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Área - Ciencias Reportajes

Un trabajo experimental prueba cómo se rompe un enlace fundamental en catalizadores que transforman hidrocarburos

Un trabajo experimental prueba cómo se rompe un enlace fundamental en catalizadores que transforman hidrocarburos

El Instituto Universitario Cinquima de la UVa trabaja en la mejora de estos procesos, claves para la implantación de procesos industriales más verdes

El paladio, un metal brillante y de color blanco plateado raro en la naturaleza, es un material importante para formar catalizadores, substancias capaces de acelerar las reacciones químicas presentes en tres de cada cuatro procesos industriales. La catálisis tiene importancia para la industria, desde el punto de vista económico, porque reduce el consumo de energía; también ambiental, porque genera menos subproductos indeseados. Un equipo investigador de la Universidad de Valladolid (UVa) ha conseguido ahora avances, a través de un trabajo experimental, en uno de estos procesos en los que se emplean catalizadores de paladio con hidrocarburos.

La catálisis está muy presente en el sector productivo. Nueve de cada diez procesos nuevos que se implantan en la industria emplean esta técnica. Es fundamental para obtener procesos más sostenibles, más verdes. Diferentes equipos científicos en todo el mundo trabajan para mejorar el conocimiento en torno a la catálisis. Los complejos en los que está presente el paladio, el elemento número 46, juegan un papel importante en esta búsqueda investigadora. No en vano, estos complejos están presentes en la producción de fármacos, cosméticos o en la industria alimentaria, esto es, de productos de alto valor añadido.

El grupo de investigación Catálisis y Polímeros, del Instituto Universitario Cinquima de la UVa, ha conseguido demostrar cómo se rompe un enlace fundamental en la catálisis de determinados compuestos unidos a paladio. “Desde hace unos quince años, los ligandos cooperativos unidos al paladio se usan en muchas reacciones de acoplamiento de hidrocarburos con éxito, y diferentes autores habían establecido una hipótesis para explicar por qué funcionaban tan bien, pero estaban basadas en cálculos computacionales. Nosotros hemos proporcionado una demostración experimental que aporta una prueba sólida e inequívoca de cómo se rompe el enlace C-H”, explica Ana Carmen Albéniz, catedrática de Química Inorgánica e investigadora principal del estudio, que se ha sido publicado en la revista científica Chemical Science.

Muestra en un matraz

Muestra en un tubo de ensayo

El enlace C-H

En síntesis química, un acoplamiento consiste en una reacción en la que se unen dos fragmentos químicos mediante la formación de un nuevo enlace. El enlace C-C (carbono-carbono) es el más habitual. “Del mismo modo que construimos un puzle con piezas separadas, en síntesis formamos una molécula complicada uniendo entidades más pequeñas entre sí mediante enlaces entre átomos”, ejemplifica Albéniz. En estos acoplamientos actúa el catalizador rompiendo enlaces previos y formando el enlace C-C. En el acoplamiento C-H (carbono-hidrógeno), al menos uno de los dos fragmentos procede de un hidrocarburo. Esto permite obtener el compuesto objetivo de forma más directa y en un menor número de pasos desde las materias primas de la industria química. En este punto, el equipo del IU Cinquima ha introducido un complejo específico de paladio que es capaz de romper enlaces C-H y ha estudiado su mecánica para conocer cómo se produce la reacción. “Hemos observado que estos complejos pueden ser muy selectivos y formar un solo producto eficazmente”, resume la catedrática.

Los resultados en el desarrollo de catalizadores para la transformación de hidrocarburos del equipo científico de la Universidad de Valladolid tienen aplicación en el diseño de rutas de síntesis de fármacos y otros compuestos de interés en el ámbito de la industria de química fina.

Una investigadora del Instituto Universitario Cinquima trabaja en el laboratorio del grupo de investigación Catálisis y Polímeros

Una investigadora del Instituto Universitario Cinquima trabaja en el laboratorio del grupo de investigación Catálisis y Polímeros

Catalizadores e industria

Los catalizadores aceleran las reacciones químicas. En los coches transforman los gases tóxicos de la combustión del motor en otros inocuos. En las fábricas químicas sirven para producir fármacos, polímeros y fertilizantes. Son necesarios para conseguir una actividad más sostenible.

Bibliografía

Fernández Moyano, S., Salamanca, V., & Albéniz, A. C. (2023). Palladium mono-N-protected amino acid complexes: experimental validation of the ligand cooperation model in C-H activation. Chemical Science, 14, 6688-6689. url: https://uvadoc.uva.es/handle/10324/65047 doi: https://doi.org/10.1039/D3SC02076B

Pinilla, C., Salamanca, V., Lledós, A., & Albéniz, A. C. (2022). Palladium-Catalyzed Ortho C–H Arylation of Unprotected Anilines: Chemo- and Regioselectivity Enabled by the Cooperating Ligand [2,2′-Bipyridin]-6(1H)-one. ACS Catalysis, 12(23), 14527-14532. url: https://uvadoc.uva.es/handle/10324/57051 doi: https://doi.org/10.1021/acscatal.2c05206

 

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Las cámaras de todo cielo registran información valiosa sobre los aerosoles atmosféricos

Las cámaras de todo cielo registran información valiosa sobre los aerosoles atmosféricos

La UVa ha determinado propiedades de los aerosoles a través de una metodología que emplea un recurso económico e innovador

La luz que se recibe del sol está condicionada por una serie de partículas que se encuentran en la atmósfera. Estos elementos son los denominados aerosoles atmosféricos y cualquier información sobre ellos es muy valiosa ya que permite abordar cuestiones respecto al cambio climático y que afectan también a la salud. Son los fotómetros solares y de cielo los instrumentos utilizados comúnmente para tomar las mediciones que logran inferir en stas propiedades. Sin embargo, uno de los problemas que tienen estos mecanismos es que no consiguen medir la radiancia del cielo en sus distintas posiciones de manera simultánea, es decir, la secuencia que se crea está marcada por desajustes de tiempo entre dichas mediciones. El otro de sus grandes inconvenientes viene dado por su precio elevado. En este punto, los investigadores del Grupo de Óptica Atmosférica de la Universidad de Valladolid (GOA-UVa) han empleado una cámara de todo cielo con el objetivo de mostrar a la comunidad científica una nueva metodología para obtener con la mayor exactitud datos de las partículas atmosféricas y así demostrar que se trata de un complemento económico, pero a su vez eficaz, para cubrir la falta de información que se produce acerca de los aerosoles.

