La nanotecnología está incrustada en la sociedad tanto como las letras "n-a-n-o" están incrustadas en esta nanoestructura. La pregunta es, ¿Qué tan verde es esa nanotecnología en la ventana? Vea más imágenes de ciencia verde. artpartner-images / Getty Images A los fanáticos de la ciencia ficción les gusta la idea, escrito por Arthur C. Clarke, que "cualquier tecnología suficientemente avanzada es indistinguible de la magia". Con el advenimiento de la nanotecnología, los materiales aparentemente milagrosos, la superconductividad sobrenatural y la fotónica paranormal que han alimentado la fantasía durante años parecen estar a la vuelta de la esquina.
Todo el mundo sabe que la magia tiene un coste sin embargo, y algunos han comenzado a cuestionar si, cuando el polvo coloidal se asienta de la naciente nanorrevolución, el balance ecológico nos mostrará en negro o en rojo. Entre ellos se encuentran los científicos, ingenieros y legisladores que impulsan la nanotecnología verde.
Las partículas a nanoescala no son nada nuevo ni antinatural. Ocurren en cenizas volcánicas, spray de mar, compuestos minerales y algunos tipos de bacterias, y hemos trabajado con ellos desde al menos el siglo IV [fuentes:Goldman y Coussens; NNI, "Nanotecnología 101"]. Entonces, ¿qué ha cambiado? Los métodos avanzados de microscopía y manipulación han alcanzado un punto de inflexión, uno que nos permite ensamblar juguetes de juguete en la escala de átomos individuales y hebras de ADN.
Es un lugar emocionante para estar.
Un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro, o alrededor de 1/100, 000 el grosor de una hoja de papel. Si una nanopartícula fuera del tamaño de una canica, entonces un metro sería tan grande como la Tierra [fuente:NNI, "Nanotecnología 101"]. Este tamaño asombrosamente pequeño es solo la mitad de la historia, sin embargo. La verdadera magia de la nanoescala radica en las extrañas reglas cuánticas que la gobiernan, y la forma en que dotan a los materiales de características notables. En comparación con sus equivalentes macroscópicos, los nanomateriales pueden ser más fuertes, mejor en la conducción de calor o electricidad, o tener diferentes propiedades magnéticas.
La industria se ha apresurado a aprovechar el potencial. La nanotecnología ya se ha abierto camino en cientos de productos de consumo y aplicaciones industriales, incluidos chips de computadora, automóviles artículos deportivos, ropa, cosméticos y complementos dietéticos. Todavía, todavía estamos en el umbral de lo posible.
A medida que el progreso se acelera, La preocupación por el medio ambiente y la salud pública ha dado lugar a un llamamiento a favor del medio ambiente, incluso beneficioso, investigación y desarrollo a nanoescala.
Nanotecnología verde implica dos objetivos separados pero relacionados. Por un lado, las notables características posibles a nanoescala prometen innumerables formas de hacer que los productos y procesos existentes sean más seguros y sostenibles. En el otro, Los investigadores están encontrando cada vez más formas de hacer que la nanotecnología sea menos tóxica a lo largo de su ciclo de vida. En este articulo, haremos un recorrido de cómo se están desarrollando estos enfoques.
Ahora hagamos como un duende y seamos pequeños y verdes.
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La amenaza de un desastre ambiental generado por la nanotecnología ha surgido en la conciencia pública desde 1987, cuando Eric Drexler describió el escenario apocalíptico de la "sustancia viscosa gris" en su libro "Engines of Creation". En eso, nanomáquinas autorreplicantes invaden el planeta, multiplicando exponencialmente y consumiendo todo a la vista, sin dejar nada más que la sustancia pegajosa de la nanomáquina titular [fuentes:Feder; Drexler].
Desde entonces, preocupaciones más plausibles, como la falta de información disponible sobre la toxicidad y los efectos ecológicos a largo plazo de las nanopartículas, han dominado la discusión, pero también hay una forma más ecológica de ver esta pequeña tecnología. La nanotecnología puede ayudar a mejorar el medio ambiente, ambos abordando problemas existentes intratables (llamados problemas heredados ) y diseñando soluciones sostenibles para el futuro.
Los problemas heredados nos rodean. Si bien la fuga de radiación de la planta de energía nuclear de Fukushima Daiichi y otros incidentes dominan las noticias, Los desafíos de remediación más comunes que enfrentan las comunidades a diario, desde limpiar antiguas estaciones de servicio hasta abordar las más de 1, 500 sitios Superfund solo en los Estados Unidos [fuente:EPA, "Lista de prioridades nacionales del superfondo"].
Hierro a nanoescala ofrece un enfoque seguro para neutralizar disolventes orgánicos clorados, plaguicidas orgánicos a base de cloro como el DDT y los bifenilos policlorados (PCB). Agregue nanopartículas de hierro al tetracloroeteno (un solvente común que se usa en la limpieza en seco) y el hierro se oxida, o se oxida, liberando electrones. La reacción devora estos electrones, dejando el eteno, un hidrocarburo de origen natural.
