Una revisión de los temas asociados entre tecnología y medio ambiente, presentada en Ruta N en octubre de 2015

1. NANOTECNOLOGÍA
Y MEDIO AMBIENTE
MME, I.M. Enrique Posada R
Director de Proyectos – Asesor
de Proyectos Especiales
Mateo Jaramillo
Auxiliar de ingeniería
INDISA S.A.
15 de octubre de 2015

2. Qué tienen de especial las nanopartículas?
Poseen propiedades notables
Las nanopartículas se comportan de
manera diferente a las de la mayor
tamaño, aunque sean del mismo
material
Aspectos químicos
 Nanopartículas hidrofílicas / hidrofóbicas
• Nanopartículas dieléctricas /
semiconductoras / metálicas
• Absorción / Difusión
• Área superficial
Nanotubo de Carbono (Michel Ströck)
Febrero 2006
Fullereno C60

3. Preguntas que surgen al considerar
aspectos medio ambientales
¿Qué impactos ambientales puede generar la nanotecnología?
¿Qué tipo de medidas se han adoptado a nivel internacional para
la mitigación de los impactos producidos por la inclusión de la
nanotecnología en productos de consumo?
¿De los tratados ambientales existentes acerca del tratamiento,
manejo y disposición de los residuos generados por la industria
nano cuales se pueden adaptar en Colombia?
¿Qué tipo de legislación debe adoptar Colombia en el marco legal
más inmediato?

4. Riesgos que se desprenden de su naturaleza
Las propiedades de los nanomateriales, tales como área de
la superficie, composición química, tamaño, forma o carga,
tienen una influencia importante en sus características de
naturaleza dañina o toxica. Los nanomateriales pueden ser
igual o más perjudiciales que las partículas o fibras de escala
no nanométrica del mismo material.
Aunque muchas nanopartículas no
sean dañinas por sí mismas, se ha
demostrado que tienen afinidad por
compuestos que sí lo son. Esto se
puede aprovechar para efectos de
limpieza. Pero igualmente, puede dar
lugar a un incremento en los riesgos

5. Los nanomateriales inhalados, según su tamaño, forma y
composición, pueden penetrar y depositarse en diferentes zonas del
aparato respiratorio: en la región extratoráxica, incluyendo la boca;
en las fosas nasales; la laringe y la faringe; en la región de la traquea
y los bronquios; y más internamente, en la región alveolar que
comprende los bronquiolos y los alvéolos. Por su tamaño tan
pequeño pueden penetrar en todas las zonas.
RIESGOS POR
INHALACIÓN
Riesgos que se desprenden de su naturaleza

6. En la cotidianidad…
Como producto de una combustión, el humo del tabaco se compone
de nanopartículas con un tamaño entre los 10 nm y los 700 nm, con un
pico máximo de concentración hacia los 150 nm. El humo tiene una
composición compleja, con mas de 100.000 sustancias químicas.
No es de extrañar que el humo del tabaco puede generar
enfermedades crónicas respiratorias, incluyendo cáncer de pulmón,
cáncer nasal, enfermedades cardiovasculares y tumores malignos.

7. Fuente: Buzea, C.; Pacheco, I.; Robbie, K. Nanomaterials
and nanoparticles: Sources and toxicity. Biointerphases
vol.2, issue 4 (2007), 17-172.
El humo del tabaco:
nanopartículas que se llevan
al sistema respiratorio
deliberadamente

8. Otro caso preocupante: el del humo de la
marihuana, cada vez más presente en el ambiente
La distribución del tamaño de
partículas de humo de cigarrillo o
de marihuana determina el sitio y
la cantidad de deposición en el
aparato respiratorio.
Las partículas ultrafinas son de
importancia toxicológica porque
su deposición en el aparato
respiratorio y su gran área
superficial facilita la adsorción de
los gases potencialmente tóxicos
para el pulmón.

