Filtro de microplásticos modelado en la boca de los peces
Las aguas residuales de las lavadoras se consideran una fuente importante de microplásticos, diminutas partículas de plástico sospechosas de dañar la salud humana y animal. Investigadores de la Universidad de Bonn han desarrollado un nuevo filtro que podría frenar este problema. Para ello han tomado como modelo el sistema branquial de los peces. En las pruebas iniciales, el filtro, ahora pendiente de patente, fue capaz de eliminar más del 99% de las fibras de plástico de las aguas residuales de las lavadoras.
Una lavadora en un hogar de cuatro personas produce hasta 500 gramos de microplásticos al año, que se generan por la abrasión de los textiles. Los electrodomésticos son, por tanto, una de las fuentes más importantes de estas diminutas partículas. En la actualidad, los microplásticos acaban directamente en los lodos de las depuradoras a través de las aguas residuales. Como a menudo se utilizan como abono, las fibras acaban en los campos.
Por eso, desde hace unos diez años, muchos fabricantes buscan formas de eliminar los microplásticos del agua de lavado para que no acaben en el medio ambiente. "Sin embargo, los sistemas de filtrado disponibles hasta la fecha presentan varios inconvenientes", explica la Dra. Leandra Hamann, del Instituto de Biología Organísmica de la Universidad de Bonn. "Algunos se atascan rápidamente, otros no tienen un efecto filtrante suficiente".
En el interior de la boca de esta anchoa, las partículas de plancton son retenidas por el sistema de branquias.
Photo: Jens Hamann
Mirando a los peces a la boca
Junto con su director de doctorado, el Dr. Alexander Blanke, y sus colegas, la científica buscó por tanto posibles soluciones en el reino animal. Los investigadores se inspiraron en animales que pueden considerarse verdaderos maestros de la tecnología de filtrado, y lo han sido durante cientos de millones de años.
Se trata de peces que se alimentan por filtración, como la caballa, la sardina o la anchoa: Nadan por el agua con la boca abierta, pescando el plancton con su sistema de branquias. "Estudiamos detenidamente la construcción de este sistema y lo utilizamos como modelo para desarrollar un filtro que pueda utilizarse en las lavadoras", explica Blanke, miembro de las áreas de investigación transdisciplinar "Vida y Salud" y "Futuros Sostenibles" de la Universidad de Bonn.
En el curso de la evolución, las especies de peces mencionadas han desarrollado una técnica similar a la filtración de flujo cruzado: Su sistema de branquias tiene forma de embudo, que es más ancho en la boca del pez y se estrecha hacia el esófago. Las paredes del embudo están formadas por los arcos branquiales. Éstas, a su vez, están cubiertas de estructuras en forma de peine, los rastrillos, que a su vez tienen pequeños dientes. Esto crea una especie de tejido de malla que se estira por los arcos branquiales.
Autolimpieza: El plancton rueda hacia el esófago.
"Durante la alimentación, el agua fluye a través de la pared permeable del embudo, se filtra y el agua libre de partículas se devuelve al medio a través de las branquias", explica Blanke. "Sin embargo, el plancton es demasiado grande para ello; queda retenido por la estructura natural del tamiz. Gracias a la forma de embudo, rueda entonces hacia el esófago y se acumula allí hasta que el pez se lo traga, vaciando y limpiando así el sistema".
Este principio evita que el filtro se atasque: las fibras no golpean el filtro verticalmente, sino que ruedan a lo largo de él hacia el esófago. Al mismo tiempo, el proceso es muy eficaz: elimina casi todo el plancton del agua. Ambos son puntos que también debe cumplir un filtro de microplásticos. Por ello, los investigadores han recreado el sistema de rastrillo branquial. Variaron tanto el tamaño de la malla de la estructura del tamiz como el ángulo de apertura del embudo.
El filtro alcanza un alto nivel de eficacia
"Hemos encontrado así una combinación de parámetros en la que nuestro filtro separa más del 99% de los microplásticos del agua y, sin embargo, no se obstruye", afirma Hamann. Para lograrlo, el equipo se basó no sólo en experimentos, sino también en simulaciones por ordenador. El filtro, modelado a partir de la naturaleza, no contiene ninguna mecánica compleja y, por tanto, debería ser muy rentable de producir.
Los microplásticos que pesca en el agua de lavado se acumulan en la salida del filtro y son aspirados desde allí varias veces por minuto. A continuación, podrían prensarse en la máquina, por ejemplo, para extraer el agua que contienen, explica el científico, que desde entonces se ha trasladado a la Universidad de Alberta, en Edmonton (Canadá). Cada pocas docenas de lavados, el gránulo de plástico resultante podría retirarse y eliminarse con los residuos.
La Universidad de Bonn y el Instituto Fraunhofer de Medio Ambiente, Seguridad y Tecnología Energética (UMSICHT) ya han solicitado la patente de esta tecnología en Alemania, y se está intentando obtener la patente en toda la UE. Los investigadores esperan que los fabricantes sigan desarrollando el filtro y lo instalen en futuras generaciones de lavadoras. De este modo, al menos se frenaría la propagación de microplásticos procedentes de los textiles. Y esto también es necesario: los estudios indican que las partículas pueden causar graves daños a la salud. Ya se han detectado en la leche materna y la placenta, e incluso en el cerebro.
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