La investigadora valdemoreña trabaja en un sistema que optimiza el tratamiento de aguas para consumo humano
Que la prestigiosa publicación de tecnología MIT Technology Review del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) la haya nominado para formar parte de la lista de los mejores jóvenes investigadores europeos menores de 35 años es probablemente una de las mejores cartas de presentación. Cleis Santos es una ingeniera química e investigadora que llegó a Valdemoro desde Madrid en 1998 con ocho años.
Cleis tiene un recuerdo muy grato de su llegada a Valdemoro. «Para una niña de ocho años venir desde Madrid a un lugar donde se podía jugar en la calle con los vecinos era una de las mejores cosas que le podían ocurrir. Valdemoro era muy diferente a como lo conocemos hoy. Vine a vivir a la calle Espinillo, a las afueras de Valdemoro porque el resto era campo». Esta valdemoreña de adopción estudió en el colegio Pedro López de Lerena y el IES Villa de Valdemoro. Aunque recuerda muchos de los profesores que le influyeron en su carrera académica en Valdemoro, hasta el último momento no se decantó por estudiar Ingeniera Química en la Universidad Rey Juan Carlos.
Una beca de prácticas la sumergió en el mundo del tratamiento de aguas, ámbito en el que ha desarrollado labores de investigación los últimos años. Los primeros pasos del grupo de investigación del que pasó a formar parte se centraron en el desarrollo de un dispositivo que utilizase la desionización capacitiva para purificar el agua de la manera más eficiente posible. En la actualidad, Cleis goza de la beca europea Marie Curie, que le ha llevado a estudiar en la Universidad de Bremen, en colaboración con el Instituto Franhaufer alemán. Durante los dos próximos años su labor se centrará en el desarrollo de una batería de desalinización.
Ingeniera química de formación, ¿cuándo descubriste tu inclinación por la investigación?
Siempre he sido una chica muy curiosa. Tener una motivación por aprender y buscar cosas nuevas es algo que me ha acompañado durante toda mi formación. En mi último año de carrera tuve la oportunidad de ponerme contacto con Imdea Energía, un instituto de investigación. Me ofrecieron realizar las prácticas con ellos y cuando terminó el contrato de prácticas me propusieron hacer el doctorado, para lo que me tuvieron que esperar un año mientras cursaba el máster. No dudé en hacerlo porque durante las prácticas me propusieron el desarrollo de un tema de investigación que combinaba ingeniería, gestión energética y tratamiento de aguas. Durante el doctorado hice una estancia de tres meses en Chile, una experiencia espectacular que me permitió obtener reconocimiento internacional. Mi trabajo consistió en estudiar si esta tecnología que veníamos desarrollando se podía aplicar al tratamiento de aguas de minería. El objetivo era conseguir recuperar parte del cobre que contiene el agua con una gestión energética optimizada. Cuando terminé el doctorado en energía tuve la oportunidad de conocer a Juan José Vilatela, de Imdea Materials Institute, y trabajar con él durante dos años más desarrollando la desionización capacitiva con fibras de nanotubos de carbono, además de otras líneas de investigación fundamental con radiación de sincrotrón y estudios de rayos X.
¿En qué consiste esta tecnología de tratamiento de aguas?
La tecnología de desalinización mediante electroquímica, ya sea desionización capacitiva o baterías de desalinización, consiste en establecer una diferencia de voltaje entre dos electrodos (uno va a ser positivo y otro negativo). En el espacio entre los electrodos, se encuentra el agua a desionizar que contiene iones (ya sea desalinizar y lo que retira son iones sodio y cloruros o retirada de algún compuesto iónico contaminante), por lo que dichos iones pasan del agua a la superficie de los electrodos, donde se acumulan (cargando el sistema, almacenando energía). Por lo tanto, se produce agua con menos contenido en iones, mientras se almacena energía. Que se puede recuperar en una etapa consecutiva de descarga, y que además permite regenerar el electrodo (dejarlo libre de cargas y preparado para el siguiente ciclo de carga-desionización).
¿Cuál ha sido tu labor como investigadora?
Mi investigación de los últimos dos años se basa en unos materiales que se denominan fibras de nanotubos de carbono. Consiste en construir una especie de manta compuesta por tubos de dimensiones microscópicas. Estos tubos poseen una conductividad eléctrica muy alta, son porosos, flexibles y muy ligeros. Estas cualidades nos permiten crear dispositivos que a través de la tecnología que estamos estudiando, la desionización capacitiva, consiguen eliminar todos los iones gracias a su alta conductividad y son portátiles.
Vuestro sistema pretende hacer más accesible el agua potable, un recurso que en pleno siglo XXI escasea y es motivo de conflicto en algunas regiones del mundo.
