Estructuras 3D de algas marinas para combatir las proliferaciones de algas nocivas

¡Es un mal momento para ser alga! El 6 de agosto, la Universidad Atlántica de Florida anunció que un equipo de sus investigadores había recibido una subvención de 800.475 dólares de la la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) para desarrollar una tecnología que impida el crecimiento de la proliferación de algas nocivas. Por si el nombre no lo deja claro, estas algas son nocivas y constituyen una amenaza habitual para los lagos, ríos y aguas costeras. Ponen en riesgo los suministros de agua potable, agotan el oxígeno que los peces y otras formas de vida acuática necesitan para sobrevivir y producen toxinas peligrosas para la salud pública. Es más, este daño afecta negativamente a las economías locales que dependen de estas fuentes de agua para el turismo y el ocio.

El proyecto, de tres años y que comenzó en julio, se centrará en la eliminación del fósforo del agua, uno de los principales factores que provocan las algas nocivas. El exceso de fósforo llega al agua a través de la escorrentía agrícola, las aguas residuales, los sistemas sépticos defectuosos y las aguas pluviales urbanas, lo que puede provocar un crecimiento «explosivo» de las algas. El lago Okeechobee, uno de los recursos de agua dulce más importantes de Florida, lleva años lidiando con proliferaciones de algas nocivas, alimentadas por niveles elevados de nutrientes.

Una vista satelital del lago Okeechobee el 12 de junio de 2023, en la que se observan floraciones de algas que cubren unas 380 millas cuadradas del lago. (Imagen del Observatorio de la Tierra de la NASA por Wanmei Liang, utilizando datos de Landsat del Servicio Geológico de los Estados Unidos.)

Los métodos actuales de eliminación de fósforo a gran escala suelen ser costosos, generadores de residuos y problemáticos desde el punto de vista medioambiental. Los tratamientos químicos generan lodos pesados, mientras que las soluciones biológicas exigen condiciones estrictamente controladas que resultan difíciles de gestionar en masas de agua naturales.

El equipo de la FAU está abordando este problema con un método innovador: la impresión 3D de estructuras duraderas y recuperables fabricadas con lantano y sargazo, un alga marina que abunda en la naturaleza. Aunque el lantano captura eficazmente el fósforo, los tratamientos estándar lo aplican en forma de polvo fino que se deposita en los sedimentos del lago y se filtra lentamente al ecosistema. Al combinar el lantano con sargazo sólido y recuperable, el equipo minimiza la escorrentía química al tiempo que reutiliza las algas para lograr una solución más sostenible.

«Esta subvención ofrece una oportunidad apasionante para transformar la forma en que gestionamos una de las causas más persistentes de las floraciones de algas nocivas», afirmó el investigador principal, el Dr. Masoud Jahandar Lashaki, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Civil, Medioambiental y Geomática de la FAU. «Al combinar materiales sostenibles impresos en 3D con el poder de la IA, podemos desarrollar una solución más inteligente, eficaz y respetuosa con el medio ambiente para eliminar el fósforo de nuestras vías fluviales. Esta financiación nos permite acelerar el desarrollo y las pruebas de campo de esta tecnología, al tiempo que creamos un modelo que, en última instancia, puede beneficiar a los ecosistemas de agua dulce fuera de Florida».

El investigador principal, Masoud Jahandar Lashaki. (Créditos de la foto: Universidad Atlántica de Florida)

Uso de la IA para combatir las floraciones de algas nocivas

El equipo utilizará la inteligencia artificial para respaldar muchos aspectos del proyecto. En primer lugar, la emplearán para identificar rápidamente las formulaciones adsorbentes más eficaces y, una vez impresas las estructuras, volverán a recurrir a la IA para determinar las ubicaciones óptimas para su despliegue. Gracias a los datos integrados de seguimiento medioambiental (incluida la información sobre el uso del suelo, los patrones meteorológicos, la aplicación de fertilizantes, las explotaciones ganaderas y los sistemas sépticos), podrán predecir dónde tendrá mayor impacto la eliminación del fósforo a la hora de prevenir las algas nocivas.

Las pruebas se llevarán a cabo en el lago Okeechobee, donde los investigadores supervisarán las mejoras en la calidad y la claridad del agua, así como la reducción de las HAB. El equipo recopilará estos datos mediante muestreos sobre el terreno, datos medioambientales de acceso público y vehículos aéreos no tripulados. El conjunto de datos resultante se compartirá a través de la plataforma «Water Quality Exchange» de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA) para ayudar a otras comunidades a adoptar enfoques similares. La tecnología está concebida para ser escalable y transferible a lagos, embalses y cuencas hidrográficas de todo el mundo que se enfrenten a retos similares de contaminación por nutrientes.

A nivel local, se espera que el proyecto:

• Reduzca los niveles de fósforo en el lago Okeechobee,
• Mejore la calidad y la claridad del agua,
• Disminuya la frecuencia y la gravedad de las floraciones de algas nocivas (HAB),
• Reduzca la contaminación por nutrientes aguas abajo en toda la cuenca hidrográfica del Golfo de América,
• Demuestre una tecnología reutilizable.

El proyecto, titulado «Uso guiado por IA de adsorbentes impresos en 3D para la eliminación de fosfatos», está dirigido por el investigador principal Masoud Jahandar Lashaki, Ph.D., profesor asociado del Departamento de Ingeniería Civil, Medioambiental y Geomática de la FAU. Los coinvestigadores principales son el Dr. Yalan Liu, profesor adjunto, y el Dr. Mohammed Abdellatef, profesor adjunto, ambos del Departamento de Ingeniería Civil, Medioambiental y Geomática de la FAU. La Dra. Huichun (Judy) Zhang, de la Universidad Case Western Reserve, actuará como subadjudicataria del proyecto.

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*Foto de portada: El lago Okeechobee en Florida. Créditos: FAU.