Camarón que se duerme, limpia la corriente

De acuerdo con la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA), México dispone de alrededor del 0.1% del agua dulce mundial. Esto representa un grave problema para nuestra sociedad, dado que una gran parte del país se puede catalogar como seco. Aunque Yucatán se encuentra en una zona privilegiada debido a la cantidad de agua que se recibe en la temporada de lluvias, el crecimiento exponencial de la zona podría llevar a un desequilibrio entre el consumo y las reservas de este vital líquido.

El sistema nacional del agua (SINA), reporta que el mayor consumo se da en la industria agropecuaria, gastando un 78% del volumen disponible, mientras que el resto de las industrias y los servicios domésticos consumen un 7 y 2% respectivamente. Aunque gran parte de esta agua se utiliza para procesos esenciales como riego o consumo humano, mucha se desperdicia por formar parte de procesos en donde se combina con otros compuestos que pueden ser nocivos para la salud, dando lugar al desecho de ésta. Es aquí donde la ciencia, la ingeniería y el diseño toman un papel relevante para crear materiales, procesos y equipos innovadores que permitan la purificación y reutilización del agua desperdiciada.

Procesos de reutilización del agua desperdiciada

Uno de estos procesos es el filtrado, en donde se remueven partículas metálicas, polvos, gérmenes y reactivos químicos. Muchos de estos filtros están hechos con cerámicas de carbón, grava o arena, los cuales requieren de manera adicional polímeros en forma de membrana para hacer más eficientes los procesos de purificación. Sin embargo, estos polímeros son, en su mayoría, plásticos sintéticos cuyos tiempos de degradación están en torno a los cientos de años, lo cual es perjudicial para el medio ambiente.

El Quitosano

El quitosano es un nuevo e innovador material que puede realizar las mismas funciones de los polímeros sintéticos en el filtrado del agua. Este material se puede obtener de una fuente poco convencional: las conchas de los crustáceos. En México, por ejemplo, se produjeron alrededor de 47 mil toneladas de camarones en la temporada de pesca de 2019-2020. Considerando que la mitad del peso corporal de los crustáceos corresponde a sus conchas, se podrían producir más de 20 mil toneladas de quitosano al año en nuestro país.

El quitosano es un polímero natural que posee una combinación única de propiedades como la bio-degradabilidad, la no toxicidad y el hecho de ser biocompatible con otros compuestos. Además de esto, es el biopolímero más abundante, después de la celulosa, y más económico de la naturaleza. Su obtención es a través de la quitina, compuesto principal encargado de la formación de los exoesqueletos de los crustáceos.

La extracción del quitosano es un proceso sencillo. Simplemente se tiene que poner a hervir la quitina en una sustancia alcalina, como el hidróxido de potasio (KOH). En este procedimiento se lleva a cabo una reacción química, en la cual los compuestos que forman a la quitina, llamados acetilos, se hidrolizan y se convierten en grupos amino, compuestos que dan base al quitosano. Estos compuestos son tres y son llamados N-acetilo, D-glucosamina y D-glucosamina. Estos tres compuestos son ricos en aminos (-NH2) y iones hidróxido (-OH–) los cuales tienen la capacidad de absorber partículas de metales como arsénico, cromo, plomo, níquel, zinc, cadmio, cobalto, plata, entre otros, presentes en las aguas residuales.

Las capacidades de absorción del quitosano se pueden modificar con otros procesos que involucren cambios de temperatura, modificación de los compuestos químicos, dopados con otros materiales, entre otros. Con esto, el filtrado que puede llevar a cabo el quitosano en el agua se puede ampliar a más compuestos, como por ejemplo los tintes sintéticos utilizados en las industrias de la moda y los cosméticos. El quitosano también se ha utilizado para una serie de aplicaciones farmacéuticas y biomédicas, debido a que es biocompatible con el cuerpo humano, no es tóxico con éste, se puede degradar con los constituyentes normales del cuerpo, y presenta propiedades bacteriostáticas, fungistáticas, espermicidas y anticancerígenas.

En la industria alimentaria, este biopolímero se ha utilizado como recubrimiento de frutas y verduras, lo cual retrasa el proceso de putrefacción natural del producto. Un ejemplo de estos resultados se encuentra en el trabajo presentado por Zhang et al., en donde modificaron al quitosano con partículas de óxido de titanio (TiO2). En el experimento se recubrieron uvas rojas comerciales con el compuesto, el cual protegió con éxito a las uvas rojas de infecciones microbianas, mejorando así su vida útil. A partir de todos estos resultados, se puede notar que la investigación juega un papel importante en el desarrollo del quitosano. El progreso en la ciencia, ingeniería y diseño de los materiales permite, no solo tener procesos de obtención más eficientes y económicos, sino también tener un conocimiento más amplio en las propiedades físicas y químicas, que permitan ampliar el espectro de usos y aplicaciones de este material.

En los últimos años, el quitosano ha llamado la atención de la comunidad por sus prometedoras aplicaciones en distintas industrias, como la alimentaria, farmacéutica, cosmética, textil, y en el tratamiento de aguas residuales. Con la ampliación en el conocimiento de las propiedades físicas y químicas del quitosano, se espera que, en un futuro cercano, surjan aplicaciones más prácticas en un mundo que lucha por reducir los desechos de polímeros sintéticos en nuestros ecosistemas.

En nuestra región, considerando la península de Yucatán, la industria del quitosano tiene un enorme potencial de explotación, debido a que se cuenta con una industria camaronera bien establecida. De igual manera, ante el crecimiento exponencial de la población, las ciudades deberán desarrollar métodos eficientes y económicos para el tratamiento del agua, y para evitar la contaminación de los subsuelos que dañen las bellezas naturales de nuestra región.

Referencias:

Lei Zhang, Yuexian Zeng, Zhengjun Cheng, Removal of heavy metal ions using chitosan and modified chitosan: A review, Journal of Molecular Liquids 214 (2016) 175-191.

Mohammadtaghi Vakili, Mohd Rafatullah, Babak Salamatinia, Ahmad Zuhairi Abdullah, Mahamad Hakimi Ibrahim, Kok Bing Tan, Zahra Gholami, Parisa Amouzgar, Application of chitosan and its derivatives as adsorbents for dye removal from water and wastewater: A review, Carbohydrate Polymers 113 (2014) 115-130.

Santosh Kumar, Fei Ye, Sergey Dobretsov, Joydeep Dutta, Chitosan Nanocomposite Coatings for Food, Paints, and Water Treatment Applications, Applied Science, 9 (2019) 2409.

https://www.gob.mx/conagua