Los equipos de limpieza pueden inyectar hierro a nanoescala bajo presión en suelo contaminado, donde su pequeño tamaño permite transportarlo en aguas subterráneas o dejarlo en el sitio para su rehabilitación a largo plazo. Fuera del sitio, son igualmente útiles en reactores de lechada o sistemas de filtración. Actualmente, los científicos están investigando aplicaciones para el uso de hierro a nanoescala para tratar también con metales pesados y radionúclidos [fuente:Zhang].
Podemos recurrir a la nanotecnología para satisfacer más aspectos básicos de la salud, necesidades alimentarias y de seguridad, también. Por ejemplo, sistemas de filtración de agua a nanoescala que transforman la contaminación, Las aguas salobres o residuales en agua potable al filtrarlas a presión a través de poros demasiado pequeños para bacterias o virus se han utilizado durante más de una década [fuente:Bradbury].
Ahora que hemos hecho la limpieza y más, veamos algunas de las formas en que la nanotecnología está haciendo nuestro futuro más verde, también.
Soluciones contra la contaminaciónUna de las principales formas en que la nanotecnología podría reducir la contaminación es a través de desmaterialización - la reducción de materiales necesarios para la fabricación. Los productos que pueden autoensamblarse a partir de componentes pequeños usan mucho menos material que los que construimos de arriba hacia abajo, que generan residuos y a menudo requieren disolventes y procesos químicos. Mientras tanto, Los investigadores también están desarrollando formas ingeniosas de monitorear la contaminación, como nanosensores que pueden detectar bioquímicamente contaminación y patógenos, en tiempo real y en grandes áreas [fuente:EPA, "Nanotecnología:Sensores"].
La nanotecnología promete mejorar nuestra perspectiva ambiental al hacernos más rentables por nuestra inversión energética y reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles. Para ver como, considere el coche de su familia. Los vehículos construidos incluso parcialmente con nanomateriales pueden ser más ligeros, y por lo tanto más eficiente en combustible, sin sacrificar la fuerza o la seguridad. Bajo el capó, los nanofiltros pueden eliminar la suciedad de tu jugo de go, para que su vehículo bombee menos contaminación y sufra menos desgaste del motor. Los nanocoatings pueden hacer que los parabrisas y los trabajos de pintura se limpien automáticamente.
Las máquinas ecológicas como los vehículos híbridos y de hidrógeno se beneficiarán aún más. Los ingenieros ya están desarrollando pilas de combustible llenas de nanotubos de carbono para almacenar hidrógeno y aumentar la reactividad. Los nanotubos de carbono también pueden algún día reemplazar al costoso platino como catalizador de pila de combustible de hidrógeno, reduciendo los costos [fuente:Battersby].
Gracias a nanofotónica , el estudio del comportamiento de la luz a nanoescala, la nanotecnología cubre sus necesidades energéticas en el hogar y en la oficina. Los investigadores han desarrollado ventanas, pinturas y recubrimientos de películas que puedan "sintonizar" para reflejar o transmitir longitudes de onda específicas de radiación solar, incluida la energía infrarroja que experimentamos como calor [fuente:Feder]. Es como convertir toda tu casa en una sombrilla durante el verano y una manta en el invierno.
La nanoelectrónica más eficiente se traducirá en artilugios que absorben menos energía y la almacenan de manera más eficiente, una verdadera bendición en nuestra era de gadget-gonzo [fuente:Chmiola]. Puntos cuánticos , también conocidos como nanocristales semiconductores, pronto podría impulsar una tecnología de visualización que reúna tanto la eficiencia como la larga vida útil de los productos orgánicos. la luz emite diodos ( OLED ) y la durabilidad de los tubos de rayos catódicos (CRT) y las pantallas de cristal líquido (LCD) [fuente:Dumé].
Más arriba en la tubería de energía, la nanociencia ofrece la esperanza de ampliar las fuentes de energía alternativas. Los paneles solares impresos con nanopartículas requieren menos componentes para funcionar, lo que significa que hay menos que reparar, mantener o enterrar posteriormente en un vertedero. Con menores costos operativos, estos paneles pueden producir menos energía y seguir siendo rentables [fuente:Markoff]. Los investigadores también han ideado una forma de extraer energía de la diferencia de salinidad entre el agua de mar y el agua de río. La técnica se basa en baterías formadas por electrodos erizados de nanobarras [fuente:La Mantia].
A estas alturas probablemente estés pensando, "Eso está muy bien, pero ¿qué tan ecológicas pueden ser las soluciones de nanotecnología si construirlas crea un desastre tóxico? "Como veremos en la siguiente sección, muchos científicos e ingenieros están preocupados por estos mismos problemas, y se esfuerzan por hacer que la nanotecnología sea más ecológica desde el principio.