Los instrumentos de medición de las partículas atomosféricas son calculadas principalmente mediante la radiancia del cielo, es decir, la luz del sol que llega a la superficie de la Tierra en una dirección concreta del cielo y que ha sido previamente dispersada por la atmósfera en esa dirección. Los datos obtenidos se introducen en un código de inversión denominado GRASP que desde hace tiempo ya no solo se encuentra únicamente enfocado al uso de medidas de los fotómetros. Actualmente es más versátil al no centrarse solamente en este instrumento, así como más modular al permitir la elección personalizada de las herramientas e informaciones a tratar o combinar. Es un modelo ciertamente preciso que se ha aplicado en los resultados que han determinado la eficacia de la cámara de todo cielo del estudio, recientemente publicado en la revista científica Atmospheric Measurement Techniques.

Cámara a todo cielo. Fotografía: GOA

¿Cómo es la cámara de todo cielo?

En concreto es el modelo SONA 202-NF el que se encuentra instalado en la plataforma GOA-UVa de Valladolid desde julio de 2018.  “Es una cámara como la del teléfono, de ahí que sea más económica debido a la producción masiva que existe de estos elementos y se compone de una lente ojo de pez que permite ver todo el horizonte. Tiene una cúpula para que no se deteriore y se dedica a recoger fotos a cielo abierto”, expone Román buscando describir este instrumento. Aunque admite que “la referencia es el fotómetro”, la cámara de todo cielo presenta grandes ventajas frente a su semejante. En primer lugar, la cámara no dispone de partes móviles lo cual es útil para su mantenimiento, en especial en estaciones muy remotas o con climatologías adversas como las zonas polares donde los cables se deterioran con mayor facilidad. Por otro lado, dispone de todos los puntos del cielo que permiten así identificar las nubes a la perfección, elementos que generalmente son desechados en este tipo de mediciones. Bien es cierto que actualmente se están realizando otros estudios sobre los aerosoles presentes en las nubes al tener una importante influencia en los procesos de condensanción de estas y, por tanto, impacto sobre el ciclo del agua. De igual forma, cabe destacar también su instantaneidad al realizar las fotografías debido a una de sus características clave: el que se puede ver la totalidad del cielo. Aunque, si hay algo que caracteriza este elemento es que es mucho más económico que los fotómetros. “Puedes poner diez cámaras en vez de un uníco fotómetro y vas a obtener también grandes resultados a un coste mucho más bajo y a nivel regional que al final es una de las necesidades para desarrollar posteriormente la cobertura global”, aclara el investigador.

Los resultados del estudio demuestran que la cámara de todo cielo es una gran alternativa para obtener información sobre los aerosoles. Es de mencionar que no se plantea como un método excluyente, sino complementario a otros instrumentos para lograr un estudio más detallado de los aerosoles. Pese a que el investigador del Grupo de Óptica Atmosférica reconoce que se trata de una herramienta algo más imprecisa que los fotómetros, su utilidad es innegable y permite conocer propiedades de las partículas atmósféricas y de los gases tan solo conociendo la forma que se produce por la distancia entre los puntos, a diferencia de otras objeciones en las que se creía necesario números concretos para introducir en el código de inversión. Su metodología basada en fotografías instáneas y, sobre todo, económica, irrumpe como instrumento con gran potencial en este ámbito de estudio así como en otros aspectos interesantes como es el caso de las nubes o fenómenos nocturnos, un factor que es más limitado en el fotómetro. Se sugiere a los fabricantes de las cámaras de todo cielo que mejoren las lentes para evitar posibles reflejos y aberraciones que pueden condicionar los resultados de las investigaciones de este campo.

Bibliografía

Román, R., Antuña-Sánchez, J. C., Cachorro, V. E., Toledano, C., Torres, B., Mateos, D., Fuertes, D., López, C., González, R., Lapionok, T., Herreras-Giralda, M., Dubovik, O., and de Frutos, Á. M.: ‘Retrieval of aerosol properties using relative radiance measurements from an all-sky camera’, Atmos. Meas. Tech., 15, 407–433, 2022: https://doi.org/10.5194/amt-15-407-2022

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Un espionaje molecular advierte de posibles complicaciones en los catalizadores de oro

Un espionaje molecular advierte de posibles complicaciones en los catalizadores de oro

Un equipo investigador de la UVa profundiza en el uso de este metal precioso para procesos industriales farmacéuticos o de química fina

La Química ha experimentado en el siglo XXI una fiebre del oro. Grupos de investigación de todo el mundo se han lanzado a describir nuevas aplicaciones de este metal precioso a raíz de descubrimientos en las dos últimas décadas sobre su capacidad para catalizar determinadas reacciones químicas, lo que ha contribuido a mejorar procesos industriales en farmacia o química fina. Un equipo del Instituto Universitario CINQUIMA, de la Universidad de Valladolid (UVa), se ha fijado en esta ocasión en las complicaciones que pueden surgir en determinadas catálisis en la que está presente el elemento 79 de la tabla periódica haciendo uso de la resonancia magnética nuclear (RMN), una técnica de espionaje molecular.

Muchas reacciones químicas no se producen porque la barrera energética que habría que superar es excesivamente alta. Sin embargo, en presencia de un catalizador sí pueden tener lugar. Un catalizador es “una sustancia que acelera una reacción química y abre una nueva ruta para la obtención del producto deseado, sin ser consumido en el proceso”, según lo define Camino Bartolomé, miembro del Instituto de Investigación CINQUIMA de la UVa.

Una de las líneas desarrolladas por la unidad de investigación consolidada UIC176 a la que pertenecen los autores del artículo consiste en diseñar y estudiar el comportamiento de nuevos catalizadores de diferentes metales, entre ellos el oro, cuyo denominador común es que poseen un arilo fluorado enlazado al metal. En concreto, en un trabajo publicado recientemente han estudiado cómo se produce la transferencia de un resto orgánico, el arilo fluorado, entre dos átomos de oro utilizando varias herramientas habituales en el desarrollo de las líneas de investigación del CINQUIMA. La RMN, explica Bartolomé, “permite espiar a las moléculas, ver cómo se van transformando”. Como si fueran agentes secretos, los investigadores emplearon los núcleos de fluor de la estructura como sofisticada lupa. Además, la técnica de difracción de rayos X “nos ha permitido fotografiar los productos de esta reorganización”, indica la investigadora. “Hemos combinado todas estas observaciones con cálculos teóricos para poder entender esta reorganización observada sobre el oro”, prosigue.

“Lo más importante de este trabajo ha sido que hemos corroborado que la reorganización de arilos depende de la elección del disolvente y de otros detalles que en ocasiones no se dan importancia en muchas reacciones químicas catalizadas por metales de transición”, precisa la profesora titular de Química Inorgánica. El trabajo, por lo tanto, constituye una advertencia sobre posibles complicaciones en procesos donde interviene un catalizador metálico y más concretamente de oro. Los resultados de este estudio científico se han publicado en la revista científica Chemical Communications.