9. Existen estudios que sugieren que las nanopartículas pueden
penetrar a través de los folículos pilosos, donde los constituyentes de
las partículas pueden disolverse y penetrar a través de la piel. La
penetración directa se da para partículas relativamente grandes,
de diámetro de 1000 nm, por ello es de esperar que las
nanopartículas penetran con mayor facilidad.
RIESGOS POR VÍA
DÉRMICA
Riesgos que se desprenden de su naturaleza

10. IMPACTO AMBIENTAL DE LA
NANOTECNOLOGIA
Qué entendemos por
impacto ambiental?
Es el efecto que produce la actividad
humana sobre el medio ambiente.
Técnicamente, es la alteración de
la línea de base ambiental.
Las acciones de las personas sobre el
medio ambiente siempre provocarán
efectos colaterales sobre éste. Por ello
hay que entender estos impactos y
minimizar sus aspectos negativos

11.  Las nanopartículas podrían reaccionar
con sustancias presentes en el medio o
catalizar reacciones presentes el medio
 Podrían llegar a ser tóxicas para los
microorganismos del entorno, lo que
podría daría a pie a una bioacumulación
de la toxicidad en la cadena trófica que
llegaría magnificada a los seres
humanos.
ALGUNOS IMPACTOS
 La capacidad de las nanopartículas para
funcionar como un mecanismo de
transporte también plantea preocupación
por el transporte de metales pesados y
otros contaminantes ambientales.

12.  Para evaluar todos los riesgos implicados por las nanopartículas es
necesario evaluar el ciclo de vida, incluyendo su fabricación,
almacenamiento, distribución, aplicación y la eliminación. El
impacto puede variar en las diferentes etapas del ciclo de vida.
ALGUNOS IMPACTOS
Fuente: http://www.solidworks.es/sustainability/life-cycle-assessment.htm

13. VENTAJAS AMBIENTALES E LA
NANOTECNOLOGIA
Dispositivos para tratamientos de aguas
Se aprovecha de los materiales
como nanotubos de carbono y fibras
de alúmina para la nanofiltración.
Son mas eficientes ya que presentan
unas áreas superficiales grandes y se
pueden limpiar fácilmente.
Pueden eliminar sedimentos, residuos
químicos, partículas cargadas,
bacterias y otros patógenos. También
eliminar trazas de sustancias toxicas e
impurezas en forma de líquidos
viscosos.
Fuente: http://www.clarkfilter.com/

14. Absorbentes de Petróleo
Las fugas de aceites en zonas marinas
son preocupantes y acarrean graves
consecuencias.
Se esta investigando en un nuevo uso
de los aerogeles, modificados con
moléculas que repelen el agua para
mejorar la interacción con el petróleo.
Actúan como una esponja; cuando el
combustible fósil se ha absorbido la
“esponja” se puede eliminar
fácilmente.

15. El uso de envases de plástico tiene
un impacto ecológico negativo.
Aunque existen los biopolímeros,
estos presentan limitaciones como
barreras a la humedad baja y
propiedades mecánicas débiles.
Se puede emplear
bionanocompuestos (incluir
nanopartículas en el biopolímero)
con mejores propiedades
mecánicas y de barrera y
completamente degradable.
Plásticos biodegradables

16. La nano remediación es un
proceso de oxido reducción nano
catalizado, que genera diferentes
reacciones que destruyen una
amplia gama de contaminantes
orgánicos, inorgánicos y metales
nocivos.
Se ha empleado en tratamiento
de aguas subterráneas y en la
recuperación de suelos.
Se adelantan investigaciones
para eliminar contaminantes en el
aire
Nanoremediación

17. Remediación a partir de nanopartículas de hierro. Fuente: www.dgf.cl
Nanoremediación

18. Se ha trabajado en el uso de nanomateriales para propósitos
energéticos como son las celdas solares eficientes, celdas de
combustible y baterías ecológicas. Los proyectos mas avanzados
tiene que ver con el almacenamiento y la conversión, mejoras de
fabricación y el ahorro en energía (por ejemplo un mejor
aislamiento térmico)
Energía

19. Salud
La detección temprana de
enfermedades, su tratamiento precoz
personalizado y un preciso
seguimiento posterior de su evolución
serán cada vez más posibles en los
próximos años gracias a la aplicación
de las herramientas nanotecnológicas
que se están desarrollando
actualmente.
 Nano diagnóstico
 Nanobiosensores
 Dosificación de medicamentos
 Nanomedicina regenerativa
 Neutralización de la enfermedad

20. Salud
Tratamiento del cáncer con nanotecnología. Fuente: Mauro Ferrari. Nature Reviews Cancer 5, 161-171
(March 2005)

21. Científicos del IBEC desarrollan por primera vez Nanomotores
biocompatibles que se propulsan con azúcar.
Investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC)
(España) y sus colaboradores han desarrollado nanomotores para
aplicaciones biomédicas que son propulsados por enzimas, como la
glucosa oxidasa, que los hace completamente biocompatibles.
http://noticiasdelaciencia.com/not/16415/cientificos-del-ibec-desarrollan-por-primera-vez-nanomotores-biocompatibles-que-
se-propulsan-con-azucar/

