Nuevo sistema solar reduce un 80,3% los sulfatos y un 54,2% la conductividad del agua subterránea para riego.
- ☀️ Bombeo alimentado con energía solar fotovoltaica.
- 💧 Agua subterránea de 13 pozos reales.
- 🧪 Carbón activado + nanopartículas de plata.
- 📉 Hasta un 80,3 % menos de sulfatos.
- 🧂 Un 47,3 % menos de sólidos disueltos.
- 🌱 Menor riesgo de salinidad y sodicidad para el suelo.
- ⚠️ Cobre, nitritos y turbidez todavía problemáticos.
- 🔬 Sistema probado a escala de campo, aún no comercial.
El problema no consiste únicamente en encontrar agua
En regiones áridas y semiáridas, disponer de un acuífero bajo los pies no significa disponer de agua adecuada para la agricultura.
La sobreexplotación, la intrusión de agua marina en acuíferos costeros, la contaminación agrícola y urbana y la concentración de sales durante los periodos secos pueden deteriorar progresivamente las aguas subterráneas.
Egipto constituye un buen ejemplo. El estudio señala una disponibilidad de agua de aproximadamente 570 m³ por habitante y año, claramente por debajo del umbral de escasez hídrica de 1.000 m³ por habitante y año.
Además, el país depende fuertemente del Nilo. En este contexto, utilizar recursos alternativos como aguas residuales regeneradas, aguas salobres o determinados acuíferos adquiere un valor estratégico.
Hay otro problema menos visible. El agua utilizada para riego puede parecer limpia y aun así contener concentraciones de sodio, carbonatos, cloruros u otras sustancias capaces de alterar la estructura del suelo, dificultar la infiltración del agua y reducir la productividad agrícola con el paso del tiempo.
De ahí que el estudio no se limite a medir contaminantes. También analiza indicadores relacionados directamente con la aptitud agrícola del agua.
Una combinación de energía solar, carbón activado y plata
El sistema desarrollado integra dos tecnologías que ya se conocen por separado.
La primera es el carbón activado, un material extremadamente poroso capaz de retener diferentes sustancias mediante adsorción. Su elevada superficie interna permite que numerosos compuestos queden adheridos al material mientras el agua atraviesa el filtro.
La segunda son las nanopartículas de plata (AgNP), utilizadas por sus propiedades antimicrobianas.
Los investigadores inmovilizaron estas nanopartículas sobre carbón activado para crear un nanocompuesto denominado AgNP/AC. El objetivo es aprovechar simultáneamente la capacidad adsorbente del carbono y la actividad antimicrobiana de la plata.
La idea tiene bastante sentido desde el punto de vista funcional: un único medio filtrante puede actuar sobre distintos problemas presentes en el agua.
Hojas de olivo para fabricar las nanopartículas
Una de las partes más interesantes del experimento está en la fabricación del material.
En lugar de depender exclusivamente de determinados reactivos químicos para sintetizar las nanopartículas, los investigadores utilizaron extracto de hojas de olivo como agente reductor y estabilizante.
Las hojas fueron lavadas, secadas y trituradas. A partir de ellas se preparó un extracto vegetal que posteriormente reaccionó con nitrato de plata.
El proceso produjo nanopartículas con un diámetro medio de aproximadamente 22 ± 6 nanómetros, posteriormente incorporadas a la matriz de carbón activado.
La utilización de biomasa vegetal resulta atractiva porque abre la posibilidad de desarrollar procesos de síntesis menos dependientes de reactivos convencionales. Además, en países mediterráneos productores de aceituna existe una disponibilidad considerable de restos de poda y hojas.
Eso no convierte automáticamente al nanocompuesto en un material de bajo impacto. Para saberlo haría falta un análisis completo de ciclo de vida, incluyendo la obtención de la plata, la fabricación del carbón activado, la energía utilizada durante la preparación y la gestión del filtro agotado.
Las nanopartículas de plata se sintetizaron utilizando extracto de hojas de olivo como agente reductor y estabilizante. Las partículas obtenidas tuvieron un diámetro medio aproximado de 22 nanómetros.