España en concreto, pero Occidente en general, no están muy concienciados. A pesar de ello creo que ya estamos viendo lo que puede suponer una sequía o una riada, fruto del cambio climático. Me gustaría decir que no, pero si observamos los paneles internacionales de cambio climático, el riesgo de sufrir escasez de agua y entrar en una crisis en el sector del agua, está en el top cinco de los riesgos globales a los que nos enfrentaremos en el futuro. Esto implica que deberíamos tener una mayor concienciación con la inversión en tecnología que nos ayude a optimizar la gestión de agua. Pero no solo se trata de invertir en tecnología, también debemos ser conscientes de que abrir un grifo y tener agua potable disponible es un lujo. La gestión que hacemos del agua en nuestro día a día es tanto o más importante que los sistemas que puede aportar la ciencia. El agua es un bien necesario del que no podemos prescindir, por lo tanto, su óptima gestión debería ser un compromiso.
¿Qué tecnologías existen actualmente para el tratamiento de aguas y cuáles son sus pros y contras?
La tecnología más instaurada en todo el mundo es la osmosis. La osmosis es una tecnología basada en membranas que actúan como muros. Cuando el agua salada atraviesa estas membranas se filtra. Las plantas de osmosis se suelen ubicar cerca de la costa y tienen la ventaja de poder tratar caudales de agua muy grandes. Esta tecnología tiene varios inconvenientes. El primero es la necesidad de estar ubicada cerca de una masa de agua salada. El segundo tiene que ver con la gestión sostenible de los recursos del mar. Esta tecnología genera lo que se denominan salmueras, una corriente con una concentración de sales muy alta que, en la mayoría de los casos, se vuelve a verter al mar. Las membranas necesitan un tratamiento químico para su recuperación tras el desgaste que también generan residuos químicos. Por último, requieren de un alto consumo energético porque el agua se proyecta a presión en la membrana.
¿Cómo llegas al estudio de la desionización capacitiva?
El estudio de esta tecnología comenzó dos años antes de que yo entrara en Imdea Energía. Cuando me incorporé en mi periodo de prácticas me propusieron este tema y se estableció un compromiso mutuo. A mí me apasionaba esta línea de investigación y ellos me facilitaron el trabajo prorrogándolo durante el doctorado.
¿Qué evolución ha tenido el proyecto en estos años en los que has formado parte de la investigación?
La tecnología ya estaba validada a nivel de laboratorio. El principal avance que hemos logrado es aumentar el tamaño del dispositivo desde unas dimensiones similares a las de un teléfono móvil a construir una planta piloto con Imdea Energía de 3000 metros cuadrados de electrodos. Gracias a la colaboración con Imdea Materiales también hemos elaborado materiales avanzados y novedosos, que permiten dispositivos enrollados de unos 2100 centímetros cuadrados. Hemos pasado de estudios fundamentales de laboratorio a reactores y la construcción de una planta piloto.
¿Cuáles son los beneficios de esta tecnología respecto a las que ya están instauradas en el mercado?
La desionización capacitiva tiene dos grandes ventajas. La primera de ellas es el menor consumo energético. Este sistema tan solo necesita una recirculación del fluido, por lo que con una bomba peristáltica convencional sería suficiente. Por otro lado, durante el proceso de desionización se produce una recuperación de energía intrínseca al fundamento de la técnica. Mientras tratamos el agua que fluye entre los electrodos almacenamos los iones del agua para producir agua limpia. Cuando descargamos el sistema para una nueva carga, se libera energía. En un sistema ideal compuesto por dos reactores que podríamos retroalimentar teniendo uno en carga, desalinización del agua, y otro en descarga, aportando la energía necesaria al reactor en carga. No podemos afirmar que sería autosuficiente, pero sí que tendría un consumo mínimo de energía que se podría cubrir con otros sistemas de energía renovable como los paneles solares. Además de estas dos grandes ventajas, el sistema es modulable, por lo que no es necesario que se ubique cerca de la costa. De hecho, nuestro estudio ha hecho mayor hincapié en el tratamiento de aguas de origen subterráneo.
¿Qué proyección puede llegar a tener esta tecnología?
La flexibilidad y ligereza de las fibras nos ha permitido crear un dispositivo de laboratorio que no pesa ni un kilo. Estamos explorando opciones portátiles para regiones aisladas donde no exista una canalización de agua. Con bombeo de agua, un sistema de filtraje para sólidos y la desionización capacitiva sería suficiente.
¿Cuánto tiempo necesita esta tecnología para generar agua apta para el consumo humano?
Una de las características que posee la desionización capacitiva es que podemos ajustar los tiempos de desalinización y descarga atendiendo a la concentración de sales. Cuando el agua posee un alto contenido en sales se produce un mayor consumo energético, pero también se almacenan más iones. Por otro lado, podemos realizar cargas más cortas para eliminar sustancias concretas. Una carga tiene una duración de entre cinco y treinta minutos. El caudal depende de muchos factores, como el tipo de electrodos y su disposición o el tipo de agua a tratar, entre otros. Esta versatilidad en el tratamiento también es una ventaja respecto a otros sistemas como la osmosis, donde la discriminación de elementos está muy limitada por la naturaleza de su procesamiento del agua.