22. Nanocintas moleculares utilizables como autopistas para electrones
Se ha desarrollado un método para
sintetizar un tipo novedoso y único de
material que se parece a una
nanocinta de grafeno pero en versión
molecular en vez de atómica. Este
material podría contribuir a mejoras
clave en las celdas solares orgánicas.
Las nanocintas están integradas por
moléculas de un compuesto de
nombre abreviado como PCBM, y que
en la práctica es como una molécula
de fullereno equipada con un “brazo”
lateral para incrementar su solubilidad.
http://noticiasdelaciencia.com/not/16403/na
nocintas-moleculares-utilizables-como-
autopistas-para-electrones/

23. Usando componentes de tamaño nanométrico, unos
investigadores han demostrado el funcionamiento de la primera
rectena óptica, un dispositivo que combina las funciones de una
antena y un rectificador para convertir luz directamente en
corriente continua.
Basadas en nanotubos de carbono de paredes múltiples y en
diminutos rectificadores fabricados sobre ellos, las rectenas ópticas
podrían proporcionar una nueva tecnología para fotodetectores
que operarían sin la necesidad de refrigeración, recolectores de
energía que convertirían el calor residual en electricidad, e incluso
una nueva clase de dispositivos para capturar energía solar de
forma eficiente.
Nace la “rectena” óptica, fusión de antena y rectificador, para
convertir luz en corriente eléctrica continua

24. Nanopartículas para aumentar en un 200% la producción de biogás
La labor conjunta entre un centro de
investigación -el Instituto Catalán de
Nanociencia y Nanotecnología (ICN2)- y
una universidad -la Autónoma de
Barcelona- da resultados aplicables al
mercado. De hecho, juntos han
conseguido poner en marcha una spin
off, Applied Nanoparticles, para trasladar
su último descubrimiento, una tecnología
que aumenta en un 200% la producción
de biogás mediante la introducción
controlada de nanopartículas de óxido
de hierro en los procesos de tratamiento
de los residuos orgánicos.
http://www.elmundo.es/economia/2014/
10/22/54467ac022601deb7d8b4580.html

25. ACERCA DE LA SOSTENIBILIDAD
 Ambiental
 Uso de recursos renovables
 Procesos energéticamente eficientes
 Residuos no tóxicos
 Social
 Equidad y disponibilidad de los recursos necesarios para el
desarrollo en una sociedad
 Económica
 Requiere un beneficio económico o al menos ser viable

26.  The Center for Sustainable Nanotechnology
 NSI- Nanotechnology Signature Initiative
 The Sustainable Nanotechnology Organization (SNO)
Entidades e iniciativas que se ocupan con la
sostenibilidad de la nanotecnología

27.  Gran parte de los materiales y
procesos usados en la actualidad
para la fabricación de nano
productos, aparte de que en
general no son renovables
generan residuos peligrosos.
 Se esta desarrollando una nueva
tendencia para crear nano
materiales verdes
 Implican el uso de fuentes
naturales, solventes no tóxicos y
procesos energéticamente
eficientes
Alternativas para la sostenibilidad

28.  Además de esto se estudia la
forma de disminuir el efecto de las
nano partículas nocivas, tal como
la síntesis de las nano partículas
de metal mediante el uso de
extractos de plantas,
biopolímeros, vitaminas, proteínas
y péptidos.
 El uso de recursos naturales ricos
en carbón para la fabricación de
nanotubos y nano celulosa
Alternativas para la sostenibilidad

29. Las alternativas de calentamiento son las
formas mas investigadas para el desarrollo
de procesos de fabricación sostenibles y
amigables con el ambiente.

30.  Estos desarrollos se encuentran a
nivel de pruebas y laboratorio.
 Su implementación para la
producción industrial requiere altas
inversiones.
 Para que se justifiquen, hay que
tener claro que dan lugar a ahorros y
menos costos de producción.
 Desde otro punto de vista, los
cambios se justifican en la medida
que lleven al cumplimiento de
normativas o exigencias legales o del
merecado.
Retos para garantizar la sostenibilidad de la
Nanotecnología

31. ¿Qué tipo de medidas se han adoptado a
nivel internacional para la mitigación de
los impactos producidos por la inclusión
de la nanotecnología en productos de
consumo?
Al respecto vale la pena mencionar que en muchos
sentidos este es un campo nuevo.
Presentamos las siguientes consideraciones
(basadas en
Nanomaterials and nanoparticles: Sources and toxicity, Buzea et al.
In Biointerphases vol. 2, issue 4 (2007) pages MR17 - MR172 )

