Dr. Jorge S. Alvarado, Ph.D. | La ciencia y tecnología para la preservación y restauración de los suelos

 

Hoy les voy a hablar de un asunto no tan holístico: les voy a hablar de: La responsabilidad de un científico y tratar de usar los medios naturales que se pueden utilizar dentro de la ciencia, para limpiar lugares que han sido contaminados.

Déjenme contarles una historia: En los 50 y los 60 el mundo era diferente y teníamos la paranoia de la Guerra Fría; y los Estados Unidos almacenaron trigo y maíz a través de todo el país, y para mantenerlos bien les ponían plaguicidas.

Los plaguicidas eventualmente llegaron al suelo, se colaron a través del suelo y han contaminado los acuíferos en los Estados Unidos. En muchas áreas hay acuíferos que son extremadamente profundos (y eso no es mayor problema), pero todo en el medio oeste de los Estados Unidos tienen acuíferos que son bastante superficiales y la gente toma agua de esos acuíferos

¿Cuál es el problema? Se ha descubierto que los químicos que usaban para mantener este trigo, son carcinogénicos; y eso se descubrió hasta los años 70. Entonces, la gente está tomando agua con productos carcinogénicos.

¿Qué es lo que tenemos que hacer? Primero tenemos que ver cómo podemos limpiar, tenemos que ver dónde está la contaminación; y ahí viene lo que nosotros llamamos caracterización de un área que ha sido contaminada; y es lo más importante que necesitamos. ¿Por qué? Porque dependiendo de la caracterización vamos a tener diferencias en el método de limpieza de ese sitio.

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Entonces la caracterización tiene que ser un proceso dinámico. No podemos llegar y simplemente usar metodologías tradicionales, sino que tenemos que usar un método donde haya geólogos, químicos, biólogos, gente de computadora; donde podamos todos acoplarnos unos a los otros y buscar la mejor solución.

Tenemos que ser responsables económicamente, entonces lo tenemos que hacer más rápido, más barato y mejor. Si podemos lograr esos tres objetivos, podemos hacer una caracterización. Como les digo, es importante.

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El principal contaminante que se usó se llama tetracloruro de carbono. El tetracloruro de carbono es una molécula única en cierta forma: Es 1 carbono con 4 cloros. Resulta que cada cloro es electronegativo y hala al carbono en la misma forma, haciéndolo extremadamente estable. Entonces bacterias o cualquier otro producto químico no lo destruye. La pertenencia de tetracloruro de carbono en el suelo es muchísimo mayor que cualquier otro producto químico, y está ahí desde los años 60.

Esta es la molécula, y lo que quiero es que ustedes vean qué estable es, porque es simétrica completamente.

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¿Cuál es el problema? Esto fue usado en las granjas, fue usado en los silos y algo que se llama quonset hut (que son casas donde guardaban el grano; grandísimas).

Interesante lo que hemos descubierto, es que el uso no fue inapropiado, sino que fue el mal uso. Por ejemplo, en estas casas quonset hut lo que hemos encontrado es que afuera de las puertas es donde está la contaminación. Hemos creado métodos para poder detectar en partes por trillón la contaminación.

Entonces alguien terminaba con su frasquito de plaguicida y lo hacía así en la puerta, y eso ha creado una contaminación increíble. Acuérdense: para ser carcinogénico, el tetracloruro de carbono tiene que estar en concentraciones mayores a 5 partes por billón (o sea, son concentraciones bastantes bajas). Entonces, si alguien hizo así, eso es más que suficiente para estar arriba de las 5 partes por billón.

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Déjenme enseñarle cómo son nuestros sitios. Hoy todavía tenemos los silos (en algunos casos); en algunos casos los silos han sido eliminados y lo que tenemos es simplemente un terreno vacío y la contaminación está ahí. Generalmente los terrenos están cerca de pueblos donde la gente está otra vez tomando agua contaminada.

Estos dos de aquí abajo son instrumentos que usamos para poder abrir el suelo sin necesidad de causar desechos, y tienen sensores para monitorear conductividad y otras cosas; y entonces podemos saber qué hay en el suelo, en el subsuelo, sin necesidad de abrir pozos y tener desechos; entonces son instrumentos que nos ayudan a eso.

