Motores del tamaño de un cabello humano para capturar el CO2 del Océano

Un grupo de investigadores crea unos dispositivos que miden un millón de veces menos que un milímetro con los que se podría acabar con un 88 por ciento del gas responsable de la acidificación de las aguas del mar

Cuando se habla de contaminación se piensa en CO2 y de forma casi instantánea en la polución atmosférica (aunque los acontecimientos de las últimas semanas hayan servido para concienciar de que no sólo el dióxido de carbono es un problema, como han demostrado las altas concentraciones de NOx y partículas vividas). Quizá no sea necesario aclarar que una cosa son los gases de efecto invernadero, como el CO2 del que se discutirá en la próxima Cumbre de París, y otra los contaminantes que provocan problemas de salud más directos, como el famoso óxido de nitrógeno. El CO2 ha originado el cambio climático y afecta por igual al habitat terrestre y al marino. Es más, el océano absorbe cada años el 25 por ciento del dióxido de carbono que se emite por la actividad humana. El cambio climático derivado de las emisiones produce en el mar un aumento de la temperatura, y éste una disminución en el nivel de oxigenación correcto para el mantenimiento de la vida; eventos climáticos extremos (que ya se están verificando) relacionados directamente por los cambios en las corrientes, y la acidificación de las aguas. Este último fenómeno provoca serios problemas a los corales y otras especies calcáreas.

La Cumbre del Clima y las decisiones que se tomen afectarán de forma directa a las condiciones de vida en los océanos, aunque, mientras esperamos a ver qué sucede, hay estudios e investigaciones que pretenden contribuir a luchar contra estas altas concentraciones de dióxido de carbono en las aguas. Es el caso de la Universidad de San Diego en California que ha desarrollado en su laboratorio unos nanomotores capaces de absorber este gas a medida que avanza por el agua. Pero, ¿de dónde sale la idea de estudiar dispositivos tan pequeños? El estudio de los nanomotores surge paralelo al descubrimiento de la nanotecnología, hace unos 10-15 años. En ese momento, la ciencia empezó a interesarse por esas escalas diminutas al comprobar que tanto los sistemas como los diferentes materiales cambian su comportamiento en función de las concentraciones, es decir que las propiedades y reacciones son diferentes en los niveles nano, una millonésima parte de un milímetro, y micro, o lo que es lo mismo, una milésima parte de una milímetro.

Mientras los estudios evolucionaban, se descubrió que era posible crear artificialmente dispositivos de estos tamaños tan pequeños para usarlos en biomedicina o en aplicaciones de carácter medioambiental. De hecho, la idea ha sido siempre copiar de la naturaleza esos dispositivos que ya existen. «Las bacterias que se encuentran en el cuerpo humano y que se desplazan en medio líquido son un ejemplo. Como lo son también los espermatozoides», explica Jahir Orozco, investigador del instituto catalán de nanociencia y colaborador del grupo de san Diego en esta investigación. Para las aplicaciones medioambientales, explica el investigador, se obtienen mejore resultados diseñando dispositivos a escala micro, por eso la Universidad habla de dispositivos finos como un cabello.

Una vez definido el tamaño, lo que se construye es una cápsula microscópica de polímero, que tiene en su interior un capa muy delgada de platino. Gracias a este platino se genera el movimiento de la célula artificial. Y eso es porque el platino es el catalizador del peróxido de hidrógeno (el agua oxigenada para entenderlo), es decir que el peróxido en presencia del platino produce oxígeno. Como la estructura del dispositivo es tubular, este oxígeno sale disparado produciendo burbujas y el deseado movimiento. Este movimiento es una de las claves del éxito de la investigación, ya que el equipo ha demostrado que la reacción, y por tanto el secuestro de CO2, se acelera cuando el dispositivo está en movimiento.

Bicarbonato

Una vez conseguido el movimiento, queda pendiente eliminar el CO2. Esto se consigue fijando al exterior del dispositivo una enzima, llamada anhidrasa carbónica, capaz de secuestrar el gas de efecto invernadero presente en el agua. De hecho, la enzima reacciona con el dióxido de carbono y el agua y crea un bicarbonato. Con la adición de cloruro de calcio, el bicarbonato se convierte en carbonato de calcio. Este último, totalmente inocuo para el ambiente, se precipitaría al fondo del mar, concluido el proceso. Lo que se ha conseguido en laboratorio es limpiar de CO2 unos dos milímetros de agua líquida, tanto de laboratorio, como de agua real de mar y lago con buenos resultados. Se concluyó que las máquinas nano podían absorber un 90 por ciento del dióxido de carbono en agua desionizada y un 88 por ciento del mismo gas en el mar.

El equipo, además de demostrar la eficacia del movimiento, ha comprobado que fijar la enzima al dispositivo da mejores resultados que dejarla libre en disolución. «En ambos casos se probó variando la temperatura; se subió hasta los 60 grados. La eficiencia del dispositivo fue de casi el doble; mientras que en disolución la eficiencia fue del 35 por ciento, con la enzima fijada al polímero, se alcanzó el 60 por ciento. Por tanto, el efecto se consigue con la combinación de estas dos fórmulas.

Ahora queda mucho camino por hacer. Primero porque la investigación se plantea un sustituto a este peróxido que se añade para lograr el movimiento. Y es porque, aunque al final se terminaría disolviendo en el agua del mar, en concentraciones muy altas su contacto directo puede suponer un peligro para la integridad de las células. Entre las soluciones alternativas para encontrar un combustible amigable se barajan motores magnéticos, de ultrasonidos o que utilicen magnesio. Otro de los temas que queda pendiente es el escalado. El número de estos dispositivos que se puede sumar para que trabajen a la vez no es un problema; de hecho, en el laboratorio se han utilizado hasta cuatro millones de estas estructuras invisibles para el ojo humano. La clave está, sin embargo, en establecer el tamaño adecuado de los dispositivos para garantizar un funcionamiento lo más eficaz posible. «Hay que determinar qué cantidad de enzima es necesaria para que permanezca un largo periodo haciendo su trabajo», detalla Orozco.