. Las nanotecnologías se toman nuestras vidas y, por cierto, la acuicultura. Sus alcances apuntan desde la disminución de los impactos ambientales a una mayor seguridad alimentaria. Esto recién comienza.

Algunos dicen que la primera referencia a las nanotecnologías se hizo en 1986, cuando el ingeniero estadounidense, Eric Drexler, publicó su libro “Motores de la creación: La próxima era de la nanotecnología”. En el documento se detallaba una máquina nanotecnológica que tenía la capacidad de autoreproducirse. En tanto, otros adjudican la primera mención al término de nanotecnología al científico japonés, Norio Taniguchi, quien, en 1974, la describió como un procesamiento, separación y manipulación de materiales átomo por átomo.

Independiente de quien fuera el “padre” de la nanotecnología, existe un mayor consenso respecto de su significado. Según la RAE, este término se refiere a la “tecnología de los materiales y de las estructuras en la que el orden de magnitud se mide en nanómetros (10^-9), con aplicación a la física, química y biología”.

Con todo, lo cierto es que “la nanotecnología se ha convertido en uno de los más importantes y novedosos campos de vanguardia en física, química, ingeniería y biología”, comenta Óscar Díaz, el director de proyecto de Leitat Chile, centro de excelencia de origen español y cuyo objetivo es incorporar estas tecnologías a sectores estratégicos de nuestro país, tales como forestal, agricultura, minería y acuicultura.

Díaz detalla que “las nanotecnogías se encuentran introducidas en la mayoría de las industrias”. El representante de Leitat Chile ejemplifica con la industria alimentaria, a través de envasado inteligente o alimentos funcionales; tecnologías de la información, como los monitores LCD basado en nanotubos de carbono; o la industria de las biotecnologías y donde se encuentra la detección de bacterias mediante nanopartículas bioconjugadas o membranas nanoporosas.

Específicamente en acuicultura, los desarrollos actuales y futuros son variados. Algunos de los que ya se comercializan se relacionan con la microencapsulación de vacunas o de aditivos funcionales, ambos abordados en esta misma edición de AQUA. No obstante, diferentes grupos están investigando nuevos usos que, sin duda, permitirán aumentar la sostenibilidad de la industria.

Medios ambiente

A la fecha, una significativa cantidad de investigaciones relacionadas con las nanotecnologías apuntan a temas relacionados con el medio ambiente. ¿Cómo?

Uno de los primeros ejemplos que asoma se relaciona con las pinturas antifouling que son empleadas por la acuicultura con el objetivo de proteger diferentes estructuras que se ven afectadas por la adhesión de organismos que se fijan al sustrato. La investigadora del Centro para el Desarrollo de la Nanociencia y la Nanotecnología (Cedenna) y académica de la Universidad de Santiago, Dra. María Angélica Rubio, comenta su desarrollo referido que está referido a un revestimiento antifouling que fue probado en placas de acero inoxidable de 50×50 mm, apernadas a diferentes superficies de rocas y expuestas a diferentes flujos de agua de mar en la costa de Valparaíso (región de Valparaíso). “Tras 40 días, los resultados mostraron que las pinturas con el revestimiento antifouling de Cedenna tienen mejor rendimiento en comparación con la pintura antifouling comercial usada como control, que mostró menor capacidad protectora que todos nuestros prototipos en dos a cuatro veces de magnitud”.

La investigadora del Cedenna detalla que su desarrollo se diferencia de los demás debido al “tamaño de las partículas de cobre que contiene”, agregando que “al tratarse de nanopartículas de cobre, se requiere menos mineral y, sin embargo, se optimiza su uso, ya que a tamaño nanométrico sus propiedades se incrementan”.

Pero, además de ser más efectivo, este desarrollo se destaca porque al tratarse de nanopartículas de cobre se logra, a la vez, que no se desprendan con tanta facilidad al entrar en contacto con el agua, “aumentando el tiempo útil del revestimiento con menor impacto en el medio ambiente”, apunta Rubio. Actualmente, este desarrollo se encuentra en análisis para patentamiento y se espera que, posteriormente, se inicie la fase de comercialización.