32. CONSIDERACIONES
La exposición humana a las nanopartículas de fuentes naturales y
antropogénicas ha ocurrido desde tiempos antiguos y se ha
aumentado como resultado de los procesos de combustión y del
desarrollo industrial.
Sin embargo no se tiene claro conocimiento de sus efectos
climáticos y ambientales.
Es natural asumir que el desarrollo de la nanotecnología va a
afectar negativamente la salud pública, especialmente si no se
fabrican y se manipulan los nuevos materiales nano de forma
segura. Hay que desarrollar métodos de eliminación, de control de
sus emisiones, de reciclaje.
Ya hay mucha información sobre los aspectos negativos de la
toxicidad de nanopartículas, relacionados con epidemiología
animal, humana, y en estudios de cultivos celulares

33. Los estudios sobre la relación entre los niveles de contaminación
de partículas y las enfermedades respiratorias y cardiovascular y
la mortalidad, se enfocan cada vez más hacia el impacto de las
partículas más pequeñas, ya no de escala micrométrica, sino
nanométrica).
Esto tiene que ver con el hecho de que algunas nanopartículas
son capaces de entrar en el cuerpo, y rápidamente migrar a los
órganos a través de los sistemas circulatorio y linfático.
Las personas con enfermedades pre-existentes (asma, diabetes)
se muestran más propensas a los efectos tóxicos de las
nanopartículas. Los factores genéticos también pueden
desempeñar un papel importante, lo mismo que los niveles de
exposición.
No cabe duda que los trabajadores de las industrias relacionadas
con la nanotecnología van a estar potencialmente expuestos a los
nuevos nanomateriales artificiales (los cuales tienen nuevos
tamaños, formas y propiedades fisicoquímicas)

34. Se requieren nuevas estrategias de vigilancia y control de estas
exposiciones.
Surge una nueva disciplina, la nanotoxicología, que puede facilitar
el desarrollo seguro de las nuevas industrias basadas en la
nanotecnología. Hay que abarcar en este campo también los
abundantes nano materiales generados por la naturaleza y la
contaminación tradicional.
Por otra parte la capacidad de las nanopartículas para entrar en
las células y afectar su función bioquímica los hace herramientas
importantes a nivel molecular.
Las propiedades tóxicas de las nanopartículas pueden
aprovecharse para mejorar la salud humana cuando se las utiliza
para atacar células cancerosas, bacterias dañinas y virus. Pero
hay que tener en cuenta los efectos secundarias potencialmente
negativos.

35. ALGUNOS TEMAS A PROFUNDIZAR
Análisis de las características físicas y químicas de las
nanopartículas (impactos de sus tamaños, de la composición, de
sus estructuras cristalinas, de sus morfología, de sus propiedades
electromagnéticas, de su reactividad, de sus propiedades de
agregación y de sus comportamiento cinéticos, entre otros)
Hay que advertir que las propiedades mismas se están
descubriendo, ya que la escala nano muestra comportamientos
sorprendentes y diferenciados, según tamaños y formas.
Se requiere trabajo sistemático y laborioso para correlacionar la
toxicidad con las propiedades Ir más allá de las correlaciones
empíricas y establecer relaciones con las propiedades. Hay que
intentar llegar hasta el nivel predictivo, dado el ritmo al cual se
están generando sustancias nano.

36. Hay que estudiar la cinética y las interacciones bioquímicas de las
nanopartículas dentro de los organismos. Aspectos como las vías
de interacción, la translocación, la acumulación, la toxicidad a
corto y largo plazo, las interacciones con las células, los
receptores y el sistema inmunológico, entre otros..
Hay que profundizar en el conocimiento de los efectos de la
exposición a las nanopartículas en los sistemas linfático e
inmunológico, y en los diversos órganos.
Hay que aclarar el posible papel de las nanopartículas en las
enfermedades recientemente asociadas con ellas (como la
enfermedad de Crohn, las enfermedades neurodegenerativas, las
enfermedades autoinmunes y el cáncer).
Hay que intensificar el empleo de las técnicas de caracterización
a escala nano para identificar la presencia de nanopartículas en
los órganos o tejidos afectados, e identificar los mecanismos
pertinentes.