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¿Entonces qué hacemos? Una de las técnicas de las que les voy a hablar es la creación de nano y micropartículas de hierro que han sido utilizadas para la destrucción del tetracloruro de carbono pero nunca lo han podido destruir completamente. Lo que nosotros hemos creado son estas micropartículas, que las hemos rodeado de un material orgánico, que en realidad es un material de maíz. Estas partículas son hidrofílicas (significa que se disuelven en agua) y las podemos inyectar en el subsuelo directamente.

Entonces, el propósito es —nosotros como químicos— modificar el ambiente para poder hacer que las reacciones químicas sucedan. Introducimos las micropartículas que tienen la materia orgánica. ¿Qué pasa cuando las introducimos? Hay bacteria en el suelo; la bacteria empieza a comer la materia orgánica, está felicísima: come, come, come; se reproduce, se reproduce, se reproduce y cambian las condiciones. Cambia de un sistema que es oxigenado a un sistema que no es oxigenado: anaeróbico.

Cuando el sistema cambia a un sistema que es anaeróbico hay una cosa que se llama el potencial de redox, que hace que una reacción pueda pasar o no. Entonces, podemos cambiar el potencial redox a valores que son menos de 600 milivoltios, que hace que la reacción pueda suceder. Entonces, todo esto es suposición antes de hacerlo. Si eso pasa, entonces podemos destruir el tetracloruro de carbono completamente, y el producto final en realidad sería hierro 3, que hierro 3 es herrumbre. Entonces dejaríamos el lugar sin contaminación y no crearíamos más contaminación (como otros métodos lo usan).

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Lo primero que hicimos es: ¿Trabaja, funciona? Entonces, escogimos un lugar (en este caso es un lugar en Kansas, en los Estados Unidos, que se llama Centralia) e hicimos la caracterización primero. Entonces, ¿ustedes ven los circulitos? Son los silos; las casitas cuadradas son las que llamamos quonset huts; y encontramos un área de contaminación que se ve ahí: el flujo va hacia el noroeste, del agua que hay ahí.

O sea, sabíamos muy bien cómo es; y este sitio tiene la caracterización de que el agua no se está moviendo —es como una piscina—. Lo queríamos saber simplemente para ver si el proceso funcionaba.

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Entonces cogimos el área que está al lado oeste para hacer un plan piloto y ver si esto nos iba a funcionar. Al final hicimos una caracterización un poco más detallada y descubrimos que había un área que estaba contaminada un poquitito más; no hicimos un cuadrado sino hicimos otra forma, para cubrir toda el área.

De ahí encontramos que las contaminaciones estaban arriba de las 2000 partes por billón (en algunas áreas), entonces el lugar estaba altamente contaminado. Inyectamos las moleculitas de hierro y lo primero que encontramos es (en casi todos los casos) que el hierro va desde las 2000 partes por billón a casi 0 en dos semanas. Entonces podemos destruir el tetracloruro de carbono completamente en dos semanas.

Este tetracloruro de carbono tenemos un punto que no nos funcionó; interesante: en ese punto no inyectamos hierro; pero parece ser que hay un efecto físico que hace que el tetracloruro se haya movido y haya causado esa anomalía.

Interesante. El producto ha funcionado por más de cuatro años todavía y ha destruido el tetracloruro de carbono que estaba en ese punto.

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Para contarles que sí es cierto, el cuadro de arriba nos da las concentraciones de cloroformo (que es el primer producto de degradación) y el segundo producto es el diclorometano. Entonces, podemos ver la formación empezando de 0, donde el cloroformo se forma, e inmediatamente el diclorometano empieza a formarse. Como el tetracloruro de carbono se desaparece el cloroformo se forma; el cloroformo empieza a desaparecer para formar el diclorometano.

El siguiente producto es muy rápido y no lo podemos monitorear; pero lo que podemos monitorear es cuál es la formación de hierro. Estoy metiendo hierro 0. ¿Qué pasa con el hierro? Entonces hacemos varias cosas:

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Uno es, medimos el potencial de redox (que les hablé) y vemos que al principio del sistema baja a valores de -600, haciendo que el sistema empiece; después hay una reacción de electron donor, y la reacción sigue sucediendo hasta por cuatro años porque es una reacción en cadena.

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Monitoreamos el oxígeno, y vemos que el oxígeno va de un punto más alto y decrece para tener las condiciones anaeróbicas; y el hierro (Fe) empieza en 0 y sube estrepitosamente para llegar a valores grandes, significando que la reacción está pasando.