El agua necesita tiempo dentro del filtro
Aquí aparece un detalle técnico bastante revelador.
Los investigadores comenzaron trabajando con un caudal aproximado de 3 litros por minuto. El agua atravesaba demasiado deprisa el material y el tiempo de contacto era de apenas unos segundos.
El tratamiento no resultaba suficientemente eficaz.
El caudal experimental se redujo entonces hasta 0,05 litros por minuto, aumentando el tiempo de contacto hasta aproximadamente 5,88 minutos.
El cambio demuestra uno de los futuros desafíos para ampliar la tecnología: cuanto mayor sea el tiempo necesario para que el agua permanezca en contacto con el adsorbente, mayor tendrá que ser el volumen de material o el número de columnas para tratar grandes cantidades de agua.
La columna utilizada tenía 5 centímetros de diámetro y 15 centímetros de altura. La dosis seleccionada tras los ensayos fue de 1 gramo de nanocompuesto por litro de agua.
La bomba funciona con energía fotovoltaica
El tratamiento se integra con un sistema de extracción alimentado mediante energía solar.
La instalación experimental utiliza 15 paneles fotovoltaicos conectados en serie, un inversor y el sistema de bombeo del pozo. La potencia fotovoltaica máxima instalada alcanza aproximadamente 6,824 kW en condiciones ideales.
La electricidad solar acciona la bomba encargada de elevar el agua subterránea y conducirla hasta el sistema de filtración.
Esta integración resulta especialmente interesante para explotaciones agrícolas alejadas de la red eléctrica. En estos lugares, el coste energético del bombeo puede convertirse en una parte importante del gasto asociado al agua.
La fotovoltaica puede reducir esa dependencia, aunque existe una condición básica: el bombeo solar debe acompañarse de una gestión responsable del acuífero. Una energía barata no debería traducirse en una extracción ilimitada de aguas subterráneas.
Qué consiguió eliminar el tratamiento
Los investigadores estudiaron el agua procedente de 13 pozos durante las cuatro estaciones, permitiendo observar cómo variaba su composición a lo largo del año.
El resultado general fue una reducción de entre aproximadamente el 30 % y el 80 % en numerosos parámetros fisicoquímicos.
Entre las mejoras medias más importantes aparecen:
- Sulfatos: reducción del 80,3 %.
- Alcalinidad: reducción del 71,0 %.
- Sodio y potasio: reducción del 67,4 %.
- Conductividad eléctrica: reducción del 54,2 %.
- Cloruros: reducción del 53,5 %.
- Nitratos: reducción del 52,6 %.
- Sólidos disueltos totales: reducción del 47,3 %.
La dureza total, la salinidad potencial y el carbonato sódico residual también disminuyeron de forma importante.
El tratamiento consiguió reducciones medias del 80,3 % en sulfatos, 71,0 % en alcalinidad, 54,2 % en conductividad eléctrica y 47,3 % en sólidos disueltos totales.
Más allá de una simple mejora analítica, la reducción de estos parámetros tiene implicaciones agrícolas. Menos sodio y menor salinidad pueden disminuir el riesgo de degradación física del suelo y de estrés osmótico para los cultivos.
El tratamiento también actúa sobre la contaminación microbiológica
La plata aporta otra función al filtro.
Después del tratamiento, las concentraciones de coliformes totales y fecales quedaron por debajo de 1 unidad formadora de colonias por cada 100 mililitros en la mayoría de las muestras analizadas.
Sin embargo, el resultado microbiológico requiere matices.
Los investigadores detectaron bacterias cultivables en algunas muestras después del tratamiento, especialmente durante las estaciones cálidas. También persistieron algunas algas.
Por tanto, el sistema AgNP/AC no debería considerarse una solución completa de desinfección. En aplicaciones que requieran criterios microbiológicos más estrictos podría necesitar una etapa adicional mediante ultravioleta, oxidación u otra tecnología de desinfección.