Las investigadoras del IU CINQUIMA Camino Bartolomé (izquierda) y Sara Fernández

El oro y otros metales

Aunque es considerado un valor refugio en economía, el empleo del oro como catalizador es para el sector productivo más asequible que el rodio o el paladio, y presenta ventajas respecto al cobre, una materia prima más disponible en la naturaleza y, por lo tanto, más barata. “Cuando a principios del siglo XXI se comienzan a publicar trabajos que demuestran la extraordinaria actividad del oro en procesos de formación de enlaces carbono-carbono, este metal se sitúa en un lugar fundamental en catálisis homogénea y síntesis orgánica”, subraya Bartolomé. “El oro es capaz de activar triples enlaces carbono-carbono selectivamente frente a otros metales, lo que hace que en algunas de estas transformaciones catalizadas sea el candidato perfecto”.

La unidad de investigación consolidada no solo trabaja con el oro en el diseño y preparación de nuevos catalizadores, sino también con otros metales como el paladio, el rodio, el iridio, el níquel y el cobre, todos de interés para la industria farmacéutica. Esta línea de investigación, codirigida por Pablo Espinet y Camino Bartolomé, forma parte del trabajo de fin de máster de Sara Fernández Moyano, y en él ha colaborado muy activamente Marconi Peñas (que actualmente disfruta de un contrato postdoctoral financiado por el Irish Research Council con un grupo puntero en Química Computacional) todos en ese momento miembros del CINQUIMA.

Una disciplina mixta

El trabajo de investigación se sitúa dentro la Química Organometálica, una disciplina que actúa de nexo entre dos grandes ramas de la Química, la Orgánica y la Inorgánica. Fue el químico sueco Jöns Jacob Berzelius quien a principios del siglo XIX diferencia entre los de los compuestos los que contienen carbono, los orgánicos, y los que no, los inorgánicos. Ahora, las fronteras están más difusas. En la Química Organometálica se produce al menos un enlace entre un metal, más propio de la Química Inorgánica, y el carbono, base de la Química Orgánica.

Bibliografía

Sara Fernández-Moyano,Marconi N. Peñas-Defrutos,Camino Bartolomé y Pablo Espinet, ‘Striking ligand-disproportionative Cl/arylscrambling in a simple Au(III) system. Solvent role,driving forces and mechanisms’, Chem.Commun., 2021, 57, 125. DOI: 10.1039/D0CC06450E

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Obtenidos patrones de fallo de los sistemas fotovoltaicos mediante cuatro técnicas diferentes

Obtenidos patrones de fallo de los sistemas fotovoltaicos mediante cuatro técnicas diferentes

La UVa ha estudiado las técnicas de termografía, electroluminiscencia, curvas I-V y análisis visuales, utilizadas para detectar defectos industriales

La profesora de la Escuela de Ingeniería de la Industria Forestal, Agronómica y de la Energía (EIFAB) en el Campus de la UVa en Soria Sara Gallardo Saavedra ha analizado los defectos de los sistemas fotovoltaicos en su tesis doctoral, recientemente defendida. La nueva doctora ha investigado durante cuatro años diferentes técnicas de detección de fallos en sistemas fotovoltaicos (termografía, electroluminiscencia, curvas I-V y análisis visuales), centrándose, por último, en una de las más novedosas, la termografía con drones, que se está implantando en estos últimos años.

El interés de esta investigación es doble, ya que por un lado, se centra en uno de los sistemas de energías renovables que está liderando el mercado, la energía solar fotovoltaica, cuya tecnología ha madurado en los últimos años, lo que ha reducido mucho el coste de los paneles solares. Un panel estándar de dos metros cuadrados produce hoy el doble de energía que hace unos pocos años. Y por otro lado, la investigación ofrece una ayuda para la detección, caracterización y clasificación de defectos y para su implantación en las empresas que utilizan estos sistemas. Además, en la tesis, se propone la creación de un programa informático para detectar de forma automática estos defectos, partiendo de los patrones de fallo y parámetros estadísticos que ha detectado en su investigación.

Gracias a una beca predoctoral concedida por la Universidad de Valladolid, desde hace dos años pudo dedicarse a tiempo completo a culminar este trabajo de investigación, en paralelo a su trabajo como profesora de Energías Renovables en el Campus de Soria.

A la derecha, Sara Gallardo Saavedra, junto a uno de los directores de la tesis, Luis Hernández Callejo

Tres objetivos

En su investigación, la doctoranda examinó en primer lugar el estado de desarrollo de las plantas fotovoltaicas, en concreto su diseño, operación y mantenimiento, y analizó cómo y en qué fallan, es decir, los defectos que ocasionan una pérdida de eficiencia energética y, por tanto, de la producción. Se han analizado los sistemas fotovoltaicos y todos sus componentes detectando y cuantificando la importancia de los fallos (paneles, estructuras, obra civil, instalación eléctrica…). Este estudio se desarrolló examinando más de 100.000 alarmas generadas durante los últimos cinco años en 63 plantas fotovoltaicas distribuidas por España e Italia.

En la segunda parte de la tesis investigó en el campo de la detección, caracterización y clasificación de defectos en los módulos fotovoltaicos, centrándose en el análisis de los fallos en los paneles fotovoltaicos, los cuales convierten la energía solar en energía eléctrica.

Para ello utilizó las técnicas disponibles actualmente para inspeccionar dichos paneles (electroluminiscencia, termografía, curvas I-V y análisis visual), haciendo una comparativa y una caracterización de las mismas. ´”Por ejemplo, con la técnica de termografía puedes ver que existe un punto más caliente que otro en el panel, lo que indica que tiene algún defecto”, explica Sara Gallardo. “En el Campus de Soria hemos desarrollado todas las pruebas experimentales, inspeccionando los paneles disponibles con defectos a través de las técnicas mencionadas. Con los resultados obtenidos hemos extraído un catálogo de fallos de electroluminiscencia y otro catálogo con fallos de termografía. En la tesis propongo como línea de investigación futura la creación de un programa de detección automática de defectos partiendo de los patrones de fallo detectados en esta investigación e incluidos en esos dos catálogos, lo cual puede ser muy interesante para las plantas fotovoltaicas del futuro”. Esto evitaría los altos costes de detección y clasificación de defectos actuales, promoviendo el uso de energías limpias.

