La tecnología de nanoburbujas ha surgido como una innovación poderosa en el tratamiento de aguas, y en particular en el sector acuícola, ofreciendo beneficios sustanciales para la salud y el bienestar de los organismos acuáticos. Las nanoburbujas en el agua de los tanques de crianza proporcionan un nivel de oxígeno disuelto más alto y un ambiente más saludable para especies acuícolas, lo que aumenta la eficiencia y sostenibilidad de los sistemas de cultivo.
Este artículo explora cómo la tecnología de nanoburbujas están revolucionando las prácticas acuícolas, los factores que tienes que tener en cuenta al elegir un generador de nanoburbujas, una descripción general de las principales empresas que comercializan la tecnología de nanoburbujas y los desafíos que aún se deben superar.
¿Qué es una Nanoburbuja?
De acuerdo con Atkinson et al., (2019) las nanoburbujas “son paquetes esféricos estables de gas dentro de un líquido y se definen operativamente como aquellos que tienen diámetros inferiores a 1000 nm (<1 μm), aunque normalmente están en el rango de 100 nm en una dimensión”.
El tamaño ultra pequeño de las nanoburbujas les confiere varias propiedades físicas únicas que las hacen muy diferentes de las burbujas normales (Khan et al., 2020), y les permite permanecer suspendidas en el agua durante mucho más tiempo en comparación con las burbujas convencionales. Además, su capacidad para mejorar la transferencia de oxígeno y otros gases en el agua ha posicionado a esta tecnología como una opción ideal para tratamiento de agua en la acuicultura.
La tecnología de nanoburbujas permite mejorar los sistemas de aireación. Esta alta densidad de oxígeno es fundamental en ambientes de cultivo intensivo, donde el intercambio de gases y la oxigenación constante resultan críticos para la salud de los organismos acuáticos. Por otro lado, las nanoburbujas vienen siendo empleadas en el tratamiento de aguas servidas, la acuicultura, hidroponía, acuaponía, remoción de floraciones de algas y biopelículas microbianas.
Importancia de las Nanoburbujas en la Calidad del Agua
Uno de los beneficios más importantes de la tecnología de nanoburbujas es su capacidad para mejorar significativamente la calidad del agua en entornos acuícolas. Las nanoburbujas ayudan a eliminar contaminantes y a descomponer materiales orgánicos en el agua, lo que reduce la cantidad de químicos necesarios para mantener una calidad de agua adecuada para los organismos criados.
Oxigenación Prolongada
Debido a su pequeño tamaño, las nanoburbujas permanecen en el agua por más tiempo, proporcionando una fuente constante de oxígeno a los peces, camarones y moluscos bivalvos en acuicultura. Marcelino et al., (2022) destaca que la tecnología de nanoburbujas también puede mantener altos niveles de oxígeno disuelto en la fase acuosa en comparación con la aireación convencional. Al respecto, Tari y Ramasre (2024) reportan que eficiencia de disolución de oxígeno en la nanoburbuja es del 85 por ciento, lo que es significativamente más de tres veces mayor que la de la aireación convencional.
Eliminación de Patógenos
Otro beneficio clave es la capacidad de la tecnología de nanoburbujas para inactivar patógenos y reducir la proliferación de enfermedades en los sistemas acuícolas. Las nanoburbujas pueden introducir oxígeno reactivo que ayuda a oxidar bacterias y otros microorganismos dañinos, protegiendo así la salud de los peces, crustáceos o moluscos. Al respecto, Shiroodi et al., (2021) reporta que las nanoburbujas podría ser una tecnología viable para eliminar las biopelículas microbianas de las superficies y mejorar la eficacia de los desinfectantes convencionales.
Reducción en el uso de Químicos
Lyu et al., (2019) destaca que la tecnología de nanoburbujas puede ofrecer un enfoque rentable sin reactivos que genera numerosas especies reactivas de oxígeno (ROS); que son oxidantes poderosos que pueden degradar eficazmente los contaminantes y patógenos en el agua. Según Atkinson et al., (2019) la capacidad de producción de ROS es el aspecto más destacado de la tecnología de nanoburbujas debido a que reduce el uso de oxidantes de base química.
Agregación de partículas mejorada
Las NB pueden unir partículas, lo que facilita su eliminación a través de filtración o sedimentación.
Propiedades antiincrustantes
La tecnología de nanoburbujas pueden ayudar a reducir las incrustaciones en las superficies, mejorando la eficiencia de los sistemas de tratamiento de agua.
