Investigadores del Grupo Especializado de Materiales (GEMA) de la Universidad de Extremadura (UEx) han desarrollado fotocatalizadores macroscópicos mediante técnicas de impresión 3D para la depuración de aguas residuales y su reutilización en la agricultura.

La UEx ha incidido en que, en el marco de la economía circular, es necesario desarrollar tecnologías eficientes para el tratamiento de las aguas residuales generadas por las industrias farmacéutica o textil con el fin de utilizar el agua recuperada en la agricultura.

Así, los nanomateriales de óxido de cobre (CuO) y óxido de zinc (ZnO), con diferentes formas y tamaños, son eficaces para eliminar sustancias nocivas de aguas residuales industriales mediante actividades fotocatalíticas.

Sin embargo, tras el tratamiento del agua, es necesario eliminar las nanopartículas mediante procesos de separación, como la precipitación, la filtración o la centrifugación, procesos que aumentan significativamente el coste del tratamiento del agua.

De ahí que exista un "gran interés" en el desarrollo de nuevas tecnologías para obtener fotocatalizadores eficientes en grandes cantidades y fácilmente eliminables a bajo precio.

Por ello, el proyecto WaterGreenTreat, que finalizará en 2027, tiene como objetivo fabricar mediante impresión 3D de fotocatalizadores macroporosos a partir de compuestos de óxidos metálicos (óxido de cobre y óxido de zinc) y la evaluación del efecto sinérgico inducido por la presencia simultánea de los fotocatalizadores y de microalgas en la eliminación de contaminantes específicos de aguas residuales.

En el marco del proyecto, el Grupo Especializado de Materiales de la Universidad de Extremadura se encargará de la fabricación de los fotocatalizadores, ha destacado la UEx.

Concretamente, mediante una técnica de manufacturación aditiva (impresión 3D) denominada moldeo robotizado se fabricarán estructuras porosas tridimensionales con arquitectura de poros controlada a partir de nanopartículas de óxido de cobre y óxido de zinc de origen comercial y otras obtenidas mediante biosíntesis por otro grupo participante en el proyecto.

Los resultados de estos materiales diseñados en la UEx son "prometedores". "Nuestros fotocatalizadores permiten eliminar sustancias contaminantes del agua con una serie de ventajas frente a otro tipo de fotocatalizadores. Se eliminan fácilmente porque son macroscópicos, se pueden reutilizar y no sueltan partículas metálicas que puedan contaminar el agua", ha señalado la catedrática e investigadora principal del proyecto en la UEx, Antonia Pajares Vicente.

El proceso de fabricación de los fotocatalizadores está pensado para reducir el impacto medioambiental, tanto en disminución de residuos generados y consumo energético, según los investigadores de la UEx implicados en el proyecto Antonia Pajares Vicente, Pedro Miranda González, Óscar Borrero López y Ana Martínez Udaondo.

Las estructuras una vez impresas se consolidarán mediante un proceso térmico de sinterización a alta posible, el crecimiento de las nanopartículas cerámicas y así preservar su actividad fotocatalítica.

De esta forma, se minimizará el impacto medioambiental causado por la fabricación de los nuevos fotocatalizadores, ya que, por una parte, al utilizar técnicas de manufacturación aditiva se reducirá la cantidad de material de desecho generado y, por otra parte, se reducirá el consumo de energía ya que las técnicas de sinterización rápida requieren solo el 20-30 por ciento de la energía consumida en los procesos de sinterización convencionales.

Por otra parte, el uso de estos fotocatalizadores 3D, además de hacer más fácil su eliminación tras el tratamiento de las aguas residuales, evitará la contaminación del agua con iones metálicos que se generan a partir de los óxidos metálicos cuando se utilizan en forma de nanopartículas.

Los fotocatalizadores 3D fabricados por GEMA-UEx serán utilizados por los otros grupos participantes en el proyecto para realizar estudios toxicológicos, tratar a nivel laboratorio aguas residuales que contienen medicamentos o colorantes orgánicos, regar plantas cultivadas en invernaderos y determinar el efecto sinérgico inducido por la presencia simultánea de los fotocatalizadores y de microalgas en la depuración de aguas residuales.

El Proyecto WaterGreenTreat, titulado 'Un enfoque verde en el marco de la economía circular: fotocatalizadores impresos en 3D para el tratamiento de aguas residuales y el uso de aguas regeneradas en la agricultura', está financiado por Water4All - Agencia Estatal de Investigación (AEI) (PCI2024-153414).

Participan los centros de investigación National Institute of Materials Physics (Rumania), Universidad de Bucharest (Rumania), University of Agriculture and Life Sciences (Hungria), Universidad de Extremadura (España) y Centre National De La Recherche Scientifique CNRS GEPEA UMR6144 (Francia).