La industria mundial de productos del mar está experimentando un crecimiento sin precedentes, impulsado por el aumento de la población y los cambios en las preferencias alimentarias. La acuicultura, como fuente clave de productos del mar, desempeña un papel fundamental para satisfacer esta demanda. Sin embargo, la industria enfrenta numerosos desafíos, incluidos brotes de enfermedades, problemas de calidad del agua y preocupaciones ambientales.
La nanotecnología, con sus propiedades y aplicaciones únicas, ofrece soluciones prometedoras para estos desafíos. Los científicos de la Nanyang Technological University (Singapur) y de la Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum Für Polar- Und Meeresforschung (Alemania) publicaron una revisión científica en donde exploran los usos de la nanotecnología para abordar los desafíos urgentes que enfrenta la industria de la acuicultura.
Impacto ambiental de la acuicultura
Los desafíos ambientales que plantea la acuicultura son significativos y crecientes. La disminución de los niveles de oxígeno disuelto (OD) y el aumento de las concentraciones de fósforo, cobre, materia orgánica, amoníaco y otros nutrientes en los entornos acuáticos han sido bien documentados. Estos factores han afectado negativamente la salud y el rendimiento de los organismos acuáticos, lo que pone de relieve la necesidad de una gestión eficaz de la calidad del agua.
La acuicultura no es el único contribuyente a la contaminación del agua; la escorrentía agrícola que contiene insecticidas y herbicidas, junto con los vertidos industriales, también exacerban los problemas de calidad del agua. Por lo tanto, abordar la calidad del agua a través de métodos innovadores y eficaces es fundamental para la sostenibilidad de la industria de la acuicultura.
El uso de la nanotecnología en la acuicultura
Las tecnologías convencionales para el tratamiento del agua, como el cribado o la sedimentación, han demostrado ser ineficientes y costosas para cumplir con las normas ambientales. Estos métodos se basan principalmente en la separación física, que a menudo es inadecuada para eliminar patógenos más pequeños como virus, bacterias y protozoos, lo que requiere pasos adicionales y genera costos adicionales.
La nanotecnología ha surgido como una solución prometedora para estos desafíos. Definida como la manipulación y producción de materiales a escala nanométrica (1-100 nm), la nanotecnología aprovecha fenómenos y propiedades únicos de la materia que ocurren a tales escalas. Este enfoque se ha adoptado cada vez más en varios sectores, incluida la acuicultura, donde ofrece soluciones económicamente viables y ambientalmente estables.
Beneficios de los nanomateriales en la acuicultura
Los nanomateriales, con sus diversas formas químicas (como nanometales, óxidos metálicos y materiales a base de carbono), propiedades superficiales únicas, reactividad química y formas (como nanopelículas, nanocables, nanotubos y nanoagujas), poseen estructuras especiales y una mayor relación área-volumen. Estos atributos les permiten desempeñar un papel crucial en varias áreas de la acuicultura:
Nanotecnología para la desinfección y la regulación de la calidad del agua
Las nanopartículas, debido a su pequeño tamaño y gran superficie, exhiben propiedades antimicrobianas excepcionales. Se pueden utilizar para desinfectar el agua y controlar patógenos, lo que reduce el riesgo de brotes de enfermedades en los sistemas de acuicultura. Por ejemplo, se ha demostrado que las nanopartículas de plata son efectivas contra una amplia gama de bacterias y virus.
Nanosensores avanzados para el monitoreo de la calidad del agua
Los nanosensores brindan monitoreo en tiempo real de parámetros de calidad del agua como pH, temperatura, oxígeno disuelto y niveles de nutrientes. Esto permite la detección temprana de cambios ambientales y una intervención rápida para prevenir efectos adversos sobre los organismos de la acuicultura. Además, los nanosensores se pueden utilizar para detectar y monitorear floraciones de algas nocivas, que pueden contaminar el agua y representar riesgos para la vida acuática.
Nanomateriales para la remediación de aguas residuales
Las operaciones de acuicultura generan cantidades significativas de aguas residuales que pueden contener contaminantes como nutrientes, antibióticos y materia orgánica. Los nanomateriales, como los nanotubos de carbono y el óxido de grafeno, se pueden utilizar para absorber y eliminar estos contaminantes de las aguas residuales, reduciendo el impacto ambiental.
Nanotecnología para la gestión integral de la acuicultura
Más allá de la desinfección, el control de la calidad del agua y el tratamiento de aguas residuales, la nanotecnología tiene aplicaciones potenciales en otras áreas de la gestión de la acuicultura. Por ejemplo, los nanomateriales se pueden utilizar para desarrollar sistemas de liberación controlada para suministrar nutrientes y medicamentos a los organismos de la acuicultura, mejorando la eficiencia de la alimentación y reduciendo el riesgo de contaminación ambiental.
El futuro de la nanotecnología en la acuicultura
La aplicación de la nanotecnología en la acuicultura ha avanzado de forma constante a lo largo de los años, abordando múltiples desafíos que antes se consideraban insolubles. Sin embargo, los estudios y revisiones existentes se han centrado principalmente en el uso de nanomateriales en la remediación general del agua o de las aguas residuales. Existe una necesidad apremiante de una investigación exhaustiva que examine específicamente el papel de los nanomateriales en la acuicultura, en particular en áreas relacionadas con el control y la desinfección de la calidad del agua.
Superar los desafíos para la comercialización
Si bien la nanotecnología ofrece un inmenso potencial para la acuicultura, existen varios desafíos que deben abordarse antes de su adopción generalizada. Entre ellos se incluyen los obstáculos regulatorios, las preocupaciones sobre los posibles impactos ambientales y los altos costos asociados con la producción y aplicación de nanomateriales. Sin embargo, los esfuerzos de investigación y desarrollo en curso se centran en abordar estas cuestiones y allanar el camino para la comercialización de la nanotecnología en la industria de la acuicultura.
Conclusión
La nanotecnología tiene el potencial de revolucionar la industria de la acuicultura al brindar soluciones innovadoras a sus desafíos más urgentes. Desde la desinfección y el monitoreo de la calidad del agua hasta el tratamiento de aguas residuales y la gestión de la acuicultura, los nanomateriales ofrecen una amplia gama de aplicaciones.
El estudio fue financiado por el Singapore Ministry of Education y la Nanyang Technological University.
Contacto
Kit Wayne Chew
School of Chemistry, Chemical Engineering and Biotechnology, Nanyang Technological University, 62 Nanyang Dr, 637459, Singapore
Correspondence to: N1.2, B2-34, 62 Nanyang Dr. Singapore 637459.
Email: kitwayne.chew@ntu.edu.sg
Referencia
Foo, W. H., Chia, W. Y., Ende, S., Chia, S. R., & Chew, K. W. (2024). Nanomaterials in Aquaculture Disinfection, Water Quality Monitoring, and Wastewater Remediation. Journal of Environmental Chemical Engineering, 113947. https://doi.org/10.1016/j.jece.2024.113947
