El estudio, publicado en RSC Sustainability, destaca el potencial de ampliar esta tecnología para aplicaciones más amplias, incluida la eliminación de otros contaminantes como PFAS y microplásticos. (Crédito: Investigadores del MIT y Georgia Tech)

Las cervecerías desechan miles de toneladas de levadura sobrante cada año. Investigadores del MIT y Georgia Tech han descubierto una forma innovadora de reutilizar estos desechos: usar levadura para absorber el plomo del agua contaminada.

Biosorción: una solución sostenible

Los investigadores han aprovechado la biosorción, donde las células de levadura pueden absorber rápidamente trazas de plomo y otros metales pesados ​​del agua. Encapsularon la levadura dentro de cápsulas de hidrogel para crear un filtro de agua eficiente. La levadura encapsulada se puede eliminar fácilmente del agua después de la purificación, lo que hace que el proceso sea práctico y sostenible.

"Tenemos el hidrogel que rodea la levadura libre que existe en el centro, y esta es lo suficientemente porosa como para permitir que entre agua, interactúe con la levadura como si se movieran libremente en el agua y luego salga limpia", dice Patricia Stathatou , una ex postdoctorado en el MIT y ahora científico investigador y profesor asistente entrante en Georgia Tech. "El hecho de que la levadura en sí sea de origen biológico, benigna y biodegradable es una ventaja significativa sobre las tecnologías tradicionales".

Investigación y colaboración

El estudio, publicado en la revista RSC Sustainability, fue dirigido por los estudiantes graduados del MIT Devashish Gokhale y Stathatou. Patrick Doyle, profesor Robert T. Haslam de Ingeniería Química del MIT, fue el autor principal, con contribuciones de Christos Athanasiou, profesor asistente en Georgia Tech y ex académico visitante del MIT.

La colaboración comenzó en 2021 cuando Stathatou y Athanasiou, que entonces trabajaban en el Centro de Bits y Átomos del MIT, descubrieron que la levadura residual de una sola cervecería de Boston podría potencialmente tratar el suministro de agua de la ciudad. El desafío consistía en eliminar eficazmente la levadura del agua después de que absorbiera el plomo. Este problema se resolvió cuando conocieron a Gokhale en la Reunión Anual de AIChE, donde presentó su trabajo sobre hidrogeles para capturar microcontaminantes. Combinaron su experiencia y encapsularon la levadura en hidrogeles desarrollados por Gokhale y Doyle.

El proceso de encapsulación

Gokhale explica: “Lo que decidimos hacer fue hacer estas cápsulas huecas, algo así como una pastilla multivitamínica, pero en lugar de llenarlas con vitaminas, las llenamos con células de levadura. Estas cápsulas son porosas, por lo que el agua puede entrar en las cápsulas y la levadura puede unir todo ese plomo, pero la levadura en sí no puede escapar al agua”.

Las cápsulas de aproximadamente medio milímetro de diámetro están hechas de polietilenglicol (PEG), un polímero comúnmente utilizado en aplicaciones médicas. El proceso consiste en mezclar levadura liofilizada con subunidades de polímero en agua y luego exponer la mezcla a la luz ultravioleta, que forma las cápsulas con la levadura atrapada en su interior.

Robustez mecánica y escalabilidad

Dirigido por Athanasiou, el equipo probó la estabilidad mecánica de las cápsulas de hidrogel, asegurándose de que pudieran soportar fuerzas similares a las de los grifos domésticos y las plantas de tratamiento de agua más grandes. Este aspecto es crucial para la escalabilidad, siempre que las cápsulas y la levadura del interior permanezcan intactas durante los procesos de tratamiento del agua.

Los investigadores construyeron una prueba de concepto de biofiltro de lecho compacto capaz de tratar continuamente agua contaminada con trazas de plomo durante 12 días, cumpliendo con las pautas de la EPA . Este método consume potencialmente menos energía que los procesos tradicionales como la precipitación y la filtración por membrana.

Justicia ambiental y aplicaciones futuras

Esta tecnología incorpora principios de economía circular, reduciendo potencialmente los residuos y el impacto ambiental al mismo tiempo que fomenta oportunidades económicas en las comunidades locales. Es particularmente significativo para áreas de bajos ingresos con acceso limitado a agua potable y recursos para remediación.

"Creemos que hay un aspecto interesante de justicia ambiental en esto, especialmente cuando se comienza con algo tan económico y sostenible como la levadura, que básicamente está disponible en cualquier lugar", señala Gokhale .

De cara al futuro, el equipo pretende desarrollar estrategias para reciclar y reemplazar la levadura usada, explorar hidrogeles derivados de biomasa e investigar el potencial de la levadura para capturar otros contaminantes, como PFAS y microplásticos .

"En el futuro, esta es una tecnología que puede evolucionar para abordar otros contaminantes traza de interés emergente", añade Stathatou . "Realmente vemos esto como un ejemplo con muchas aplicaciones potenciales en el futuro".

Esta investigación fue financiada por la Beca Rasikbhai L. Meswani para Soluciones de Agua, el Laboratorio de Sistemas de Agua y Alimentos Abdul Latif Jameel del MIT (J-WAFS) y el Instituto de Bioproductos Renovables de Georgia Tech.

Al reutilizar los desechos de las cervecerías, estos investigadores han desarrollado un método prometedor para purificar el agua contaminada, destacando el potencial de soluciones innovadoras y sostenibles para abordar los desafíos ambientales y de salud pública.