Aplicaciones Prácticas de la tecnología de nanoburbujas en Acuicultura
La inclusión de generadores de nanoburbujas en los sistemas de acuicultura está en aumento debido a los beneficios tangibles que aporta esta tecnología. A continuación, se describen algunas de las aplicaciones prácticas en acuicultura:
Mejora del Crecimiento de Especies Acuáticas
Al mejorar la oxigenación, las nanoburbujas promueven el crecimiento saludable y rápido de especies acuáticas. Esto resulta en una producción más eficiente y sostenible, especialmente en sistemas intensivos de cultivo. De acuerdo con FAO (2022) el uso de la tecnología de nanoburbujas podría duplicar la producción de camarones.
Yaparatne et al., (2024) reportó que las nanoburbujas mejoran la productividad significativamente, la tasa de crecimiento, la cosecha total, y la tasa de supervivencia en el cultivo de peces y camarones. En el mismo sentido, Rahmawati et al., (2021) investigó los efectos de las nanoburbujas en el entorno de crecimiento camarones Penaeus vannamei; y concluyen que la nanoburbuja logró mantener el oxígeno disuelto en el rango óptimo y afectó significativamente el crecimiento del camarón.
Reducción del Estrés en los Peces
Las nanoburbujas ayudan a reducir los niveles de estrés en los peces al ofrecer un suministro continuo de oxígeno, lo cual es vital en sistemas con alta densidad de población.
Control de Algas y Microorganismos
La capacidad de las nanoburbujas para descomponer nutrientes y materiales orgánicos en el agua también ayuda a controlar el crecimiento de algas y la acumulación de desechos. Esto es fundamental en acuicultura, ya a que, por ejemplo, el exceso de algas puede consumir oxígeno y crear condiciones perjudiciales para los peces.
Ng et al., (2023) determinó que las nanoburbujas de ozono en una dosis baja de 0,025 ± 0,003 ppm fue suficiente para reducir las algas (Nitzschia sp.) en un 66,4 % en los 5 minutos posteriores al tratamiento.
Control de bacterias y virus infecciosos
La aplicación de NB demostró un control eficaz de bacterias y virus infecciosos y, por lo tanto, aumentó la supervivencia de los peces, así como diferentes patrones de expresión genética que inducen respuestas inmunes a las infecciones (Yaparatne et al., 2024). Nghia et al., (2021) investigó la capacidad de las nanoburbujas para reducir Vibrio parahaemolyticus (cepa AHPND) y mejorar la calidad del agua, y concluyó que en dosis efectivas, las nanoburbujas se pueden utilizar en las granjas acuícolas para controlar V. parahaemolyticus y aumentar los niveles de oxígeno.
Por su parte, Dien et al., (2022) investigó el impacto desinfectante de las nanoburbujas de oxígeno y ozono (NB-O2 y NB-O3) en un fago específico de Aeromonas hydrophila; y concluyó que una aplicación con NB-O2 mejora la eficacia de la terapia con fagos en la acuicultura de la tilapia del Nilo (Oreochromis niloticus), mientras que la aplicación de NB-O3 puede ser útil para la desinfección de virus dañinos en el agua de cultivo, pero la aplicación debería omitirse durante el tratamiento con fagos.
Los resultados de la investigación de Dinh et al., (2024) demostraron la eficacia de las nanoburbujas de ozono (NB-O3) para desinfectar el agua y mitigar el riesgo de micobacteriosis (Mycobacterium chelonae) en los peces betta (Betta splendens); lo que ofrece una solución prometedora para el control de enfermedades en la industria de los peces ornamentales.
Remoción de compuestos nitrogenados
Lu et al., (2024) combinó la aireación con nanoburbujas con compuestos de múltiples fuentes de carbono a base de hierro para estimular los desnitrificadores aeróbicos, y demostró un aumento en la tasa de eliminación de nitrógeno total (NT) de 14,07% y 7,46%, respectivamente, alcanzando 89,75%. Por su parte, Ramiro et al., (2024) destaca que los sistemas de aireación con nanoburbujas como con microburbujas resultaron eficaces para controlar el nitrógeno amoniaco total (TAN), un parámetro crucial de la calidad del agua para el camarón.
Suriasni et al., (2023) enfatiza que la aireación con burbujas finas y nanoburbujas tienen perspectivas muy positivas para mejorar el rendimiento del biofiltro, aunque actualmente no se utilizan ampliamente en los Sistemas de Recirculación para la Acuicultura (RAS).
Incremento de la eficiencia de la vacunación
Las vacunas se han convertido en la principal herramienta para enfrentar las enfermedades que afectan las especies acuícolas. En este sentido, además de desarrollar nuevas vacunas para los diferentes virus infecciosos, los científicos están en la búsqueda de incrementar la eficiencia de las vacunas existentes.
Linh et al., (2022) reportó que cuando se combinó con la vacunación por inmersión contra Streptococcus agalactiae, el pretratamiento con nanoburbujas de ozono (NB-O3) mejoró aún más la eficacia de la vacuna; además, los peces vacunados que recibieron el pretratamiento con NB-O3 exhibieron niveles más altos de anticuerpos IgM específicos, lo que indica una respuesta inmunitaria humoral más fuerte.