La tercera y última de la tesis, se centra en la termografía con drones, es decir, en la termografía aérea como técnica de inspección novedosa, y que se está empezando a utilizar en estos últimos años. “De hecho, cuando empecé la tesis hace ahora cuatro años casi no se conocía”, explica la nueva doctora de la UVa. “Toda la vida se había hecho la termografía manual para detectar la temperatura de los paneles- añade- una tarea muy costosa y laboriosa”. “Lo que hemos hecho ahora –continúa- es un análisis de este tipo de inspección pero adaptada a la fotovoltaica (resolución, lentes, fabricantes, etc), porque las técnicas de fotogrametría con drones destinadas a otros campos, como a la agricultura, ya se utilizan desde hace tiempo”. “He estudiado además la resolución de las imágenes en función de la altura del vuelo y otros parámetros importantes a tener en consideración a la hora de realizar inspecciones termográficas con drones”, concluye.

Las principales contribuciones en relación al análisis de la termografía aérea como técnica de inspección novedosa aplicada a la detección de defectos en plantas fotovoltaicas, son tres: se ha revisado el equipamiento disponible, enfocándose en las características deseables para su aplicación en inspecciones termográficas aéreas de plantas fotovoltaicas; se ha analizado la termografía aérea de bajo coste y se han revisado los aspectos más importantes que deben tenerse en cuenta en las pruebas para obtener resultados válidos, estudiando en detalle la influencia de la resolución de las imágenes termográficas.

Colaboraciones

Sara Gallardo Saavedra ha desarrollado la tesis Detección,
clasificación y caracterización de defectos en módulos fotovoltaicos
mediante la utilización de termografía, electroluminiscencia, curvas I-V
y análisis visuale
s, dirigida por los doctores Luis Hernández
Callejo, del Campus Duques de Soria, en el marco del Grupo de
Investigación de Termografía, Electroluminiscencia y detección de fallos
con la utilización de drones para la toma de datos, y por Óscar Duque
Pérez, profesor titular en la Escuela de Ingeniería Industrial de la
Universidad de Valladolid.

La tesis doctoral se ha desarrollado principalmente en el
Departamento de Ingeniería Agrícola y Forestal de la Escuela de
Ingeniería de la Industria Forestal, Agronómica y de la Bioenergía
(EIFAB). Sin embargo, se han buscado colaboraciones con otros centros o
grupos de investigación como el Departamento de Ingeniería de
Construcción, Energía y Medio Ambiente de la Facultad de Ingeniería y
Desarrollo Sostenible de la Universidad de Gävle, en Suecia; la Escuela
de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad del Valle en
Colombia; el Departamento de Física de la Materia Condensada de la UVa
en Valladolid; el Instituto Politécnico Nacional de México; el
Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería de la
Universidad de Cuenca, en Ecuador; así como se ha realizado una estancia
de cuatro meses en la Unidad de Energía Solar Fotovoltaica en el
departamento de Energía del Centro de Investigación de Energía, Medio
Ambiente y Tecnología (CIEMAT) en Madrid.

Por último, y aunque se haya estado en contacto con numerosas
empresas del sector a lo largo del periodo doctoral, quiere resaltar la
colaboración con Solarig, empresa desarrolladora, constructora y
operadora de plantas fotovoltaicas con la cual se ha estado en contacto
desde la definición de la tesis, buscando resolver las necesidades
reales en la actualidad y generar un trabajo ventajoso y útil para el
sector fotovoltaico.

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Caracterizado un sistema de nieblas en capas de Saturno

Caracterizado un sistema de nieblas en capas de Saturno

La UVa participa en una investigación de la Universidad del País Vasco que utiliza imágenes de alta resolución de la nave espacial Cassini

En la extensa atmósfera de hidrógeno del planeta Saturno, un mundo frío, lejano y gigante con unas diez veces el tamaño de la Tierra, se desarrolla una rica variedad de fenómenos meteorológicos que nos sirven para comprender mejor los que de forma semejante operan en la atmósfera terrestre. Entre ellos destaca por su singularidad el conocido hexágono, una sorprendente estructura ondulante que rodea a la región polar norte del planeta, y cuya forma parecería haber sido trazada por un geómetra.

Descubierta en 1980 por las naves espaciales Voyager 1 y 2 de la NASA, ha sido observada ininterrumpidamente desde entonces, a pesar del intenso y largo ciclo de estaciones del planeta. Por el interior de esta gigantesca onda planetaria fluye una estrecha y rápida corriente en chorro en donde los vientos alcanzan velocidades máximas de unos 400 km/hora. Mientras, curiosamente, la onda en sí misma permanece casi estática; es decir, apenas se desplaza con respecto a la rotación del planeta. Todas estas propiedades hacen que el hexágono sea un fenómeno altamente atractivo para los meteorólogos e investigadores de las atmósferas de los planetas.

La nave Cassini, que estuvo en órbita del planeta entre los años 2004 y 2017, tomó una inmensa cantidad de imágenes desde muy variadas distancias al planeta y ángulos de visión. En junio del año 2015, su cámara principal obtuvo imágenes del planeta a muy alta resolución, capaces de resolver detalles de uno o dos kilómetros, que capturaban las nieblas situadas sobre las nubes que trazan la onda hexagonal. Además, utilizó muchos filtros de color, desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano, permitiendo así estudiar la composición de estas nieblas. Como apoyo para este estudio se usaron también imágenes del Telescopio Espacial Hubble tomadas 15 días más tarde y que muestran al hexágono visto desde arriba. Las imágenes de Cassini nos han permitido descubrir que en la región del hexágono encontramos un sistema de al menos siete nieblas superpuestas, de la misma forma que una tarta de varias capas, al menos, que se extienden desde la parte superior de las nubes hasta más de 300 km de altura sobre ellas”, ha declarado a la UVa el doctor Sanz Requena, que colabora en el estudio.
Cada capa de niebla tiene entre 7 y 18 kilómetros de espesor en vertical y de acuerdo con el análisis espectral contienen partículas muy pequeñas con radios del orden de 1 micra. Su composición química es exótica para nuestros estándares terrestres, ya que, debido a las bajas temperaturas en la atmósfera de Saturno, entre 120 grados y 180 grados bajo cero, pudieran estar compuestas por cristalitos de hielo de hidrocarburos como el acetileno, propino, propano, diacetileno, o incluso butano en el caso de las nieblas más altas.

Otro de los aspectos que el equipo ha estudiado es la regularidad en la distribución vertical de las nieblas. La hipótesis que proponen es que las nieblas están organizadas por la propagación vertical de ondas de gravedad que generan oscilaciones en la densidad y temperatura de la atmósfera, fenómeno bien conocido en la Tierra y otros planetas. Los investigadores plantean que es la propia dinámica del hexágono y su intensa corriente en chorro la que puede estar detrás de la formación de estas ondas de gravedad. En la Tierra también se han observado este tipo de ondas generadas por la corriente en chorro ondulante que con velocidades de 100 kilómetros por hora se dirige de Oeste a Este en las latitudes medias. El fenómeno pudiera ser semejante en ambos planetas, si bien las peculiaridades de Saturno hacen que este sea un caso único en el sistema solar. Este es un aspecto que queda pendiente para futuras investigaciones.

