Purificadores de agua para Marte
Purificadores de agua para Marte
¿Ya compraste tu terreno en Marte? Aunque parece cuestión de broma, la posibilidad de comprar un metro cuadrado en Marte o en cualquier otro planeta es factible con la absurda cantidad de US$34,99 [1]. El Tratado de las Naciones Unidas sobre el Espacio Exterior firmado en 1967, no reconoce la imposibilidad de la propiedad espacial y aunque es evidente que, la adquisición de terrenos en Venus o Urano no es más que la compra de un curioso certificado que emite el Gobierno Galáctico fundado por Dennis Hope, el riesgo de habitar otro planeta resulta cada vez más realizable, muy a pesar de la desorbitada necesidad humana de contradecir el principio copernicano y creerse el dueño del universo.
Figura 1. Certificado de registro de propiedad lunar. Imagen modificada para fines ilustrativos tomada de https://lunarregistry.com/moon-property-deed-sample-image
En caso de estar convencidos por adquirir alguna propiedad en Marte, es obvio que, como terrícolas, necesitaremos múltiples servicios, atmosferas controladas, alimentos seguros y toda una variedad de productos que, fundaría un mercado perfecto para desarrollar un sistema económico idealizado; sin embargo, existe un solo elemento del que depende enteramente este sueño de proliferación de la comunidad marciana: El agua.
El descubrimiento de la existencia de agua en Marte data desde 2004, cuando la sonda Mars Express reportó la presencia de agua congelada en el polo sur del planeta. A partir de entonces, el campo de investigación sobre el tema se extendió a todo el universo. Investigadores de todo el planeta Tierra comparten el innegable interés por conocer las condiciones para capturar, extraer o producir agua pura a partir de condiciones extremas que incluso pueden ser extraplanetarias.
Investigadores y tecnólogos buscan capturar agua del aire, o recuperarla de yacimientos subterráneos o bien controlar su estado de agregación en transiciones de fase. Sin embargo, las ideas por su adquisición derivan en innovaciones tecnológicas para su purificación incluso en mezclas radiactivas, limitar su uso a través de la sustitución hídrica, e incluso, realizar un análisis composicional remoto de superficies planetarias para determinar la existencia de agua. Actualmente, existe un amplio campo de regulación ambiental, políticas científicas y acuerdos internacionales para el uso, explotación, desarrollo y conocimiento sobre el agua.
Figura 2. Cráter Jezero en Marte. Imagen tomada de [2].
Uno de los métodos para explorar meteorización química y física para determinación de composición remota, es con espectrometría Raman equipo SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals) a través del cual, se identificó la composición de algunos cráteres marcianos, como el Jezero, el cual contiene mezclas de sulfatos de hierro y magnesio hidratados provenientes de rocas sedimentarias fluvio-lacustres con presencia salina [3]. La exploración de Marte nos ha informado que compartimos características litográficas con el planeta, y por tanto, permite validar el estudio de extracción y purificación de agua subterránea aquí en la Tierra tomando en cuenta condiciones extremas de ambientes como, volcanes o tormentas, en lugares como cráteres o fondos marinos, inmersos en procesos de altas energías o campos electromagnéticos.
Cada planeta tiene sus condiciones físicas, y aquí en la Tierra, la purificación del agua se asocia al tratamiento de contaminantes que van desde micro plásticos, microorganismos, óxidos ferrosos, petróleo, hasta isótopos radiactivos solubles o arsénico. Esta contaminación es provocada por los procesos de urbanización, comercio y agricultura del ser humano, y los mecanismos de purificación han evolucionado a controles especializados dependiendo del origen del contaminante, es por ello por lo que, parece relativamente menos complicado tratar el agua en la Tierra que en Marte. Allá la presencia de piroxenos, percloratos y/o fosfatos y carbonatos representa un reto diferente, pero alcanzable.
El agua en su condición pura y bajo parámetros saludables es necesaria aquí y en Marte, en caso de querer mudarnos para allá, y para lograrlo es necesario purificarla. Mediante tratamientos físicos, químicos o biológicos, implementados desde hace muchos años ha permitido obtener el líquido vital. El registro más antiguo sobre el tratamiento del agua data del año 2000 a. C. en la India, dentro del Susruta Samhita. Este texto describe diversos métodos de purificación, como hervir el agua, exponerla al sol, introducir en ella hierro al rojo vivo o filtrarla mediante arena y grava gruesa [4].
A lo largo de los años, los métodos de purificación del agua han evolucionado desde el uso de filtros de tela, hasta la implementación del "filtro de bolsa" desarrollado por Hipócrates. Las técnicas de cloración, ozonización, filtración con carbón activado, o la clarificación mediante floculación y coagulación, han surgido por el interés en diversificar los recursos incluyendo fundamentos fisicoquímicos como el intercambio iónico y la ósmosis inversa [5]. La experiencia que la humanidad tiene sobre el acceso al agua y purificarla está al alcance de todos. Incluso de aquellos que se aventurarán a poblar Marte y encuentren un cráter con agua en cualquiera de sus estados de agregación.