Transporte de larvas
Devkota et al., (2023) informó que el agua con nanoburbujas de oxígeno crean un entorno más beneficioso para la supervivencia y el bienestar de los peces, superando a otros métodos de aireación en el mantenimiento de la viabilidad de los peces durante el tránsito, lo que indica su potencial para mejorar los resultados del transporte de peces vivos.
Por su parte, Tari y Ramasre (2024) reportan que las nanoburbujas se pueden utilizar para aumentar la tasa de supervivencia de las larvas de peces durante el transporte; y destacan que el tratamiento con nanoburbujas tuvo un efecto muy significativo en la tasa de supervivencia de las semillas de camarón después de 24 horas.
Métodos para la producción de nanoburbujas
Existe diferentes métodos para generar nanoburbujas, entre ellas podemos destacar la cavitación, la electrólisis, la cavitación electroquímica, la aplicación de una membrana de nanoporos, la cavitación hidrodinámica, la agitación mecánica, la sonoquímica con ultrasonidos, el método de diferencia de temperatura, el intercambio de alcohol-agua y los nanosustratos de oro activados por láser (Ovissipour, 2021). Por su parte, Chaurasia et al., (2023) y Tari y Ramasre (2024) describen algunos de los principales procesos para producir nanoburbujas:
- Método de cavitación: Los NB se producen mediante la creación de cavidades dentro del sistema que provocan una reducción de la presión en esa zona por debajo de su valor crítico.
- Método de presión gas-líquido: Incluye la presurización de una mezcla gas-líquido para inducir la formación de burbujas a escala nanométrica dentro del líquido. Esta técnica se controla para producir burbujas del tamaño requerido.
- Método hidrodinámico: El método hidrodinámico disuelve las moléculas gaseosas en las moléculas líquidas comprimiendo hidrodinámicamente el flujo de gas en el líquido. Esta mezcla se libera a través de boquillas de tamaño nanométrico para generar nanopartículas a baja presión.
- Método de presión de onda: Implica utilizar la energía de las ondas para la formación de nanoburbujas. Este método se utiliza habitualmente para erradicar las algas.
- Electrólisis: En este método, las burbujas se crean tomando muestras y haciendo pasar una corriente eléctrica a través de un medio líquido. Al controlar la corriente, es posible controlar el tamaño de la burbuja
- Método de membrana de nanoporos: Este método implica la creación de poros de tamaño nanométrico mediante proteínas formadoras de poros, a saber, porina MspA, hemolisina alfa, aerolisina, etc.
Eficiencia y Sostenibilidad de las Nanoburbujas en Acuicultura
Las nanoburbujas no solo mejoran la calidad del agua, sino que también ofrecen un método sostenible para gestionar los recursos en acuicultura. A diferencia de otros sistemas de oxigenación, los generadores de nanoburbujas requieren menos energía para mantener un nivel adecuado de oxígeno disuelto en el agua, lo que reduce los costos operativos.
Además, el uso de las nanobrubujas para el tratamiento de agua contribuye a un enfoque más ecológico al minimizar la necesidad de productos químicos y mejorar la eficiencia del uso de recursos hídricos. Esto es especialmente importante en un momento donde la sostenibilidad y la reducción de la huella ambiental se han vuelto factores determinantes en la industria acuícola.
Factores Clave para Elegir un Generador de Nanoburbujas
Para quienes buscan integrar la tecnología de nanoburbujas en sus sistemas de acuicultura, es esencial considerar ciertos factores al elegir un generador:
- Costo Inicial y Mantenimiento: Algunos modelos tienen un precio más elevado, pero su eficiencia y durabilidad lo hacen una inversión rentable. Otros dispositivos, como el nano bubble air stone, ofrecen una opción más económica con menor mantenimiento.
- Tamaño y Densidad de las Burbujas: La capacidad para ajustar el tamaño de las burbujas permite una oxigenación personalizada, ideal para diferentes especies acuáticas.
- Compatibilidad con el Sistema de Cultivo: Asegurarse de que el generador de nanoburbujas sea compatible con el sistema de cultivo específico es clave para obtener los mejores resultados en cuanto a oxigenación y tratamiento del agua.
