Un nuevo análisis realizado por investigadores del Centro de Bits y Átomos (CBA) del MIT descubrió que la levadura inactiva podría ser eficaz como un material económico, abundante y simple para eliminar la contaminación por plomo de los suministros de agua potable. El estudio muestra que este enfoque puede ser eficiente y económico, incluso hasta niveles de contaminación de parte por billón. Se sabe que se producen graves daños a la salud humana incluso a estos niveles bajos.
El método es tan eficiente que el equipo calculó que la levadura desechada de una sola cervecería en Boston sería suficiente para tratar todo el suministro de agua de la ciudad. Un sistema totalmente sostenible de este tipo no solo purificaría el agua, sino que también desviaría lo que de otro modo sería un flujo de desechos que necesitaría ser eliminado.
Los hallazgos se detallan hoy en la revista Naturaleza Comunicaciones Tierra y Medio Ambiente, en un artículo de la científica investigadora del MIT Patritsia Statathou; el postdoctorado de la Universidad de Brown y académico visitante del MIT, Christos Athanasiou; el profesor del MIT Neil Gershenfeld, director de CBA; y otros nueve en el MIT, Brown, Wellesley College, la Universidad Tecnológica de Nanyang y la Universidad Técnica Nacional de Atenas.
El plomo y otros metales pesados en el agua son un problema global importante que continúa creciendo debido a los desechos electrónicos y las descargas de las operaciones mineras. Solo en los EE. UU., más de 12,000 millas de vías fluviales se ven afectadas por aguas ácidas de drenaje de minas ricas en metales pesados, la principal fuente de contaminación del agua del país. Y a diferencia de los contaminantes orgánicos, la mayoría de los cuales se pueden descomponer con el tiempo, los metales pesados no se biodegradan, sino que persisten indefinidamente y se bioacumulan. Son imposibles o muy caros de eliminar por completo mediante métodos convencionales como la precipitación química o la filtración por membrana.
El plomo es altamente tóxico, incluso en pequeñas concentraciones, y afecta especialmente a los niños a medida que crecen. La Unión Europea ha reducido su estándar de plomo permitido en el agua potable de 10 partes por mil millones a 5 partes por mil millones. En los EE. UU., la Agencia de Protección Ambiental ha declarado que ningún nivel en los suministros de agua es seguro. Y los niveles promedio en cuerpos de agua superficial a nivel mundial son 10 veces más altos que hace 50 años, y van desde 10 partes por mil millones en Europa hasta cientos de partes por mil millones en América del Sur.
«No solo necesitamos minimizar la existencia de plomo, necesitamos eliminarlo en el agua potable», dice Stathatou. «Y el hecho es que los procesos de tratamiento convencionales no están haciendo esto de manera efectiva cuando las concentraciones iniciales que tienen que eliminar son bajas, en la escala de partes por billón e inferiores. O no logran eliminar por completo estas cantidades mínimas, o para para hacerlo consumen mucha energía y producen subproductos tóxicos».
La solución estudiada por el equipo del MIT no es nueva: un proceso llamado biosorción, en el que se utiliza material biológico inactivo para eliminar metales pesados del agua, se conoce desde hace algunas décadas. Pero el proceso ha sido estudiado y caracterizado solo en concentraciones mucho más altas, en niveles de más de una parte por millón. «Nuestro estudio demuestra que el proceso puede funcionar de manera eficiente en las concentraciones mucho más bajas de los suministros de agua típicos del mundo real e investiga en detalle los mecanismos involucrados en el proceso», dice Athanasiou.
El equipo estudió el uso de un tipo de levadura ampliamente utilizada en la elaboración de cerveza y en procesos industriales, llamada S. cerevisiae, en agua pura enriquecida con trazas de plomo. Demostraron que un solo gramo de las células de levadura secas e inactivas puede eliminar hasta 12 miligramos de plomo en soluciones acuosas con concentraciones iniciales de plomo por debajo de 1 parte por millón. También demostraron que el proceso es muy rápido y tarda menos de cinco minutos en completarse.
Debido a que las células de levadura utilizadas en el proceso están inactivas y desecadas, no requieren un cuidado particular, a diferencia de otros procesos que dependen de la biomasa viva para realizar funciones que requieren nutrientes y luz solar para mantener los materiales activos. Además, la levadura ya está disponible en abundancia, como un producto de desecho de la elaboración de cerveza y de varios otros procesos industriales basados en la fermentación.
Stathatou ha estimado que para limpiar el suministro de agua para una ciudad del tamaño de Boston, que usa alrededor de 200 millones de galones por día, se requerirían alrededor de 20 toneladas de levadura por día, o alrededor de 7,000 toneladas por año. En comparación, una sola cervecería, Boston Beer Company, genera 20.000 toneladas al año de levadura sobrante que ya no es útil para la fermentación.
Los investigadores también realizaron una serie de pruebas para determinar que las células de levadura son responsables de la biosorción. Athanasiou dice que «explorar los mecanismos de biosorción en concentraciones tan desafiantes es un problema difícil. Fuimos los primeros en utilizar una perspectiva mecánica para desentrañar los mecanismos de biosorción y descubrimos que las propiedades mecánicas de las células de levadura cambian significativamente después de la absorción de plomo. Esto proporciona fundamentalmente nuevos conocimientos para el proceso».
Idear un sistema práctico para procesar el agua y recuperar la levadura, que luego podría separarse del plomo para reutilizarse, es la siguiente etapa de la investigación del equipo, dicen.
«Para ampliar el proceso y ponerlo en marcha, es necesario incorporar estas células en una especie de filtro, y este es el trabajo que se está realizando actualmente», dice Stathatou. También están buscando formas de recuperar tanto las células como el plomo. «Necesitamos realizar más experimentos, pero existe la opción de recuperar ambos», dice ella.
El mismo material se puede usar potencialmente para eliminar otros metales pesados, como el cadmio y el cobre, pero eso requerirá más investigación para cuantificar las tasas efectivas de esos procesos, dicen los investigadores.
El equipo también incluyó a Marios Tsezos de la Universidad Técnica Nacional de Atenas, en Grecia; John Gross en el Wellesley College; Camron Blackburn, Filippos Tourlomousis y Andreas Mershin del CBA del MIT; Brian Sheldon, Nitin Padture, Eric Darling en la Universidad de Brown; y Huajian Gao en la Universidad Brown y la Universidad Tecnológica de Nanyang, en Singapur.