La pequeña maravilla de la superficieLa relación entre el área de la superficie de algo y su volumen influye en su balance energético y reactividad. Idealmente, para construir un electrodo o catalizador más eficiente, simplemente empacaría la mayor superficie posible en un volumen determinado. Desafortunadamente, esta proporción mágica disminuye a medida que las cosas aumentan, especialmente en formas compactas como esferas o cuadrados.
El truco consiste en utilizar una forma menos compacta, como un tubo. Como lo demuestran los intestinos humanos y la braquia pulmonar, largo, las estructuras delgadas atascan una gran cantidad de superficie en un espacio pequeño. Teniendo esto en cuenta, no es de extrañar que los investigadores estén agregando nanotubos a los LED, celdas de combustible, dispositivos eléctricos y catalizadores.
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Dado el caos ambiental causado por otras sustancias aparentemente beneficiosas, como el DDT, No es de extrañar que recibamos con escepticismo inventos extraños como los nanotubos de carbono y los puntos cuánticos, especialmente cuando sabemos tan poco sobre sus efectos a largo plazo o su toxicidad [fuente:Goodman].
Además, alimentan estas preocupaciones los hallazgos médicos que revelan los efectos nocivos de ciertas nanopartículas, como los nanotubos de carbono, que causan granulomas pulmonares (esferas de células asociadas con enfermedades) cuando son inhaladas por ratas. Los efectos de otras nanopartículas siguen sin ser concluyentes, especialmente en lo que respecta a los seres humanos, pero los estudios apuntan a que los ingredientes nanométricos de algunos protectores solares causan daño cerebral en ratones y truchas arco iris a través del estrés oxidativo [fuentes:Karn; Choi; Raloff].
Las alternativas naturales a la fabricación a nanoescala pueden ser la clave para mitigar estos problemas. En el caso de protector solar, por ejemplo, Los investigadores han encontrado una nanopartícula potencialmente más segura en la hiedra inglesa. La notoria tenacidad de la vid surge de un "superpegamento" amarillento que exudan sus zarcillos, que se compone de nanopartículas cuatro veces más eficaz como bloqueador solar que el dióxido de titanio o el óxido de hierro. Las partículas son biodegradables, resistente al agua y solo bloquea los rayos ultravioleta [fuente:Raloff].
Idealmente, La construcción sintética a nanoescala funcionaría como una celda, usando simple, Sustancias no tóxicas a temperatura ambiente para ensamblar un producto desde cero y luego reciclar o destruir eficientemente las sobras. Hasta que tales técnicas sean posibles, Los investigadores ecológicos buscan cada vez más el uso de procesos naturales como inspiración y alternativas seguras a los disolventes y otros procesos peligrosos.
Los investigadores ya han encontrado formas de utilizar ciertas bacterias para crear nanoesferas de selenio, telurio, seleniuro de zinc y seleniuro de cadmio a temperatura ambiente, reducir la dependencia de las altas temperaturas, presiones y productos químicos peligrosos [fuente:NNI, "Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS)"].
Productos químicos naturales, como los fitoquímicos que se encuentran naturalmente en las plantas, presentar otra alternativa verde. Toma oro a nanoescala, una sustancia con aplicaciones en pilas de combustible, sensores químicos y herramientas biológicas [fuentes:Tufts; Greenberg]. Lo que antes requería grandes cantidades de disolventes tóxicos inflamables y explosivos ahora se puede fabricar utilizando solo una sal de oro (un compuesto de oro eléctricamente neutro) y una solución de té Darjeeling. canela o comino [fuentes:Schmidt, Nune y col.].
Tan emocionantes como son las posibilidades, Hasta ahora, las nanotecnologías verdes más inspiradoras permanecen en la imaginación de los investigadores. Si o cuando se desarrollan, necesitarán respaldo económico y de mercado para ayudarlos a ser asequibles y lograr un uso generalizado [fuente:Goodman].
Hasta entonces, todos podemos hacer nuestra parte para hacer de la Tierra un lugar más sostenible, en todas las escalas.
Nanopartículas en el cuerpo humanoDebido a que las nanopartículas son tan pequeñas, ignoran la mayoría de las estructuras protectoras del cuerpo, incluida la barrera hematoencefálica que protege nuestra materia gris contra sustancias nocivas. Cuando se inhala o se inyecta, Estos diminutos polizones circulan por el torrente sanguíneo y se depositan en órganos y tejidos, donde pueden acumularse. A medida que se activa la respuesta inmunitaria del cuerpo, puede causar la sobreproducción de ciertos químicos:los necesarios para el metabolismo, pero tóxico cuando se desequilibra. Este "estrés oxidativo" es especialmente dañino para los órganos con altos requerimientos metabólicos, como el cerebro [fuente:Long].
Fuentes
