Los microplásticos llegan al medio ambiente por múltiples vías. Algunos se generan cuando objetos de plástico de mayor tamaño se fragmentan con el tiempo, mientras que otros se liberan directamente durante procesos industriales, el lavado de prendas sintéticas, el desgaste de neumáticos o el uso de determinados productos cosméticos. Su reducido tamaño hace que pasen fácilmente desapercibidos y escapen de muchos de los sistemas convencionales de tratamiento de aguas. Por ello, hoy se encuentran prácticamente en cualquier lugar: desde las profundidades oceánicas hasta el agua potable e incluso en el organismo humano.
Pero el problema va más allá de su acumulación. Estas diminutas partículas pueden actuar como vehículos de otros contaminantes, como metales pesados, pesticidas o microorganismos, facilitando su dispersión por los ecosistemas acuáticos y su incorporación a las cadenas alimentarias. Desarrollar tecnologías capaces de eliminarlas de forma eficiente y sostenible se ha convertido, por tanto, en uno de los grandes retos medio ambientales de hoy en día.
En este contexto, un equipo de investigación del Instituto Catalán de Investigación Química (ICIQ) ha desarrollado una estrategia basada en estructuras fotocatalíticas impresas en 3D que integran dos funciones en un único dispositivo: capturar los microplásticos presentes en el agua y favorecer su degradación utilizando luz similar a la solar.
Una esponja fotocatalítica fabricada con una impresora 3D
La fotocatálisis aprovecha la energía de la luz para activar un material y generar especies químicas muy reactivas capaces de oxidar contaminantes. Sin embargo, muchos fotocatalizadores se utilizan en forma de polvos o nanopartículas dispersas en el agua. Aunque pueden ser eficaces, recuperarlos una vez finalizado el tratamiento no siempre es sencillo, lo que dificulta su reutilización y limita su aplicación a mayor escala.
Para superar este problema, en este estudio, el material fotocatalítico se imprimió directamente en una estructura 3D reutilizable. El material elegido fue el carburo de silicio, que combina actividad fotocatalítica, estabilidad química y una elevada resistencia mecánica. Esta técnica permitió fabricar estructuras porosas y con diseños personalizables, adaptables a diferentes tipos de reactores y fáciles de retirar del agua después de cada tratamiento.
Pero la estructura impresa no funciona únicamente como soporte. Su red de canales favorece el contacto con el agua y facilita que los microplásticos queden retenidos cerca de las zonas activas del material. Así, el dispositivo actúa simultáneamente como una esponja que captura las partículas y como un reactor fotocatalítico que promueve su degradación bajo la luz.
Capturar no es suficiente
La mayoría de las tecnologías de separación retiran los microplásticos del agua, pero generan un residuo que después debe recuperarse y gestionarse. En este sistema, la captura es solo el primer paso. Cuando la luz activa el carburo de silicio, se forman especies químicas muy reactivas, principalmente radicales hidroxilo, que atacan la superficie del plástico y favorecen su degradación progresiva.
El contacto estrecho entre los microplásticos y la estructura impresa resulta fundamental. Al quedar retenidas cerca de las zonas activas del material, las partículas permanecen expuestas durante más tiempo a las especies reactivas que se forman cuando la luz activa el material. De este modo, el dispositivo no se limita a separar los microplásticos del agua, sino que también contribuye a transformarlos químicamente
La integración de ambas funciones, captura y degradación, en una misma estructura es uno de los aspectos más valiosos del trabajo.
Qué mostraron los experimentos
Para evaluar el funcionamiento del sistema se utilizaron micropartículas de poliestireno como modelo. En solo ocho horas, las estructuras impresas retiraron aproximadamente el 85 % de las partículas suspendidas en el agua. Sin embargo, el resultado más relevante fue que no se limitaron a retenerlas.
Tras 60 horas de irradiación, las partículas, inicialmente lisas y esféricas, presentaban grietas, perforaciones y un deterioro evidente de su superficie. Los análisis químicos mostraron un aumento de 4,2 veces en el índice de carbonilo, una señal de oxidación y ruptura progresiva de las cadenas del polímero. También se detectó la formación de dióxido de carbono, un resultado que indica que parte del plástico avanzaba hacia etapas más profundas de degradación.
La estructura pudo reutilizarse durante varios ciclos sin perder su integridad. Además, mantuvo su capacidad para capturar y degradar microplásticos en condiciones de flujo continuo, un escenario más próximo al funcionamiento de los reactores utilizados en las plantas de tratamiento de aguas que los ensayos estáticos realizados habitualmente en el laboratorio.
Diseñar la forma también importa
Cuando se piensa en nuevos materiales, la atención suele centrarse en su composición química. Sin embargo, este trabajo demuestra que la forma también puede marcar la diferencia. La arquitectura tridimensional del fotocatalizador determina cómo circula el agua, cómo entran en contacto los contaminantes con la superficie activa y cuánto tiempo permanecen expuestos a la acción de la luz.
La impresión 3D ofrece precisamente esa libertad de diseño. Permite fabricar estructuras adaptadas a diferentes reactores y necesidades, optimizar su porosidad o incorporar nuevos materiales para ampliar su campo de aplicación. En el futuro, este mismo concepto podría extenderse al tratamiento de otros contaminantes presentes en el agua.
Un paso hacia tecnologías más sostenibles
La contaminación por microplásticos no desaparecerá gracias a una única solución. Reducir el consumo de plásticos, mejorar su reciclaje y desarrollar materiales más sostenibles seguirá siendo imprescindible. Pero también será necesario disponer de tecnologías capaces de actuar sobre las partículas que ya han llegado al medio ambiente.
Aunque este dispositivo constituye todavía una prueba de concepto, muestra una estrategia prometedora para acercar la fotocatálisis a aplicaciones más prácticas. Al integrar en una misma estructura la captura y la degradación de los microplásticos, evita limitarse a trasladar el problema de un lugar a otro y facilita la recuperación y reutilización del material.
En ocasiones, la innovación no consiste únicamente en descubrir un nuevo material, sino en encontrar la mejor manera de diseñarlo.