Disminuyendo impactos

Pero las pinturas antifouling no son el único aporte que está realizando el Cedenna a las industrias en su relación con el cuidado del medio ambiente. También se encuentra la remoción de contaminantes desde el agua. La investigación está a cargo de Nicolás Arancibia quien, a partir de materiales nanoparticulados que ha desarrollado y que se incorporan en los filtros, “permiten extraer del agua contaminantes inorgánicos, como arsénico, cobre o plomo”.

El investigador comenta que estas tecnologías han demostrado ser altamente eficientes y que, incluso, podrían tener un uso doméstico. “Actualmente tenemos unas once formulaciones basadas en diferentes combinaciones de polímeros y/o arcillas y que, en el caso de plantas de tratamiento, pueden ser dispuestas a nivel de reactores, como lecho fluidizado o biológico”.

Uno de los aspectos más positivos sobre estas nanopartículas es que los contaminantes capturados no son liberados posteriormente al medio ambiente. “Los materiales habitualmente utilizados para capturar arsénico, por ejemplo, terminan liberándolo cuando son dispuestos en el punto de disposición final. Nuestro desarrollo estabiliza el contaminante y lo transforma en una fase mineralógica que lo incorpora dentro del material. En definitiva, no tienes riesgos de que vuelva al medio”, apunta el investigador del Cedenna.

Esta tecnología, que también se encuentra en proceso de patentamiento, ya ha sido conocida por inversionistas y se espera que pronto comience su comercialización a nivel industrial.

Con el foco puesto en el mar, recientemente arremetió en nuestro país la nanotecnología biofriendly de la mano de Low Carbon Chile y del Grupo Horeb Latam, a través del mejorador de combustión Green Plus, que ya se utiliza en 25 países a través de ecocatalizadores, tendientes al aumento de la eficiencia energética y reducciones de emisiones de partículas cancerígenas llamadas Black Carbon.

“Un catalizador de combustibles mejora la velocidad de combustión dentro del cilindro gracias a la aplicación de nanotecnología en el proceso de síntesis. La solución estándar de los autos catalíticos es terminar el proceso de combustión incompleto después del motor, en el catalizador, con lo que la energía adicional liberada allí se pierde completamente. Al realizar este proceso dentro del motor se recupera esa energía, y este mecanismo es el que sube el rendimiento del combustible”, afirma el doctor y socio gerente de Low Carbon Chile, Erwin Plett.

En el área industrial ya es utilizado por empresas petroleras que lo adicionan en sus procesos de refinación, compañías navieras, plantas termoeléctricas, mineras, firmas que administran grandes flotas, sistemas de transporte público y taxis, así como gobiernos que asumen la responsabilidad de afrontar el cambio climático.

Esta nanotecnología líquida se agrega en pequeñas cantidades (1:20,000) a los combustibles fósiles y a los renovables, actuando a través de su estructura molecular, permitiendo una combustión más completa. En esta línea, Plett asevera que Green Plus “cuenta con una tecnología única en su tipo, está disponible a nivel mundial y es capaz de incrementar la eficiencia energética de combustible +7%, reducir la emisión de partículas PM 2,5 más de 50%, bajar la emisión de gases de efecto invernadero (GEI) en 10%, mermar la emisión de Black Carbon en más de 50% y reducir también la emisión de contaminantes en un 50%”.

El Black Carbon es una materia particulada fina generada por procesos de combustión incompleta que es “cuantitativamente el segundo factor causante de cambio climático”. Mientras que los PM 2,5 o partículas finas, son los contaminantes atmosféricos más complejos, junto con los gases como monóxido de carbono. La fuente principal del CO son los gases de los motores de combustión interna. Por su parte, el CO2, es uno de los principales responsables del efecto invernadero.

“Además, al utilizar la nanotecnología ecofriendly se ahorra un 10% bruto en combustible, lo que es relevante a gran escala y cuenta además con la certificación de la ecoetiqueta de la ONU. La drástica reducción de las emisiones contaminantes, permitirá a los usuarios certificar la disminución de emisiones y acceder al mercado de los bonos verdes”, añade Plett.