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Entonces, al final pasamos de lugares donde estaban contaminados en las 200 partes por billón, al 2016: casi no tenemos contaminación. En varios lugares tenemos 100% limpieza, y hay un par que tienen 8% de contaminación, que están funcionando y se están limpiando todavía.

Entonces, un poco de conclusiones de lo que yo les he dicho: Hay que pensar y ser lógico en la forma en que usted hace su caracterización, y esa caracterización le va a dar a usted cuál es el método para poder limpiar.

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No les voy a leer esto, pero quiero mostrarles otro par de ejemplos.

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Este es otro ejemplo de limpieza que hemos usado: Es un sistema de irrigación donde hemos utilizado el agua en partículas muy pequeñas y hemos analizado cada una de las partículas para formar humedales. Entonces, el agua donde sale del sistema y toca el suelo se ha limpiado, por el tamaño de la partícula.

Resulta que hay una inmigración, la inmigración de aves, desde el sur (de América del Sur), tiene una forma cónica, vienen de todo lado y exactamente se reúnen todas en el área del medio oeste estadounidense, y vuelven a abrirse en Canadá.

Resulta que los programas de nosotros están exactamente donde las aves vuelan. Y el propósito era formar un humedal con el agua que teníamos, para que las aves pudieran parar en su misma inmigración y seguir adelante. Es una forma un poco ambiental para poder hacer un sistema de limpieza; y a la misma vez darle al área un poco más de cosas ambientales (digamos).

Entonces, como allá está como las aves vuelan, este fue el sistema piloto. Cuando medíamos y estábamos seguros que cada una de las partículas llegara al suelo sin contaminación.

El que ven allá (en la otra) es el sistema final. Cuando usted lo está viendo, ya muchísimo más grande y en aplicación en serio. Y aquí es una foto cuando vemos el humedal, y en el medio hay un patito (para que vean que está funcionando).

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Otro proyecto que tenemos es la limpieza usando árboles como bombas de limpieza. Esta es un área que ha sido contaminada; nosotros hacemos wells, pozos de diferentes tamaños, donde podemos plantar el árbol a diferentes... a 10 pies, 20 pies, hasta 50 pies.

Entonces, cada uno de los árboles funcionan como una bomba para sacar la contaminación desde el agua, la pasa a través de su sistema, y la tira a través de sus hojas. El agua termina limpia y hemos podido tener el sistema limpio.

Aquí (como ustedes lo ven) ven cada uno de los pozos donde vienen cada uno de los árboles. Hemos usado dos variedades: uno que se llama poplar y otro que se llama un sauce; los dos nativos del área donde estamos trabajando, no hemos traído ningún árbol que sea foráneo.

Al final (como ustedes ven), allá está cómo hemos hecho los pozos para poner cada uno de los árboles; y hemos logrado mantener y limpiar las áreas contaminadas con el sistema de Phytoremediation.

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Este es el último de nuestros programas (les traje una película*, pero no la vamos a ver). Este lugar ha sido contaminado, y lo que estamos haciendo en este momento es poniendo pozos horizontales (en lugar de verticales) para extraer los contaminantes. Entonces, el área ha sido contaminada como ven… en esta foto pueden ver que hay un pueblo completamente, alrededor del área contaminada. Las áreas rosadas son las áreas donde existe la contaminación y donde está en este momento.

Uno de los problemas más grandes que tenemos en un pueblo como este, es que el tetracloruro de carbono es volátil y entra por el suelo, a través del suelo, en su casa; entonces usted está respirando tetracloruro de carbono; y la respiración es todavía más problemática que tomarla.

Entonces, para todas estas casas lo que hemos tenido que hacer son sistemas de limpieza del aire (para cada una de las casas). En Estados Unidos tenemos un problema con el radón y tenemos sistemas para limpiar las casas del radón; y usamos el mismo sistema para limpiar el tetracloruro de carbono. Entonces es un sistema comercial y fácil de implementar.

En este caso hemos introducido un pozo horizontal y lo podemos extraer; y estamos en el proceso de limpieza de este lugar. Es interesante, el sistema tiene cerca de 500 partes por billón de contaminación; infortunadamente el sistema no podemos aplicarlo de otra forma o con otras técnicas por el pueblo. Entonces eso nos limita en lo que vamos a hacer; y esperamos que dure entre 10 y 20 años la limpieza (desgraciadamente).

Le quiero dar un agradecimiento a las personas que trabajan con nosotros; y si tienen alguna pregunta (en el momento que sea), a sus órdenes.

Gracias.