El trabajo realizado en este artículo por el investigador Sanz Requena, quien desarrolla su actividad dentro del GIR (grupo de investigación reconocido) Física Matemática que lidera el profesor Luis Miguel Nieto, está relacionado con el transporte radiativo. La investigación en este ámbito es fundamental para conocer la estructura vertical de la atmósfera, así como las características de los aerosoles. Esto, entre otras cosas, permite conocer a qué altura se localizan este tipo de fenómenos, lo que ayuda después al estudio dinámico. Las investigaciones continúan y en breve seguramente habrá más resultados interesantes.

La prestigiosa revista científica Nature Communications publica un artículo sobre la investigación que desarrollan científicos de la UPV-EHU y en la que colabora el investigador de la Universidad de Valladolid José Francisco Sanz Requena acerca del planeta Saturno.

Hexágono en el polo norte de Saturno

Bibliografía

Sánchez-Lavega, A. García-Muñoz, T. del Río-Gaztelurrutia, S. Pérez-Hoyos, J. F. Sanz-Requena, R. Hueso, S. Guerlet, and J. Peralta. “Multilayer hazes over Saturn’s hexagon from Cassini ISS limb images”.Nature Communications, May 8, 2020. https://doi.org/10.1038/s41467-020-16110-1.

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La ponderación más precisa de la difusión del agua en el cuerpo mejora la resonancia magnética

La ponderación más precisa de la difusión del agua en el cuerpo mejora la resonancia magnética

Las universidades de Valladolid (UVa) y Wisconsin-Madison mejoran las imágenes obtenidas en las resonancias magnéticas de difusión

Las resonancias magnéticas son una modalidad de imagen que permite analizar la composición y estructura del cuerpo. Sin embargo, sus resultados no siempre gozan de la calidad deseada. El movimiento natural de los órganos, producido por la palpitación del corazón o por la propia respiración, por ejemplo, y el tiempo de adquisición de las propias imágenes provocan ruido e interferencias. Un equipo internacional compuesto por ingenieros de Telecomunicaciones de la Universidad de Valladolid e ingenieros y médicos de la de Wisconsin-Madison (Estados Unidos) ha encontrado una manera para obtener imágenes mejor calidad y nitidez, y así facilitar  la caracterización y el diagnóstico de ciertas enfermedades.

Para ello, se han centrado en las resonancias magnéticas de difusión, que es una modalidad de imagen de resonancia magnética que mide la forma en la que se propaga el agua en el organismo. El cuerpo humano está compuesto en su mayor parte por este fluido. El equipo investigador ha creado un algoritmo para mejorar la medida de la difusión del líquido por órganos y tejidos. Esta labor es de gran complejidad, dado que las medidas son muy variables y poco reproducibles debido tanto a efectos fisiológicos como físicos.

La fluidez del agua en el organismo influye en la calidad de las resonancias magnéticas. Una mayor difusión implica menor señal e intensidad de la imagen, y  por lo tanto, unos resultados en la resonancia magnética de peor calidad. El objetivo del grupo de estudio del Laboratorio de Procesado de Imagen del que forma parte Óscar Peña-Nogales es conseguir unas resonancias con altas ponderaciones en difusión, necesarias para el adecuado diagnóstico de ciertas enfermedades, pero, asu vez, adquirir las imágenes en el menor tiempo de adquisición posible para obtener imágenes de mayor calidad.

Hígado y resonancias

El corazón y el hígado son de los dos órganos con más movimiento en el cuerpo humano. El corazón, debido al pálpito; y el hígado, a la respiración y, como consecuencia de su cercanía al corazón, también del pálpito. Para desarrollar esta investigación, el equipo multidisciplinar se centró en el hígado debido a la experiencia de sus colegas estadounidenses en el tema. La colaboración entre ambos equipos -UVa y Wisconsin- ha sido imprescindible ya que “ellos cuentan con mayor disponibilidad de recursos”, afirma Peña-Nogales. Por este motivo, mientras en Valladolid se realizó el desarrollo teórico y simulaciones, en Madison se analizaron voluntarios sanos y pacientes con lesiones hepáticas.

Uno de los obstáculos que afrontó la investigación ha sido precisamente el análisis de la difusión del agua en los órganos. Cuando se toman las resonancias, los aparatos no solo recogen el agua del tejido del órgano a estudiar, sino también el de la sangre de las venas que lo componen. Esta información no deseada puede confundir a la hora de realizar valoraciones médicas.

Mejor señal adquirida

Hasta ahora, existían técnicas para reducir el movimiento natural de los órganos a la hora de realizar una resonancia, pero prolongaban mucho el tiempo de adquisición de la imagen y por lo tanto se obtenía una menor señal, lo que hace que las imágenes tengan menor intensidad y calidad. Esta investigación, publicada recientemente en la revista científica Magnetic Resonance in Medicine, es novedosa no solo por buscar la reducción de movimiento sino también por reducir ese tiempo de adquisición.

De forma añadida, también acaba otros efectos físicos presentes en el proceso de adquisición, como son los campos magnéticos no deseable que distorsionan la imagen obtenida. Con pequeñas modificaciones en el algoritmo propuesto acaban con este y otros problemas físicos. Ahora, el objetivo principal es “seguir comprobando con casos clínicos que la técnica funciona, y seguir expandiendo la metodología para minimizar otras distorsiones que aparecen en las imágenes”, concluye Peña-Nogales.

Bibliografía

Peña‐Nogales, Ó, Zhang, Y, Wang, X, de Luis‐Garcia, R, Aja‐Fernández, S, Holmes, JH, Hernando, D. Optimized Diffusion‐Weighting Gradient Waveform Design (ODGD) formulation for motion compensation and concomitant gradient nulling. Magn Reson Med. 2019; 81: 989– 1003. https://doi.org/10.1002/mrm.27462

Zhang, Y, Peña‐Nogales, Ó, Holmes, JH, Hernando, D. Motion‐robust and blood‐suppressed M1‐optimized diffusion MR imaging of the liver. Magn Reson Med. 2019; 82: 302– 311. https://doi.org/10.1002/mrm.27735

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La teoría de grafos redefine la esquizofrenia

La teoría de grafos redefine la esquizofrenia

Un equipo de la UVa y el Hospital Clínico emplea las matemáticas para subcategorizar el trastorno mental y mejorar su diagnóstico

La esquizofrenia es un trastorno mental caracterizado por una pérdida de contacto con la realidad y otras alteraciones cognitivas. En su diagnóstico se emplean exclusivamente grupos de criterios clínicos, lo que resulta en un amarcada heterogeniedad de los pacientes así diagnosticados. Un grupo de investigación conjunto de la Universidad de Valladolid (UVa) y el Hospital Clínico Universitario de Valladolid pretende contribuir a entender mejor este trastorno mental a partir del establecimiento de subcategorías dentro de él. Para ello, emplea la teoría de grafos, procedente de las matemáticas aplicadas, al estudio de parámetros cerebrales. Estas subcategorías, de encontrarse, supondrían un gran avance en el diagnóstico y búsqueda de tratamiento más personalizado para los pacientes. Con esta técnica, acaban de observar que las alteraciones de las conexiones entre distintas regiones cerebrales en los individuos con el trastorno está vinculado al progreso de la enfermedad y no al tratamiento antipsicótico recibido.