Figura 3. Ilustración del método de purificación por sedimentación.
El método físico básico de purificación de agua para eliminar partículas o ciertas impurezas sin recurrir al uso de productos químicos es la sedimentación. La técnica consiste en separar la fase sólida y la fase líquida por acción de la gravedad. Algunos medios filtrantes son la arena, grava, carbón activado, membranas de diversos tamaños que retienen desde piedras o restos de plantas hasta virus, bacterias y sales. Por ejemplo, en la ultrafiltración se utilizan membranas con poros de tamaños entre 0.01 y 0.1 µ que retienen partículas pequeñas y coloides. En la nanofiltración se emplean membranas con poros entre 1 a 10 nm, capaces de eliminar compuestos orgánicos de bajo peso molecular, algunos iones y sales [6].
Figura 4. Esquema que muestra el proceso de filtración del agua por diversas membranas que se utilizan según el método. La ilustración realiza una comparación de las tecnologías y contaminantes que se eliminan a partir del tamaño de las partículas que filtra. Imagen tomada de [7].
El uso de carbón activado es un método ideal para mejorar las propiedades organolépticas del agua. Es un material poroso con gran capacidad de adsorción, relativamente económico, resultando ser la opción más viable para aplicaciones domésticas y algunas industriales. La ósmosis inversa, es otro método de gran impacto, dado que filtra los contaminantes con membranas de poros menores a 1 nm eliminando sales, metales pesados, virus y bacterias [8]. Evidentemente, en Marte, todo componente orgánico será necesario, por lo que, estaremos más interesados en separarlo que en eliminarlo y tal vez la osmosis inversa resultaría ser un método idóneo, dado el gran contenido de sales en el agua existente.
Figura 5. Recreación artística de una misión tripulada de la NASA a Marte. Imagen tomada de https://es.wikipedia.org/wiki/Viaje_tripulado_a_Marte
Regresemos un poco a la posibilidad de comprar terrenos en Marte. Supongamos ahora que, la competencia crece y los bienes raíces se encarecen. El mercado exige nuevas alternativas accesibles para migrar al espacio. Surge entonces la necesidad de filtrar agua en otros planetas. Pensemos en Ganímedes, el satélite de Júpiter con presencia de gravedad, o bien, Titán, el satélite de Saturno con su atmosfera. Dos opciones que ofrecen un océano global de agua líquida existente por debajo de la corteza helada y que las hace alternativas viables de habitar. Sin olvidar que estamos dando por sentado muchas variantes de viajar hasta esos lugares y que hemos desarrollado todo un arsenal tecnológico de colonización.
En este caso, el tratamiento del agua cambia. El estudio de transiciones de fase de fusión juega un papel importante. Se tendría que controlar la temperatura y presión en los procesos de obtención de agua líquida y durante ese cambio de fase atrapar contaminantes presentes. Para eso, los investigadores en la Tierra ya cuentan con el método de coagulación y floculación, usado en el tratamiento y purificación de aguas residuales. Este procedimiento consta de dos etapas que permiten eliminar contaminantes suspendidos, así como sólidos y partículas no disueltas.
La coagulación consiste en agregar un reactivo químico, conocido como coagulante, como el sulfato de aluminio (Al2(SO4)3) o el cloruro férrico (FeCl3) que desestabilizará las partículas suspendidas en el agua. El coagulante reacciona con dichas partículas formando aglomerados o coágulos, de ahí el nombre.
Figura 4. Los datos sísmicos recopilados por InSight ayudaron a los investigadores a determinar más información sobre la corteza superior y media de Marte James Tuttle Keane/Aaron Rodriguez/Cortesía del Instituto de Oceanografía Scripps. Imagen y traducción tomada de [9].
La floculación es la etapa que sigue a la coagulación. En este proceso, los coágulos formados se agrupan en flóculos más grandes, que sedimentan por efecto de la gravedad. Aunque la gravedad en Marte es de 3.73 m/s², poco más de un tercio que en la Tierra, y que eso ralentizaría los tratamientos en caso de vender purificadores allá, se sabe que existen floculantes inorgánicos, organosintéticos o naturales que podrán ser seleccionados según la composición del agua a tratar. Es posible idear floculantes pesados o acelerados según se requiera, y desarrollar nuevos materiales que funcionen según las condiciones planetarias. Por lo pronto, en la tierra los floculantes más utilizados son la poliacrilamida, los polielectrolitos y el tanino [10].