Empresas que comercializan generadores de nanoburbujas
La tabla 01 describe a las principales empresas que comercializan máquinas productoras de nanoburbujas, sus características, y sus aplicaciones:
Tabla 01: Empresas que comercializan máquinas generadoras de nanoburbujas.
| Empresa | Características Principales | Aplicaciones |
|---|---|---|
| Moleaer | – Generadores con alta eficiencia de transferencia de oxígeno – Producción de burbujas ultrafinas y estables – Mejora en procesos agrícolas mediante mayor oxigenación del suelo y riego | – Acuicultura (mejora del oxígeno disuelto en estanques). – Tratamiento de agua (remoción de contaminantes) – Agricultura (optimización de riego) |
| AquaB Innovations | – Alta precisión en el control de oxígeno disuelto (DO) – Generación de nanoburbujas con bajo consumo energético – Tecnología enfocada en la mejora de procesos industriales | – Optimización del uso de agua en sectores como petróleo, gas y tratamiento de aguas residuales. – Reducción del uso de químicos y recuperación de agua |
| Gaiawater | – Tecnología de nanoburbujas ultrafinas para distintos gases – Sostenibilidad y reducción del uso de productos químicos en procesos de limpieza – Aplicaciones en minería, piscinas, y remediación de cuerpos de agua | – Acuicultura (oxigenación y calidad del agua), – Aplicaciones en minería, piscinas, y remediación de cuerpos de agua – Agricultura (mejora de sistemas de riego), – Limpieza industrial y remediación de lagos y estanques |
| SIO Nanobubble | – Producción de nanoburbujas con carga eléctrica y alta estabilidad – Integración sin necesidad de gas externo o bombeo adicional – Optimización de procesos en la industria de semiconductores y saneamiento | – Biofilm remediation, procesos de desinfección, – Mejora de la filtración y eficiencia térmica en líquidos – Tratamiento de superficies y aplicaciones industriales |
Estas empresas ofrecen soluciones basadas en nanoburbujas que impactan positivamente la eficiencia energética y la sostenibilidad en una variedad de sectores. Las aplicaciones incluyen acuicultura, agricultura, tratamiento de aguas, y más, promoviendo procesos sin químicos que mejoran la calidad del agua y la productividad general.
Tendencias Futuras de la tecnología de nanoburbujas en Acuicultura
El futuro de la tecnología de nanoburbujas es prometedor, especialmente con el desarrollo continuo de la dispositivos generadores de nanoburbujas y su aplicación en la acuicultura. Se espera que el uso de generadores de nanoburbujas siga en aumento, a medida que más operaciones acuícolas busquen tecnologías sostenibles y eficientes para maximizar su producción.
La investigación también se enfoca en nuevas aplicaciones de nanoburbujas en la eliminación de contaminantes y la mejora de la calidad del agua, ampliando su uso en la acuicultura y otras industrias. Esto abre la puerta a una acuicultura más respetuosa con el medio ambiente y económicamente viable.
En resumen los principales desafíos del uso de la tecnología de nanoburbujas en la acuicultura se pueden agrupar en:
- Cuantificación de las propiedades de las nanoburbujas: Es fundamental desarrollar métodos confiables para medir el tamaño, la estabilidad y las propiedades de la superficie de las nanoburbujas en matrices de agua complejas.
- Entender los mecanismos de formación: Se necesitan más investigaciones para dilucidar los mecanismos detrás de la formación y la estabilidad de las nanoburbujas.
- Dosis adecuadas de nanoburbujas: Los científicos aún deben determinar la cantidad adecuada de nanoburbujas por especie, etapa de crianza, sistema de cultivo, etc. Prokešová et al., (2024) estudió el uso de nanoburbujas de ozono (O3NB) en la cría de trucha arcoíris (Oncorhynchus mykiss) y concluyó que los niveles bajos de tratamiento con O3NB mejoraron el rendimiento de las truchas, mientras que los niveles altos de O3NB afectaron negativamente la eclosión, el crecimiento, la reabsorción del saco vitelino y la supervivencia de las truchas.
- Optimización de las tecnologías basadas en nanoburbujas: Es esencial explorar las condiciones óptimas para la generación y aplicación de nanoburbujas en varios escenarios de tratamiento de agua.
- Evaluación de la viabilidad económica: Los investigadores deben considerar y evaluar factores como los cambios en la infraestructura, los costos de mantenimiento y el consumo de energía.
Conclusión
La tecnología de nanoburbujas representa una revolución en el tratamiento del agua y la oxigenación en la acuicultura. Con una gama de dispositivos disponibles, esta tecnología se ha vuelto accesible para una variedad de sistemas de cultivo. Los beneficios de mejorar la oxigenación, controlar patógenos y reducir químicos convierten a las nanoburbujas en un aliado crucial para una acuicultura sostenible y rentable.
En un momento en que la sostenibilidad es una prioridad, el tratamiento de agua con la tecnología de nanoburbujas es una solución innovadora que puede ayudar a transformar el futuro de la acuicultura, ofreciendo un ambiente más saludable para los organismos y asegurando una producción más eficiente y responsable.
Referencias
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