“La propia defición de la esquizofrenia puede estar dificultado identificar sus sustratos cerebrales”, lamenta Vicente Molina, investigador principal del equipo. La esquizofrenia y otras trastornos psiquiátricos graves como el bipolar se definen “por acuerdos entre expertos en función de las características comunes de los pacientes”. Equivaldría a que a partir de la fiebre y la dificultad de la respiración encajonáramos los cuadros que causan estos síntomas en una misma enfermedad, cuando en realidad pueden corresponder a una neumonía, a una gripe o a una enfermedad cardiaca”. El equipo investigador parte de alteraciones biológicas comunes a pacientes con esquizofrenia para identificar entre ellos a grupos. Unos 21 millones de personas padecen esquizofrenia en todo el planeta, según cálculos de la Organización Mundial de la Salud.

En trabajos previos, el equipo, que forma parte del Instituto de Neurociencias de Castilla y León, ha estudiado la estructura del cerebro en personas con esquizofrenia. Así se pudo proponer la existencia de dos grupos de pacientes, uno minoritario (en torno al 20%) que presentaba conexiones anatómicas alteradas en el cerebro. La materia blanca está compuesta de fibras nerviosas cubiertas de mielina capaces de transmitir impulsos nerviosos, que conectan las regiones cerebrales entre sí. En el segundo grupo, mayoritario (en torno al 80%), los pacientes podrían presentar en cambio una deficiencia la hora de sincronizar la actividad de las neuronas en diferentes regiones, por mecanismos independientes de una alteración física de esas conexiones de materia blanca.

Imágees de resonancia y teoría de grafos cedidas por el equipo investigador (en el centro)

Resonancias magnéticas y matemáticas

En el último trabajo, publicado en la revista científica Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry, a partir de imágenes de resonancia magnética tomadas en la Facultad de Medicina de la Universidad de Valladolid, se estudió la integridad de las conexiones de materia blanca en pacientes con esquizofrenia, trastorno bipolar y un grupo de control. Esas conexiones consisten en haces de axones recubiertos de una proteína especia llamada mielina. Si este recubrimiento presenta alteraciones, la transmisión nerviosa se vuelve menos eficiente.

El grupo creó un mapa del cerebro dividido en 84 regiones, que se tomaron como los nodos de un grafo. La teoría de grafos estudia las relaciones de diferentes puntos (llamados nodos) y cómo se relacionan entre ellos. En el plano de un metro, por ejemplo, los nodos serían las estaciones, que se pueden interconectar por una o varias líneas férreas. En el estudio, las líneas suponían las conexiones que emplea la materia blanca entre las diferentes regiones del sistema nervioso.

“Observamos tanto la densidad de esta red de conexiones, la longitud de la red (como un impulso llegaba de una a otra región cruzando el menor número de nodos intermedios) y los grados de separación de un punto a otro”, explica Molina, Catedrático de Psiquiatría en la Facultad de Medicina y jefe de la unidad de hospitalización de adultos en el Hospital Clínico Universitario de Valladolid. En el trabajo, además de psiquiatras y neuropsiquiatras de ambas instituciones, participó personal del Laboratorio de Procesado de Imagen y del Grupo de Ingeniería Biomédica, ambos de la UVa.

Con esta modelización, se trató de saber si había características específicas en esos fallos de sincronización de este grupo de personas con esquizofrenia que los diferenciara de otros pacientes con trastornos mentales. Por ello, en el estudio se incluyó una muestra de personas con trastorno bioplar. Este colectivo presentaba deterioros similares al de esquizofrenia: cuanto mayores eran las alteraciones, peor rendimiento presentaban en pruebas cognitivas destinadas a valorar funciones como la memoria, la velocidad de ejecución o la resolución de problemas..

En el estudio también se observó que a mayor tiempo desde el diagnóstico de la esquizofrenia, disminuía la densidad y se ampliaba el grado de separación entre los nodos del mapa cerebral, lo que puede suponer una menor eficiencia en las comunicaciones.

Por último, se evaluó la influencia del tratamiento antipsicótico y de las dosis administradas a estas personas para tratar su problema. En base a lo encontrado, el deterioro progresivo en esas conexiones nerviosas parecía deberse más al progreso de la enfermedad que a los fármacos administrados, concluye el estudio.

Bibliografía

Benjamín Cea Cañas, Rodrigo de Luis, Alba Loureiro, Javier Gómez Pilar, Eva Sotelo, Pilar del Valle, Marta Gómez García, Adrián Alonso Sánchez, Vicente Molina. ‘Structural connectivity in schizophrenia and bipolar disorder: Effects of chronicity and antipsychotic treatment’. Progress in Neuropsychopharmacology & Biological Psiquiatry’ 92 (2019). 369-377. https://doi.org/10.1016/j.pnpbp.2019.02.006

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Grandes incendios en Canadá afectan la atmósfera de Castilla y León

Grandes incendios en Canadá afectan la atmósfera de Castilla y León

Un suceso de 2013, registrado por un equipo investigador de la UVa, ayuda a conocer mejor el origen de aerosoles atmosféricos mediante técnicas ópticas

En el verano de 2013 acaeció en la atmósfera de Castilla y León un evento “extraordinario”. Entonces, se dispersaron en los cielos de la meseta Norte emisiones de partículas de la industria europea y otras procedentes de un incendio forestal en Arribes del Duero y de otros grandes fuegos, pero de bosques muy lejanos en Canadá. Cada una de las tres fuentes aportaba al aire distintos compuestos de material particulado que fueron registrados por aparatos ópticos de la Universidad de Valladolid (UVa). Ha sido la primera vez que en esta parte de España se detectó un incendio de esta “enorme magnitud” de origen tan lejano, mediante este tipo de instrumental científico. La información ordenada que se ha extraído puede contribuir ahora a tomar medidas más efectivas frente a la contaminación de fondo.

