Un trabajo en equipo patentado: conversaciones que producen inventos

Jennyfer Díaz Angulo y José Antonio Lara Ramos, dos de los integrantes del grupo inventor del reactor para el tratamiento de aguas residuales. Crédito: Édgar Bejarano, Oficina de Comunicaciones de la Facultad de Ingeniería.

El pasado 19 de febrero la Superintendencia de Industria y Comercio (SIC) aprobó una patente de invención creada por tres investigadores de la Universidad del Valle, durante su proceso de Doctorado en Ingeniería Química. Fruto de conversaciones espontáneas en el salón de clases, dicha invención promete convertirse en una herramienta que contribuya a mejorar los sistemas de tratamiento de aguas residuales existentes hasta el momento en las distintas industrias del país. 

Una conversación entre estudiantes doctorales 

En 2015, un grupo de estudiantes, reunidos alrededor de sus seminarios de investigación, empezó a compartir las preguntas derivadas de sus experimentos, ignorando el fruto que saldría de aquellas charlas, casi 10 años después. Se trataba del profesor e Investigador Fiderman Machuca, junto a Jennyfer Díaz Angulo, Augusto Arce Sarria y José Antonio Lara Ramos, pertenecientes al Grupo de Investigación en Procesos Avanzados para Tratamientos Biológicos y Químicos-GAOX, de la Escuela de Ingeniería Química. Por medio del diálogo, se formó lo que sería un proyecto en común, que le apuntaba a maximizar las ventajas de cada investigación que llevaban por separado —como la fotocatálisis, la ozonización y la catálisis homogénea, todos en la línea de procesos avanzados de oxidación—.  La consigna era clara: crear ciencia e integrar sus conocimientos y experiencias para ofrecer una solución innovadora para el tratamiento de aguas residuales. 

“A partir de esas discusiones llegamos a pensar cómo creamos un reactor que nos permitiera concebir la idea de que las tecnologías que estábamos aplicando sumaran entre ellas, que fueran sinérgicas y aumentaran el potencial del tratamiento que se iba a aplicar”, recuerda José Antonio Lara, Doctor en Ingeniería Química y profesor de la Universidad del Valle. 

Como parte de su proceso de investigación, fue él quien les compartió a sus compañeros las dificultades que había encontrado durante su experimentación con procesos de ozonización. El problema, les contó, radicaba en que el ozono era un material bastante selectivo a la hora de atacar moléculas presentes en el agua, de manera que al final del proceso ciertas moléculas persistían en el agua ya tratada. Ante esto, Jennyfer Díaz Angulo y su compañero Augusto Arce, expertos en procesos catalíticos, recordaron las especies reactivas de sus experimentos, entre ellas el radical hidroxilo, y le contaron a su compañero que —a diferencia del ozono— esta no es selectiva, por lo que ataca a todas las moléculas presentes en el agua, aunque matizaron que el proceso de fotocatálisis realizado por ellos era más lento que el de ozonización. Tras encontrar tales puntos en común, resolvieron apostarle por una unión de estos procesos: el ozono jugaría un papel primario, combatiendo todas las moléculas en el agua sin tratar, y el radical hidroxilo uno secundario, enfocado en las moléculas más pequeñas aún existentes en las muestras de agua. 

En función de esto, comenzaron a integrar sus procesos y a realizar experimentaciones, para saber si esta unión funcionaría. Empezaron con pequeñas muestras de agua en laboratorio. Inicialmente solo trabajaron con degradaciones de un solo compuesto, como de cafeína o diclofenaco. A veces, incluso, con la mezcla de ambos. También publicaron artículos científicos con sus descubrimientos. Pronto entendieron que el proyecto requería de una prueba a una escala mucho mayor, esta vez con aguas reales. A continuación, durante dicho experimento, se encontraron con contratiempos e imperfecciones en la sinergia de los procesos, y se vieron en la obligación de acudir a sus conocimientos en ingeniería para paliar estos inconvenientes. 

“En ese momento el profesor Fiderman nos dijo que había que construir un prototipo piloto”, anota Jennyfer Díaz, Doctora en Ingeniería Química y gestora de innovación y desarrollo tecnológico, y cuenta que para esta nueva etapa fue fundamental que un integrante del grupo fuera diestro en el manejo de modelado 3D asistido por computador. Con esa facilidad, el proceso de modelado se dio a la par de las ideas que salían de sus discusiones. El resultado final fue un reactor multilámpara, en el que se podían realizar hasta cinco procesos diferentes para el tratamiento de aguas residuales. 