El acceso al agua es un gran reto. Su uso y calidad representan el mayor interés en nuestro planeta y por tanto, saber que el agua de marte contiene oxido ferroso es una gran ventaja. Seguramente te preguntaras porqué. Existe otro método de remoción de contaminantes mediante oxidación avanzada. El proceso consiste en oxidar una sustancia, descomponiéndola en moléculas más simples y fáciles de eliminar. Los Procesos de Oxidación Avanzada (POAs) aprovechan la alta reactividad del radical hidroxilo (OH·) como agente oxidante, que descompone la materia orgánica disuelta en el agua hasta su completa mineralización [11].
Es probable que no seamos de los afortunados de habitar otros planetas. Pero aquí en la Tierra necesitamos agua, y para ello se requiere de investigación para obtenerla y purificarla. Sin este elemento vital, la vida no es posible. El complejo intercambio iónico, mediante materiales sintéticos con estructura polimérica, para eliminar iones no deseados y reemplazarlos por otros más adecuados, permite desmineralizar el agua, ablandarla y eliminar metales pesados [12]. Sin duda, aumenta las expectativas de éxito en nuestra misión por habitar otros planetas. Por lo pronto, seamos conscientes del uso de nuestro mayor tesoro y sumemos para resolver el acceso al agua potable, aportando tecnologías de tratamiento eficaces y sostenibles que ayuden a preservar los recursos hídricos y la salud de todos los que por el momento, habitamos el planeta Tierra.
#CIATEQ fotalece a la industria con tecnología e innovación
Autores
Elsa María de la Calleja Mora, elsa.delacalleja@ciateq.mx
Gabriela Elizabeth Mijangos Zuñiga, gabriela.mijangos@ciateq.mx
Referencias
1. The Lunar Registry. (s.f.). Buy Moon Property. Recuperado el [febrero 2, 2025], de https://lunarregistry.com/buy-moon-land
2. Zepeda, J. (2024, enero 29). La Nasa cada vez más segura que aquí hubo vida en Marte. La Tercera. https://www.latercera.com/que-pasa/noticia/la-nasa-cada-vez-mas-segura-que-aqui-hubo-vida-en-marte/XT4WVX43DJFMXGQVYSRVWZ6LSU/
3. Phua, Y. Y., Ehlmann, B. L., Siljeström, S., Czaja, A. D., Beck, P., Connell, S., Wiens, R. C., Jakubek, R. S., Williams, R. M. E., Zorzano, M.-P., … et al. (2024). Characterizing hydrated sulfates and altered phases in Jezero Crater fan and floor geologic units with SHERLOC on Mars 2020. Journal of Geophysical Research: Planets, 129(7), e008251. https://doi.org/10.1029/2023JE008251
4. Moses Nelson Baker, The Quest for Pure Water: The History of Water Purification from the Earliest Records to the Twentieth Century, 2nd ed. Wisconsin: American Water Works Assn, 1948.
5. I. Betz Laboratories, Handbook of Industrial Water Conditioning, 9th ed. Betz Laboratories, 1991.
6. Pure Water, “Microfiltración, Ultrafiltración, Nanofiltración y Ósmosis Inversa,” Pure Water. Accessed: Feb. 13, 2025. [Online]. Available: https://purewater.com.co/microfiltracion-ultrafiltracion/
7. Solis, I. (2024, septiembre 5). De la microfiltración a la ósmosis inversa: El camino hacia la purificación del agua. Tramex Ambiental. https://tramexambiental.com/2024/09/05/de-la-microfiltracion-a-la-osmosis-inversa-el-camino-hacia-la-purificacion-del-agua/
8. Itzahiana Solis and TraMex Ambiental S.A. de C.V., “De la microfiltración a la ósmosis inversa: El camino hacia la purificación del agua.,” TraMex. Accessed: Feb. 10, 2025. [Online]. Available: https://tramexambiental.com/2024/09/05/de-la-microfiltracion-a-la-osmosis-inversa-el-camino-hacia-la-purificacion-del-agua/
9. Strickland, A. (2024, August 12). Underground reservoir on Mars could fill oceans on the planet’s surface, study finds. CNN. https://edition.cnn.com/2024/08/12/science/mars-crust-water-reservoir-insight/index.html
10. E. Instituto del Agua, “Coagulación y floculación: Procesos clave en el tratamiento de aguas residuales.,” Instituto del Agua. Accessed: Feb. 16, 2025. [Online]. Available: https://institutodelagua.es/aguas-residuales/coagulacion-floculacion-aguas-residualesaguas-residuales/
11. A. C. Castañeda Jiménez, “Procesos de oxidación avanzada aplicados en el tratamiento de aguas de la industria del petróleo,” Escuela Colombiana de Ingeniería “Julio Garavito,” 2014.
12. [10] Grupo Acura, “¿Qué es el intercambio iónico del agua? Empleo en tratamiento de agua,” Grupo Acura. Accessed: Feb. 16, 2025. [Online]. Available: https://grupoacura.com/es/blog/intercambio-ionico-agua/
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