INVESTIGACIÓN

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Académico UC busca en sincrotrón respuestas a la contaminación por metales

PPastén OKEl doctor Pablo Pastén, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Hidráulica y Ambiental UC, se encuentra actualmente en EE.UU. haciendo uso de las instalaciones de la APS (Advanced Photon Source o Fuente Avanzada de Fotones) ubicadas en el Argonne National Laboratory, en las cercanías de Chicago.

Como profesor visitante de Northwestern University y parte de su periodo sabático, el trabajo de Pastén se centra en entender mejor el comportamiento de los metales en el ambiente, aspecto que para un país minero como Chile es fundamental.

El también investigador principal del Centro de Desarrollo Urbano Sustentable (CEDEUS), se encuentra realizando experimentos con muestras de aguas, sedimentos, suelos, polvos de calle, y materiales cementicios para evaluar la forma química, biodisponibilidad, y movilidad ambiental de metales y metaloides como cobre y arsénico. Estas mediciones son relevantes para áreas mineras del Norte y Centro de Chile.

Los resultados son relevantes para los proyectos FONDECYT “Response of metal-rich fluvial particle suspensions to changes in their chemical-hydrodynamic environment: opportunities for improving water treatment sustainability in Andean watersheds with mining and urban use”, el proyecto CONICYT FONDAP CEDEUS, el proyecto FONDECYT “From residues to resources (R2R)” liderado por el profesor Mauricio López de Ingeniería de Construcción y el proyecto Pastoral UC “Metales en polvos de calle en ciudades mineras de Chile: ¿un problema de salud pública que afecta a los más pobres?” en colaboración con la profesora Sandra Cortés de la Facultad de Medicina UC.

“La estadía en Northwestern University ha sido muy favorable al desarrollo del proyecto porque he estado trabajando con investigadores de amplia experiencia, como Jean Francois Gaillard y Kimberly Gray”, comenta el académico UC. “El laboratorio de Gaillard se dedica al estudio del destino de los metales en ambientes acuáticos y tiene acceso a la fuente de luz sincrotrónica APS. Esta instalación es única a nivel mundial y permite estudiar las bases moleculares que controlan el comportamiento de metales en fases sólidas amorfas hidratadas. El grupo de Gray se dedica a estudiar cómo aspectos de la dinámica fisicoquímica acuática son relevantes para la infraestructura urbana y para el desarrollo urbano sustentable. Ambos temas son centrales en el desarrollo de mis proyectos”.

Específicamente, las técnicas espectroscópicas de absorción de rayos X permiten conocer el estado de oxidación promedio de un elemento y su coordinación química, entre otras propiedades. Estas propiedades controlan el comportamiento del material cuando se encuentra en el ambiente.

Por ejemplo, en el caso de las muestras de relaves, los análisis entregan información útil para evaluar si los elementos en estudio podrían encontrarse o transformarse a formas móviles o potencialmente biodisponibles y tóxicas. Muestras de mucho interés, desde el punto de vista ambiental y salud pública, son los análisis de los residuos mineros y polvos de calle que se encuentran en el área urbana de Copiapó, Chañaral y Andacollo.

Otros materiales analizados corresponden a pastas de cemento que han incorporado residuos mineros, y cuyo comportamiento depende de la mineralogía que tienen los metales pesados al interior del cemento. El uso seguro de residuos mineros en la industria de la construcción es una idea muy provocativa, que puede hacer mucho sentido para Chile si somos capaces de entender bien la movilidad de los metales tóxicos bajo las condiciones de aplicación, de modo que sea seguro para las personas y el medio ambiente.

“En nuestro caso, buscamos entender mejor cómo se liberan los metales tóxicos al ambiente, cómo se transforman en nuestras aguas y suelos, y cómo los podemos remediar, inmovilizar, o remover”, puntualiza el especialista en geoquímica e ingeniería ambiental. “Para un país como Chile, donde existen muchos ambientes enriquecidos por metales tóxicos, tanto de origen natural como antropogénico, este es un tema clave de sostenibilidad”.


Qué función cumple el Advanced Photon Source (APS)

El APS acelera electrones hasta velocidades relativistas casi iguales a la velocidad de la luz, son inyectados con energías de unos 7 GeV (giga electron volts) en una especie de donut de 1,1 kilómetros de perímetro, donde siguen una trayectoria circular, generando así radiación electromagnética de altísimo brillo. El sincrotrón tiene alrededor de mil electroimanes para regular la trayectoria de los electrones.

Sincrotrón

Así, el APS es una instalación única en el mundo, con una alta demanda por su uso por científicos de todo el mundo, y donde diariamente se mueve la frontera de la ciencia. Alberga 34 laboratorios o CATs (collaborative access teams), que comparten esta fuente de energía electromagnética de alto brillo.

Cada uno de las estaciones experimentales tiene dispositivos que permiten usar esta radiación electromagnética o luz sincrotrónica para realizar mediciones que nos permiten entender mejor los materiales y muestras analizadas.

“Tal como los telescopios en Chile son instalaciones únicas que sirven para responder preguntas fundamentales a través de la observación del espacio”, indica el Dr. Pastén, “los sincrotrones permiten mirar hacia el interior de los materiales que analizamos, e interrogarlos en un nivel muy fundamental sobre las bases que regulan su comportamiento físico-químico”.

Por ejemplo, en el APS se han realizado avances fundamentales para desarrollar materiales usados en aplicaciones de energía, entender la estructura y funcionamiento de las proteínas, desarrollo de productos farmacéuticos, y aplicaciones nanotecnológicas, entre muchas otras.

“¡Estar en el piso experimental de la APS es fascinante!”, exclama el doctor Pastén. “Es un lugar que funciona 24/7, por lo tanto siempre hay investigadores de Argonne National Laboratory como también investigadores de todo el mundo utilizando las instalaciones. Puedes leer de qué tratan sus experimentos en las autorizaciones del comité de seguridad o ver los posters que explican sus resultados recientes. Algunos exhiben la primera página de los papers que han publicado, y en otros casos hasta puedes ver portadas de revistas como Nature o Science. Es muy motivante y desafiante”.

Fotografías del APS
Una perspectiva por dron de las instalaciones


Información Periodística: Alfredo García, Vicerrectoría de Investigación