Recientemente ha finalizado tu contrato de investigación. ¿Cuáles van a ser los siguientes pasos en el desarrollo de esta tecnología?
Esta técnica se basa en supercondensadores. Yo me marcho ahora a Alemania, pero voy a seguir vinculada a la electroquímica con la creación de baterías de desalinización. El objetivo es que la tecnología dé un salto y su proceso sea similar al de una batería. En España la desionización capacitiva se queda en el trabajo en las plantas piloto por parte de Imdea Energía y en Imdea Materiales en el estudio de los prototipos basados en nanofibras de carbono. Yo voy a intentar desarrollar los prototipos de baterías de desionización con toda la base de investigación acumulada con los supercondensadores. Aunque esté en Alemania, continuaremos colaborando con los grupos de España.
Tu marcha a Alemania es el resultado de haber obtenido la prestigiosa beca Marie Curie. ¿Cómo te va a ayudar esta beca en tu carrera como investigadora?
Aunque la beca Marie Curie se otorga al investigador, lo cierto es que se otorga a un proyecto en concreto. Yo me marcho a la Universidad de Bremen porque el jefe del grupo de investigación del que voy a formar parte posee la patente de la batería de desalinización. Cuando terminé la tesis, tenía que cambiar de centro para fomentar la colaboración con otros investigadores. Me puse en contacto con Fabio La Mantia porque quería continuar vinculada al tratamiento de agua, desalinización y electroquímica. Durante la tesis había seguido sus trabajos y decidí ponerme en contacto con él. No creí que iba a recibir una respuesta por su parte, pero lo cierto es que le gustó mi propuesta y me animó a pedir esta beca. Preparé un proyecto en tan solo un mes y me presenté. Finalmente, obtuve la beca en la segunda convocatoria a la que me presenté. Esta beca me permite continuar investigando en este proyecto al menos durante dos años más.
Investigadora española y mujer. ¿Cuál es tu percepción del mundo de la investigación con estas cualidades que, a priori, no deberían suponer ningún condicionante?
A lo largo de toda mi carrera como investigadora he estado rodeada de mujeres y he tenido la oportunidad de conocer mujeres brillantes. También es cierto que a partir de una determinada edad la figura de la mujer desaparece de la ciencia y se produce un techo de cristal. En este sentido creo que se debe seguir trabajando en la lucha por equiparar las condiciones de ambos sexos, pero soy optimista y creo que es cuestión de tiempo que esta condición cambie. De alguna forma se tiene que normalizar la presencia de mujeres en esos puestos más altos. Fuera de la cuestión de género, la investigación en España es complicada. Tengo compañeras que forman parte del CSIC o que se dedican a la formación y todas se encuentran con limitaciones, ya sea por falta de medios, ya sea por carga laboral. La investigación sobrevive gracias a la vocación de los investigadores, pues sin ella resultaría muy complicado afrontar todas las trabas burocráticas.
Has sido nominada este año por la MIT Technology Review para estar entre los mejores investigadores europeos menores de 35 años.
Si creía poco probable que me concedieran la beca Marie Curie cuando me lo propusieron por primera vez, estar nominada por la MIT Technology Review era algo completamente impensable. Estos premios los concede la revista MIT, la publicación sobre tecnología más antigua del mundo, y premian perfiles de innovación e investigaciones muy punteras que tienen una repercusión social muy alta. Tras la nominación tienes que elaborar un perfil que hable sobre tu trabajo y tus proyecciones. Este perfil lo evalúan expertos que no pueden ser de tu país y se establece un ranking para pasar a una fase mundial.
¿En cuánto tiempo crees que podremos ver uno de estos dispositivos funcionando para la sociedad?
Los prototipos ya se han creado y están validados en el laboratorio. El siguiente paso es hacer estudios en planta. Esta fase de estudio y creación del producto puede durar aproximadamente cinco años. Para su instalación en la sociedad también hay que cumplir con las diferentes normativas de los países en los que se instale el dispositivo.
Inicias una nueva etapa en Alemania que seguro supone un reto personal y profesional. ¿Cuáles son tus objetivos a medio y largo plazo?
Mi objetivo principal es seguir investigando hasta que me dejen. Me encanta la labor de laboratorio porque en mi caso conjuga la ciencia con una labor más mecánica en la que tenemos que trabajar con llaves de paso, tuberías o compuestos como el carbón. Otra de las motivaciones es el posible impacto social que puede tener este sistema. Cuando tienes que redactar un proyecto para presentarlo a una beca como la Marie Curie o la nominación al MIT también tomas conciencia de la envergadura que puede adquirir lo que estás haciendo, y eso siempre es un aliciente.
Texto_Sergio García Otero
Fotografía_Ncuadres
