Combining phytoremediation potential of Lemna gibba with biochar adsorption technology for cadmium, nickel and lead removal from wastewater

El agua es el torrente vital de nuestro planeta, pero está cada vez más cargada de toxinas invisibles. Entre las más peligrosas se encuentran los metales pesados como el cadmio, el níquel y el plomo. Estos elementos no se descomponen ni desaparecen; en cambio, persisten en el medio ambiente, acumulándose en el suelo y el agua hasta alcanzar niveles que dañan los ecosistemas y la salud humana. Entran en nuestros ríos y humedales a través de desechos industriales, la minería y la escorrentía agrícola, planteando graves riesgos como enfermedades renales y trastornos neurológicos. Debido a que estos metales son tan persistentes, su limpieza es difícil. Los métodos tradicionales suelen depender de productos químicos costosos o maquinaria que consume mucha energía que muchas regiones en desarrollo no pueden costear. Esto ha llevado a los científicos a buscar respuestas en la naturaleza, específicamente en la capacidad de las plantas vivas para absorber contaminantes y en el potencial de convertir esas plantas en materiales que puedan atrapar toxinas.

En un estudio reciente, investigadores de Malasia e Irak exploraron una estrategia de dos partes para abordar este problema utilizando una pequeña planta acuática flotante conocida como lenteja de agua, específicamente la especie Lemna gibba. Esta planta es común en las vías fluviales locales y crece rápidamente, lo que la convierte en una candidata prometedora para limpiar el agua. El equipo investigó un enfoque dual: primero, probaron qué tan bien la planta viva podía eliminar el cadmio, el níquel y el plomo del agua contaminada. Segundo, tomaron la misma planta después de que hubiera realizado su trabajo, la secaron y la calentaron en un entorno controlado sin oxígeno para crear una sustancia similar al carbón llamada biochar. Luego, probaron este biochar para ver si podía actuar como una esponja poderosa para absorber los metales. El objetivo era ver si usar la planta dos veces —una vez viva y otra vez como un material procesado— podría ofrecer una forma de bajo costo y sostenible para purificar las aguas residuales.

Los investigadores comenzaron creando aguas residuales artificiales en el laboratorio, mezclando agua con cantidades precisas de cadmio, níquel y plomo en concentraciones que variaban de 0.5 a 5.0 miligramos por litro. Colocaron 30 gramos de la lenteja de agua viva en contenedores con tres litros de esta agua contaminada y observaron qué sucedía durante quince días. Midieron los niveles de metales diariamente para rastrear cuánto absorbía la planta. Los resultados fueron sorprendentes. La lenteja de agua viva demostró ser altamente efectiva, eliminando casi todo el plomo y el cadmio del agua, incluso en concentraciones altas. El níquel también fue eliminado eficientemente, aunque un poco menos que los otros dos metales. El proceso fue rápido al principio, con la planta absorbiendo la mayor parte de las toxinas en los primeros diez días, antes de ralentizarse al alcanzar su límite. Sin embargo, el estudio señaló que los metales pesados pasaron factura a la planta; al final del experimento, las hojas se tornaron amarillas, una señal de estrés causado por el entorno tóxico.

Si bien la planta viva funcionó bien, los investigadores querían saber si la planta podía hacer aún más después de que terminara su ciclo de vida. Tomaron la lenteja de agua, la secaron y la calentaron para crear biochar, un proceso que produjo aproximadamente un 44.5 por ciento de carbón a partir del material vegetal original. Cuando examinaron este nuevo material bajo un microscopio, vieron que se había vuelto altamente poroso, lleno de diminutos agujeros y canales que proporcionaban una vasta superficie para atrapar metales. Luego, colocaron este biochar en nuevos lotes de agua contaminada para ver qué tan bien adsorbía las toxinas. El biochar funcionó excepcionalmente bien, a menudo limpiando el agua de metales de manera más eficiente que la planta viva, aunque la velocidad variaba según el metal y la concentración. Mientras que la planta viva requería hasta 15 días para alcanzar la eliminación máxima, el biochar alcanzaba el equilibrio en un plazo de 12 a 48 horas, con algunas concentraciones logrando la eliminación total en solo un día. El biochar mostró una fuerza particular al capturar el plomo, seguido del cadmio y luego el níquel, probablemente debido a las propiedades químicas específicas de la superficie del carbón.

El estudio concluye que combinar estos dos métodos ofrece una solución circular y poderosa para el tratamiento del agua. La planta viva puede utilizarse para limpiar grandes volúmenes de agua a lo largo del tiempo, y una vez que ha cumplido su propósito, puede convertirse en un material de filtración altamente eficiente para pulir el agua o tratar nuevos lotes. Este enfoque convierte un producto de desecho en un recurso valioso, maximizando la utilidad de la biomasa. Los investigadores encontraron que, mientras la planta viva es excelente para la limpieza lenta y a gran escala, el biochar es superior para la eliminación rápida y de alta eficiencia. Al usar la misma planta para ambos roles, el método minimiza el desperdicio y proporciona una estrategia rentable que podría ser particularmente útil en regiones donde la contaminación industrial es alta pero la infraestructura de tratamiento avanzado es escasa. Este uso dual de los propios materiales de la naturaleza sugiere un camino hacia un agua más limpia que sea tanto respetuosa con el medio ambiente como económicamente viable.