Tras gestionar los recursos necesarios para comprar los componentes, el prototipo se construyó en 2018. Esto les dio vía libre para tocar las puertas del sector privado, en busca del agua sin tratar donde realizar los experimentos.  Pudo probarse en aguas provenientes de distintas industrias, entre las que estaban la alimentaria, la textil y la papelera. Una vez construido, pasaron de trabajar con 1 o 2 litros de agua a un mínimo de 30 litros, e incluso sirvió para que estudiantes de pregrado del programa de Ingeniería Química realizaran sus proyectos de grado.  

“Eso nos dio pie para decir que la tecnología servía y tenía una fuerte aplicación industrial. Ahí fue cuando solicitamos la patente”, dice Jennyfer Díaz, y aclara que el trabajo siguió realizándose. Actualmente existe una planta de tratamiento, capaz de trabajar con seis metros cúbicos por hora, en el interior de la Universidad del Valle. 

Profesor e investigador José Antonio Lara explicando el funcionamiento del prototipo construido en 2018. Crédito: Édgar Bejarano, Oficina de Comunicaciones de la Facultad de Ingeniería.

Versatilidad del invento: usos comerciales y para comunidades 

El invento de los investigadores Machuca, Arce, Díaz y Lara pretende ser un tratamiento terciario, en aguas que no cumplan con la normativa 631 del Ministerio de Ambiente, relacionada con los estándares de calidad en aguas residuales. Si bien depende de cada empresa el momento en el que se utilice este método, los investigadores aclaran que su invención no reemplaza los sistemas existentes para dichos tratamientos. Se trata de un sistema de pulimiento, pensado para perfeccionar los tratamientos ya existentes. Gracias a los procesos que puede realizar ofrece un abanico versátil, de gran utilidad a la hora de tratar las complejidades de las aguas residuales, cuyos componentes no son los mismos para cada caso.  

“Todos los que trabajamos con aguas (residuales) sabemos lo complicado que resulta tener un método global. Eso no existe. El equipo que nosotros tenemos busca ser un acercamiento”, explica la investigadora Díaz, y añade que dependiendo de la complejidad del agua se le pueden aplicar los cinco métodos disponibles – a saber: fotólisis, ozonización, fotocatálisis, ozonización catalítica y catálisis homogénea y heterogénea- o solo uno de ellos, lo que ahorra gastos derivados del uso de energía que puede no ser necesaria. 

José Antonio Lara anota que prototipos como este nacen para solucionar problemáticas de la industria y de comunidades. Cuenta que uno de sus deseos detrás del desarrollo de esta tecnología era darle solución al problema con las aguas que su comunidad –los indígenas Zenú, ubicados en Turbaco, en el departamento de Bolívar- ingería en las épocas de sequía, pues en ella había desechos de los animales de la zona. “Esta fue una idea pensada también para hacer una desinfección de esas aguas”, son sus palabras. 

Cuando el grupo se graduó de sus estudios doctorales, llegó la creación de una empresa entre Jennyfer Díaz y José Antonio Lara, a la que llamaron Laboratorio de Simulación y Procesos, SIMPROLAB. Actualmente, esta tiene certificación como spin-off de la Universidad del Valle, lo que le permite convertirse en el lugar donde se dan las experimentaciones que se siguen realizando con el prototipo y planta de tratamiento. Se están acercando con una empresa privada para que el prototipo se pruebe en sus aguas, lo que esperan que se convierta en la ventana con la que otras empresas corroboren su utilidad. 

La patente: una forma de retribuirle al país 

Motivados desde el principio por la mentoría del profesor y Decano de la Facultad de Ingeniería de la Universidad del Valle, Fiderman Machuca, el interés del grupo de investigación GAOX ha sido la transmisión de conocimientos. En el interior del doctorado existe el interés de aprender y entender los mecanismos que posibilitan los procesos derivados de sus investigaciones, como una forma de retribuirle a la región y al país —que fomenta estos estudios con becas—, entendiendo que el desarrollo de tecnología interno es fundamental para el desarrollo del país. Eso fue lo que motivó la solicitud de la patente, que la Superintendencia de Industria y Comercio avaló el pasado 19 de febrero. 

A pesar de contar ya con tres patentes, para Jennyfer Díaz esta patente significa una alegría distinta. “Es especial. Porque nace de una conversación, que me parece muy importante y ojalá no se pierda. Nace en la sala de posgrado, con diferentes ideas y discusiones. La discusión que se genera dentro de una sala de posgrado, con personas que están 100% dedicadas a la investigación, es como una semilla”.

Si le interesa contactar a los investigadores o conocer más sobre la patente de invención, escriba a la Oficina de Comunicaciones Facultad de Ingeniería: comunicaingenieria@correounivalle.edu.co