La coincidencia fue “sorprendente” e “inusual”, según lo califican investigadores del Grupo de Óptica Atmosférica (GOA) en un artículo publicado en la revista científica Atmospheric Environment.  Los aerosoles atmosféricos son objeto de estudio en recientes décadas debido a su papel en la modificación del clima o en la calidad del aire. Se trata de partículas sólidas aproximadamente del tamaño de una millonésima parte de un metro. Forman parte de los componentes naturales de la atmósfera, pero en ocasiones proceden de emisiones antropogénicas. Desde la Revolución Industrial, se han incrementado progresivamente los aerosoles asociados a la actividad humana.

Tres estaciones en Castilla y León

Para registrar estos aerosoles, el equipo investigador empleó medidas ópticas. El GOA participa junto a otras universidades y centros de investigación en una red para el estudio de aerosoles denominada AERONET. A través de dos estaciones radiométricas propias en Valladolid y Palencia y otra gestionada por la Junta de Castilla y León en Peñausende (Zamora), el grupo midió la presencia de estas partículas en la atmósfera aquellos días del verano de 2013. Se midió la radiación solar, ya que estas partículas sólidas y gases (como el vapor de agua o el ozono) que componen la atmósfera modifican con su presencia la llegada de la luz a la superficie terrestre. La atenuación producida sobre la radiación solar proporciona información sobre la presencia de partículas atmosféricas y sus principales características.

Con este estudio, se pudo describir el aporte de un gran incendio originado en Canadá, a tres mil metros de altitud en la atmósfera. Desde la provincia canadiense de Terranova y Labrador, una especie de columna con las emisiones de un gran incendio forestal cruzó el Atlántico y alcanzó la península Ibérica. Aunque no es la primera vez que se registra con elementos ópticos este tipo de episodios en el mundo, este fue “espectacular” por sus altísimos valores en el registro de datos. Aquellos días, según se observó a través de instrumentos ópticos, fueron algo más oscuros. Entre el 2 y el 5% menos de las habitualmente despejadas jornadas del verano en Castilla y León. “No fue observable por el ojo humano ni afectó a la salud pública”, especifica Victoria Cachorro, corresponsable del equipo científico.

Atmósfera

Confluencias

En la península Ibérica pueden confluir emisiones de aerosoles naturales como el polvo desértico del Sáhara, incendios forestales en la cuenca mediterránea o incluso América y de la polución de la industria europea. “No obstante, no es fácil discernir el origen de las fuentes si los eventos suceden a la vez”, advierte Cachorro, catedrática de Física Aplicada en el Departamento de Didáctica de Ciencias Experimentales en la Facultad de Educación y Trabajo Social de la UVa.

El equipo científico tiene una gran experiencia en la caracterización de aerosoles en lugares como en la isla ártica noruega de Svalbard, Cuba y una base científica argentina en la Antártida. El grupo realiza tareas de calibración óptica de estas estaciones radiométricas en la ciudad de Valladolid, siendo una referencia mundial a este respecto.

Bibliografía

M. A. Burgos, D. Mateos, V.E. Cachorro, C. Toledano, A.M. de Frutos, A. Calle, A. Herguedas, J.L. Marcos. “An analysis of high fine aerosol loading episodes in north-central Spain in the summer 2013 – Impact of Canadian biomass burning episode and local emissions”. Atmospheric Environment 184 (2018) 191-202

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La salud de los gorriones advierte de la presencia de plomo en las ciudades

La salud de los gorriones advierte de la presencia de plomo en las ciudades

Un trabajo internacional de las universidades Nacional de San Luis (Argentina) y de Valladolid emplea el pardal como bioindicador para el cálculo de la cantidad de este elemento tóxico en ambientes urbano

Los gorriones son vecinos habituales en las ciudades de gran parte del planeta. Esta pequeña y simpática ave se ha adaptado a las condiciones de jardines, parques y otras zonas arboladas urbanas. Y como los humanos, padece problemas de salud asociados a la contaminación. Las universidades Nacional de San Luis (Argentina) y de Valladolid, UVa, han estudiado los efectos de uno de los elementos tóxicos más vigilados, el plomo, en la sangre de los pardales. El trabajo científico permite establecer una correlación relevante: a más cantidad de este metal pesado en la sangre del pájaro, su actividad sanguínea se resiente. En situaciones más extremas, se produce un envenenamiento y, con ello, la muerte. Por ello, concluye el equipo internacional, los gorriones pueden ayudar a estimar la polución de plomo en entornos habitados, actuando como bioindicadores, lo que podrá ayudar a establecer medidas de salud pública.

El plomo ha llegado a los sedimentos de los ríos o al suelo debido fundamentalmente a su antigua presencia como aditivo en la gasolina. Un compuesto denominado tetraetilo de plomo se empleaba para incrementar el octanaje de este carburante, esto es, por cuestiones de seguridad, para incrementar su capacidad antidetonante. Con el paso del tiempo, se observó sin embargo que el plomo también dañaba los catalizadores y, además, era expulsado a la atmósfera por el tubo de escape, por lo que fue retirado de las gasolineras.

Aunque no de la circulación. El plomo continúa en las ciudades y en las proximidades de las carreteras interurbanas. “No es un material biodegradable, por lo que su presencia es casi eterna”, lamenta Rafael Pardo, director del Departamento de Química Analítica y firmante del estudio. El trabajo ha sido presentado recientemente en la revista científica Ecotoxicology and Environmental Safety.

Rafael Pardo, director del Departamento de Química Analítica, en un laboratorio de la Facultad de Ciencias

Rafael Pardo, director del Departamento de Química Analítica, en un laboratorio de la Facultad de Ciencias

La sangre del gorrión


El equipo investigador trampeó las proximidades del campus de la Universidad Nacional de San Luis para capturar gorriones comunes (Passer domesticus). En ellos, se analizó la exposición de diferentes dosis de plomo y el tiempo de exposición de este elemento tóxico. Posteriormente, se evaluó con métodos analíticos la concentración de plomo en sangre, el hematocrito (el porcentaje de glóbulos rojos en la sangre), de hemoglobina (la proteína encargada del transporte del oxígeno) y de ALAD, una enzima involucrada en la asimilación de metales en el organismo. Tras el estudio, los pardales retornaron a las calles de esta ciudad en el centro del país sudamericano con unos 160.000 habitantes.

El nivel de plomo y la actividad de la enzima evidenciaban una correlación inversa. Esto es, a mayor cantidad del metal pesado en la sangre, el organismo le costaba más procesarla. El problema de estos contaminantes es que actúan por  acumulación. La enzima ALAD contribuye a la producción de una molécula vital para todos los órganos. Esta molécula ayuda a asimilar otro metal, el hierro, con importantes funciones en el cuerpo. “Sin embargo, tiene grandes dificultades para procesar metales que le son ajenos, como el plomo. Al final, la sobreexposición al plomo deriva en problemas de salud como el saturnismo o la porfiria”, explica Pardo. En otras palabras, al interferir en el metabolismo de la sangre, el plomo termina por emponzoñarla, envenenando a su portador, ya sea un ave o un ser humano.