37. Otros temas de investigación importantes son el envejecimiento
de las nanopartículas, las modificaciones de sus superficies, los
cambios en los estados de agregación, los impactos de sus
interacciones con el medio ambiente, con biomoléculas y con
otras sustancias químicas dentro de los organismos.
¿Ocurren cambios favorables o desfavorables con estas
interacciones o modificaiones?
Búsqueda de formas de reducir la toxicidad de nanopartículas
El entendimiento de estos impactos requiere un enfoque
multidisciplinario y un activo diálogo entre los involucrados.
Hay que analizar aspectos dispares y contradictorios, a nivel de
fabricación, científico, químico, toxicológico, epidemiológico,
ambiental, industrial y política, entre otros.

38. Hay que preparar disciplinadamente resúmenes sistemáticos, para
poder discutir los conocimientos actuales en los diversos campos
nano, estableciendo un vocabulario común.
Hay que hacer reuniones de científicos de los diferentes campos,
así como los responsables políticos y la sociedad en general.
Los resúmenes deben incluir accesibilidad a los públicos
interesados
Hay que sugerir métodos y formas para reducir al mínimo la
exposición humana a las nanopartículas, y por lo tanto lograr
reducción de los efectos adversos para la salud.
Los estados y las organizaciones internacionales deben
establecer políticas estrictas de calidad del aire, con base en
métodos de medición normalizados y el establecimiento de límites
de exposición.

39. A la luz de su toxicidad potencial, la comercialización de
nanopartículas en productos dietéticos y cosméticos, así como en
productos de consumo deben ser regulados. Esto, en forma distinta
a la que se emplea para los materiales del mismo tipo, de tamaño
grande y a granel.
Hay que someter las situaciones a preguntas y análisis sobre:
• Biocompatibilidad
• Transformación
• Acumulación en el cuerpo
• Efectos a largo plazo de la absorción y la acumulación
• Reciclaje de materiales nano
Hay que hacer más investigación sobre las implicaciones
ecológicas y ambientales de las partículas nano de origen natural
y sobre la contaminación por nanopartículas antropogénicas.

40. Es posible que las nanopartículas desempeñen un papel
importante en los potenciales desequilibrios del clima mundial,
más allá de que los cambios actuales climático antropogénico se
atribuyan ante todo a los gases de efecto invernadero.
Por ejemplo, se considera que la combustión de la madera no
contribuye r al cambio climático, cuando se la mira desde un
simple cálculo de la liberación de carbono y de su
fijación, lo cual lleva a declarar que tal quema de madera es una
fuente de energía "renovable", benigna para el ambiente.
Si embargo, hay que considerar la correspondiente
contaminación de nanopartículas y la necesidad de una mejor
contabilidad de los flujos de CO2, para que tales consideraciones
si sean válidas

41. Los avances en la nanotecnología se reflejan en la enorme
cantidad de publicaciones sobre nanotecnología. En
comparación, el número de publicaciones sobre la toxicidad de
nanopartículas es mucho menor.
En parte esto se debe a que la financiación disponible para los
estudios de toxicidad es baja y a cargo sobre todo de entidades
relacionadas con el estado.
Hay que examinar alternativas para que haya más intensidad de
estudios en este campo. Por ejemplo, que una fracción de los
ingresos asociados con la producción y comercialización de
materiales nano se dedican a estimular estos estudios.
Si no hay compromiso, puede suceder que se generen sufrimientos
humano s y daños al medio ambiente. Se puede pensar que
todavía el riesgo es bajo, pero va aumentar con rapidez. Es el
momento de actuar responsablemente.

42. El desarrollo de la nanotecnología y los estudios sobre algunos
aspectos dañinos de la particulas nano emitidas al medio
ambiente por causas naturales y fuentes antropogénicas, han
empezado a generar conciencia.
Es de esperar que esta nueva conciencia dará lugar a
reducciones significativas en la exposición humana a estas
sustancias potencialmente dañinas.
Con un mayor conocimiento y estudio habrá mayor probabilidad
de encontrar un manejo adecuado a las enfermedades asociadas
a la exposición de nanopartículas,
Hay que prever un futuro con mejor informada, y una
manipulación más cautelosa de los nanomateriales artificiales.
Igualmente el desarrollo y la promulgación de leyes y de
políticas de gestión de seguridad que abarquen los distintos
aspectos relacionados con lo nano.

43. MUCHAS GRACIAS POR SU
AMABLE ATENCIÓN
Enrique Posada Restrepo
enrique.posada@indisa.com
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