Enfoque innovador obtiene buenos resultados en la degradación de contaminantes farmacéuticos en el agua

Estudio apoyado por la FAPESP probó el uso de chispas de alta energía para degradar contaminantes sin generar residuos

Agência FAPESP* – Un estudio publicado en el Chemical Engineering Journal propone un nuevo enfoque para la remediación ambiental de contaminantes farmacéuticos en corrientes de agua basado en un fenómeno conocido como sparks – término en inglés que se refiere a las chispas que aparecen en la superficie de un metal cuando se somete a un proceso conocido como oxidación electrolítica por plasma (PEO, por sus siglas en inglés).

En el PEO, la pieza metálica (en este caso aluminio) se sumerge en un líquido al que se aplica una tensión eléctrica, lo que da lugar al crecimiento de un recubrimiento de óxido. Durante el proceso surgen las sparks, microdescargas eléctricas que duran fracciones de segundo y abarcan un área reducida, pero alcanzan temperaturas muy elevadas, motivo por el cual incluso reciben el apodo de “segundo Sol”. Este tratamiento, aplicado a piezas de aluminio, magnesio, titanio y otros metales en industrias de los sectores aeroespacial, automotriz, médico y de componentes electrónicos, utiliza electricidad para crear en estas piezas una capa de óxido que mejora la resistencia del material a la corrosión y al calor, por ejemplo.

Materiales producidos mediante la aplicación de PEO ya se utilizan también en el tratamiento de agua y efluentes, con el objetivo de degradar residuos orgánicos. Ahora, el equipo liderado por el profesor Ernesto Chaves Pereira, del Departamento de Química de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), en el estado de São Paulo, Brasil, demostró que utilizar no el material, sino las propias chispas, puede conducir a resultados mucho mejores que los alcanzados con métodos convencionales. El trabajo se realizó con apoyo de la FAPESP (procesos 19/27029-5, 21/11630-1, 21/12394-0, 22/06219-3, 22/05195-3 y 24/07206-8).

La investigación buscó crear una forma más eficiente de eliminar los contaminantes, que constituyen una de las principales preocupaciones actuales de científicos, gestores y otros formuladores y reguladores de políticas públicas, ya que, incluso en concentraciones muy bajas, pueden causar efectos indeseados.

Cuando llegan al ambiente, los contaminantes pueden afectar a los organismos vivos, alterar el equilibrio ecológico y, en el caso de los antibióticos, favorecer la selección de bacterias resistentes. Además, son persistentes y presentan grandes dificultades para su eliminación.

“Los fármacos están diseñados para larga duración y, por lo tanto, persisten en el ambiente. Su degradación en la naturaleza es muy complicada; son moléculas complejas y, en los procesos ya existentes, la reacción no alcanza la carbonización completa, es decir, la transformación de la molécula orgánica en CO₂ y agua. La reacción es parcial y se detiene en lo que llamamos intermediarios de reacción, subproductos orgánicos a veces incluso más tóxicos que la molécula original”, explica Pereira.

“Hace cerca de cuatro años, la llegada de un investigador posdoctoral a nuestro laboratorio inauguró los trabajos con remediación ambiental y, ante la complejidad del problema, surgió la idea de intentar con las sparks”, recuerda el coordinador de la investigación. “En los primeros intentos, todo resultó muy bien”, celebra. El estudio involucró a investigadores del Centro de Desarrollo de Materiales Funcionales (CDMF) y del Centro de Innovación en Nuevas Energías (CINE). El CDMF es un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID, por sus siglas en portugués) de la FAPESP con sede en la UFSCar. El CINE es un Centro de Investigación Aplicada (CPA) constituido por la FAPESP y Shell en 2018, con sede en la Universidad Estatal de Campinas (Unicamp), la Universidad de São Paulo (USP) y la UFSCar, con la participación de otras ocho instituciones brasileñas.

Experimentos

Las pruebas se realizaron con tres sustancias de uso farmacéutico: el antibiótico ofloxacino, el antiinflamatorio diclofenaco sódico y el antidepresivo fluoxetina, por separado y en mezcla. También se consideraron concentraciones altas y bajas de los fármacos. “En este caso, las concentraciones ambientales son bajas, lo que aumenta la dificultad de la remediación. Así, los resultados obtenidos en estas bajas concentraciones indican el potencial de aplicación en situaciones reales”, explica Pereira.

Otro dato que indica esta cercanía con la realidad fuera del laboratorio es que los mejores resultados se obtuvieron con la mezcla de contaminantes, que es la situación más comúnmente encontrada en ríos y otras corrientes de agua.

A diferencia de los métodos convencionales –como catalizadores avanzados que emplean diferentes materiales, fotocatálisis, tratamientos biológicos y métodos físicos, como la adsorción–, el uso de las chispas condujo a la carbonización de los contaminantes. En las muestras expuestas al procedimiento durante 60 minutos, se destruyó el 58 % del contenido de diclofenaco, el 60 % del ofloxacino y el 93 % de la fluoxetina. Además de estos resultados positivos, el método es mucho más económico en términos de consumo energético.

“El estudio establece el plasma generado durante el proceso de PEO como una plataforma innovadora, eficiente y ambientalmente amigable para la remediación de contaminantes farmacéuticos, llenando una brecha crítica de las tecnologías actuales al asegurar la mineralización completa y eliminar riesgos asociados con la contaminación secundaria”, afirma el investigador de la UFSCar. “Junto con este trabajo publicado a finales de 2025, tenemos resultados prometedores también para bacterias y derivados del petróleo, y la patente ya está solicitada, lo que permite que la solución avance hacia las próximas etapas necesarias hasta su aplicación”, añade.

El artículo An innovative method for environmental remediation using sparks formed during plasma electrolytic oxidation on aluminum foils puede leerse en: sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894725118627.