Colaboración internacional y control de tóxicos
El Departamento de Química Analítica de la UVa dispone de una colaboración estable con el Departamento de Bioquímica y Ciencias Biológicas de San Luis. Desde su universidad, bastante alumnado ha cruzado el Atlántico para formarse en el campus español en sus másteres. El principal aporte de la UVa al trabajo ha sido el análisis de las muestras de sangre a través del Laboratorio de Técnicas Instrumentales, un servicio central para toda su comunidad universitaria.

La Universidad de Valladolid ha trabajado mucho tiempo en la medición e interpretación de metales pesados en el medio ambiente. El plomo es uno de los más importantes. La legislación comunitaria, a partir de una directiva, establece el control obligatorio de elementos tóxicos: mercurio, cadmio, plomo, níquel y arsénico. El seguimiento debe hacerse tanto en el medio ambiente como en la alimentación.

 

El retroceso de los pardales

En 2017, una investigación difundida en la revista Frontiers in Ecology alertaba sobre la progresiva desaparición de los gorriones de las grandes ciudades por los efectos de la contaminación. Los autores analizaron la sangre de estos pájaros en diversas ciudades de España y describieron que factores ambientales producían un estrés oxidativo y, a la larga, la reducción de la esperanza de vida de estas aves. La situación podría ser equiparable para las personas que viven en ambientes urbanos.

Rafael Pardo comparte con este equipo científico de la Universidad Complutense de Madrid la preocupación por los efectos en la salud de los elementos tóxicos. Además, advierte que de “el plomo no es el único responsable de la disminución de gorriones en las ciudades, ya que hay otros factores que se deberían estudiar en profundidad”.

Bibliografía

Fabricio D. Cid, Noelia C. Fernández, María V. Pérez-Chaca, Rafael Pardo, Enrique Caviedes-Vidal, Juan G. Chediack. House sparrow biomarkers as lead pollution bioindicators. Evaluation of dose and exposition length on hematological and oxidative stress parameters. ‘Ecotoxicology and Environmental Safety. 154 (2018) 154-161. DOI: https:doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.02.040

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Química y electricidad para mejorar la depuración de metales pesados en el agua

Química y electricidad para mejorar la depuración de metales pesados en el agua

La Universidad de Valladolid depura una técnica electroscópica para el análisis de los filtros en el tratamiento de residuos en la industria

Los metales pesados constituyen uno de los grupos de contaminantes ambientales de mayor preocupación. La presencia de plomo, cadmio o cromo en el agua produce grandes daños ambientales, y a través de la cadena trófica acaban siendo asimilados por el ser humano. Por ello, actividades industriales como la de producción de energía, la minería o de combustibles fósiles tratan de minimizar el impacto ambiental con sistemas de depuración de sus aguas residuales. Un sistema para la eliminación de residuos es el filtrado con membranas. Un equipo de investigación de la Universidad de Valladolid ha logrado implementar una tecnología para conocer la carga eléctrica de estas membranas, que, en último término, permitirá mejorar su capacidad de retener contaminantes en un futuro.

La tecnología se denomina espectroscopia de impedancia. Se basa en conceptos de química y electricidad. La impedancia es un término técnico que hace referencia a la dificultad de que la corriente eléctrica transite por un conductor, una forma de resistencia. Sucede, por ejemplo, en cualquier aislante que protege un cable común de cualquier aparato que funcione por la electricidad.

Un tipo de membrana empleada en el sistema de depuración de aguas residuales de origen industrial tiene una carga eléctrica. Por este sistema, se atraen los iones disueltos en el agua de metales pesados, impidiendo su paso a los cauces naturales. “Las membranas cargadas son más eficientes que otras técnicas de limpieza y la electroscopia ayuda a conocer el grado de éxito de este filtro”,  relata el catedrático Pedro Prádanos, del Grupo de Superficies y Materiales Porosos (SMAP), unidad de la Universidad de Valladolid asociada al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) a través del Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros de Madrid.

En un trabajo de investigación recientemente publicado en la revista científica Chemical Engineering Science, la UVa, junto a las universidades de Extremadura y Nacional de San Luis (Argentina), ha determinado la carga eléctrica neta de membranas con capacidad de filtrado a escala micrométrica. Para ello, han empleado un microscopio de fuerza atómica, un dispositivo muy sofisticado capaz de detectar fuerzas del órden de nanonewtons y de representar en una pantalla los átomos de carbono de una lámina de grafito, por ejemplo. Con este instrumental, por primera vez se ha podido medir la capacidad de retención de iones de estas membranas.

l catedrático Pedro Prádanos observa en la pantalla una muestra a través de un microscopio de fuerza atómica (a sus espaldas)

El catedrático Pedro Prádanos observa en la pantalla una muestra a través de un microscopio de fuerza atómica (a sus espaldas)

Cambio de escala

El desarrollo de la nanociencia está llevando a la industria nuevos y prometedores materiales. En la escala nanométrica, la materia cambia de propiedades. Nanopartículas de oro, por ejemplo, no son doradas, sino verdes. Esta modificación del comportamiento ha traído avances espectaculares en robótica, telecomunicaciones o medicina. También ha llegado a las membranas para el filtrado de aguas residuales. En el mercado ya existen nanomateriales para el cribado de metales pesados para evitar su expulsión a las corrientes naturales. El personal del Departamento de Física Aplicada, sin embargo, ha propuesto regresar a la escala de micrómetro, de un orden mil veces más grande que la del nanómetro.

La razón es la eficiencia. “Nos permite procesar más litros de líquido con la misma cantidad de energía”, explica Prádanos. No obstante, en la industria el uso de membranas para microfiltración todavía es inferior al de nanofiltración.

El grupo SMAP está reconocido por la Junta de Castilla y León como unidad de investigación consolidada, un distintivo para los grupos de investigación de la comunidad autónoa que cuenta con un mayor nivel de calidad y de producción científica. Además del desarrollo de tecnologías para la mejora de membranas de filtrado de aguas residuales, tiene aplicaciones en otros campos, como el de sistemas para separar gases de efecto invernadero.

Bibliografía

Darío Ramón Díaz, Francisco Javier Carmona, Laura Palacio, Nelio Ariel Ochoa, Antonio Hernández, Pedro Prádanos. ‘Impedance spectroscopy and membrane potential analysis of microfiltration membranes. The influence of Surface fractality’. Chemical Engineering Science 178 (2018) 27-38. DOI: https//doi.org/10.1016/j.ces.2017.12.027