Nanoburbujas

Kran es una empresa que nació en 2016 en la ciudad de Puerto Montt, región de Los Lagos, con el objetivo de ofrecer soluciones a la industria acuícola orientadas a la desinfección de salmón fresco, tratamiento de aguas residuales y oxigenación, entre otros. Utilizando tecnología japonesa, país líder en la Investigación y Desarrollo (I+D) de este conocimiento, Kran elaboró la primera línea de generadores de nanoburbujas en Chile y son la única empresa en Latinoamérica en ser miembro de la Fine Bubble Industries Association (FBIA), asociación internacional que reúne a las organizaciones que están liderando esta tecnología en el mundo.

En definitiva, se trata de un equipo que –por medio de sistemas hidráulicos– permite generar burbujas de diferentes gases de menos de una micra de tamaño (ultra finas) y cuyos beneficios ya han sido comprobados en países líderes en la materia, como Japón. “Esta nueva tecnología es como pasar del fax al E-mail, ya que tiene un gran número de beneficios y usos pero, de igual forma, hemos querido ir avanzando lento y validando los resultados con entidades independientes y reconocidas del país”, dice Jaime de la Cruz, uno de los socios de Kran.

Y es que dependiendo del tamaño de una piscicultura, estas pueden gastar entre $5-20 millones mensuales solo en oxígeno. “Está comprobado que las burbujas más pequeñas son mucho más eficientes en la transferencia del oxígeno al agua. La superficie de contacto entre las burbujas y el medio es muy superior. Por ejemplo, una burbuja de una micra tiene un área de contacto 10.000 veces superior en solo un milimetro cúbico que una burbuja normal de un milimetro”, explican desde la compañía. Por lo anterior es que la tasa de residencia del oxígeno en el agua es muy grande, lo que hace más eficiente el uso del oxígeno. Esta propiedad genera, además, que sea uno de los mecanismos más utilizados hoy en Japón y otros países para la recuperación de fondos marinos contaminados.

Adicionalmente, en Kran están realizando pruebas en diversas plantas de procesamiento de salmónidos de forma de lograr desinfecciones más efectivas e inocuas. “Desde hace varios años que la industria pesquera de Japón, donde el consumo per cápita anual de productos del mar es mayor a 60 kilos, está utilizando agua con burbujas ultra finas de nitrógeno para almacenar los pescados, lo que les permite retardar la oxidación y aumentar la vida útil de los productos en hasta siete días”, aducen desde Kran. Agregan que estos sistemas podrían ser muy útiles para las exportaciones chilenas, por ejemplo a Brasil, donde las presentaciones en formato fresco no han podido penetrar otros grandes mercados de ese país por la relativamente corta vida útil que tiene el pescado.

Nuevos avances

Pero los avances de las nanotecnologías no solo se quedan en lo antes mencionado. Hay más. La especialista en nanociencia, directora del Cedenna y académica de la Universidad de Santiago, Dra. Dora Altbir, reconoce que investigadores de su institución “han producido tecnología para preservar por mayor tiempo la vida útil de los salmones y extender el radio de su exportación. Debido al carácter multidisciplinario de la nanotecnología, estamos seguros que hay muchos desarrollos en los que podemos contribuir con mejoras a la industria”.

Una apuesta visionaria la realiza el director de proyectos de Leitat Chile, Óscar Díaz, quien asevera que “la adopción de la nanotecnología en diferentes procedimientos de acuicultura parecer ser inevitable”. El ejecutivo analiza que veremos una mayor inclusión de estos desarrollos en las áreas de alimentos y control de enfermedades lo que, por ejemplo, “repercutirá beneficiosamente en la industria acuícola, ya que permitirá obtener procesos de engorda efectivos, disminuyendo con esto las mermas de producción producto de la afectación por parásitos y bacterias”.

En forma paralela, diferentes expertos apuestan que las nanotecnologías también avanzarán en temáticas relacionadas con sensórica, automatización avanzada y robótica, lo que dará nuevas respuestas a los desafíos que enfrenta la acuicultura chilena y mundial.