Las estaciones cambian la calidad del agua
Una aportación interesante del trabajo es haber seguido los pozos durante todo un ciclo estacional.
La calidad del agua subterránea no permaneció constante.
En los meses cálidos aumentaron determinados problemas asociados a salinidad, turbidez, concentración de sustancias disueltas y actividad microbiológica.
En Alejandría, la precipitación anual considerada durante el periodo analizado fue de aproximadamente 282 mm, concentrada principalmente durante los meses más frescos. Los periodos secos favorecen una menor recarga y una mayor concentración de sales.
En acuíferos próximos al litoral aparece además otro factor: la interacción con el agua marina.
Esto resulta especialmente relevante para otras regiones mediterráneas. Las soluciones de tratamiento no deberían diseñarse utilizando únicamente una fotografía puntual de la composición del agua. Un filtro dimensionado con datos de invierno puede encontrarse con condiciones bastante diferentes varios meses después.
No compite exactamente con una desaladora
Este sistema no debería interpretarse como sustituto universal de la ósmosis inversa.
La ósmosis inversa puede retirar una proporción muy elevada de sales disueltas y producir agua de calidad mucho mayor incluso partiendo de aguas bastante salinas. A cambio, necesita presión, membranas, mantenimiento y genera una corriente concentrada de rechazo.
El nanocompuesto de carbón y plata funciona mediante otro principio.
El agua atraviesa un material adsorbente que captura parte de los contaminantes mientras las nanopartículas aportan actividad antimicrobiana. La configuración puede resultar más sencilla para determinados escenarios descentralizados y aguas moderadamente problemáticas.
Cuando la salinidad es muy elevada, una tecnología de desalación mediante membranas probablemente seguirá siendo necesaria.
La oportunidad puede estar precisamente en combinar procesos: adsorción como pretratamiento, membranas cuando sean necesarias, desinfección final y electricidad fotovoltaica para alimentar el conjunto.
Un posible modelo descentralizado para la agricultura
La propuesta resulta especialmente interesante para pequeñas infraestructuras distribuidas.
En lugar de transportar agua durante kilómetros hasta una gran planta centralizada, determinados pozos podrían disponer de unidades locales de bombeo, acondicionamiento y tratamiento.
Una instalación de este tipo podría incluir: pozo → bomba solar → prefiltro → columna adsorbente → tratamiento complementario → depósito → riego por goteo
La modularidad permitiría dimensionar cada instalación según el caudal necesario y la composición concreta del acuífero.
Para explotaciones agrícolas aisladas podría ser una ventaja importante. También permitiría ajustar el tratamiento: no tiene sentido aplicar un proceso de desalación intensivo cuando el problema principal es un contaminante específico que puede retirarse mediante una etapa mucho más sencilla.
Lo que todavía no funciona del todo
Los resultados positivos no convierten el experimento en una tecnología lista para instalar masivamente.
Después del tratamiento permanecieron algunos parámetros fuera de los valores de referencia utilizados por los investigadores.
El caso más llamativo es el cobre. Su concentración media después del tratamiento permaneció aproximadamente entre 19,4 y 23,7 mg/l, muy por encima del límite de 0,2 mg/l adoptado en el estudio.
Los nitritos quedaron aproximadamente entre 1,70 y 1,91 mg/l, frente al valor de referencia de 1 mg/l. La acidez y la turbidez también presentaron incumplimientos en determinadas muestras.
Los investigadores consideran necesaria una etapa adicional de pulido o tratamiento específico.
Hay más incógnitas: no se estudió durante periodos prolongados el agotamiento del adsorbente, la regeneración, la vida útil del filtro ni su comportamiento después de numerosos ciclos.
Tampoco existe todavía un análisis tecnoeconómico completo.
Para entender esta tecnología en 1 minuto
Cómo funciona
El agua se extrae del acuífero mediante bombeo alimentado por energía fotovoltaica y se hace circular lentamente por una columna rellena con carbón activado modificado con nanopartículas de plata.
La energía fotovoltaica alimenta el bombeo del pozo. Después, el agua atraviesa lentamente una columna con carbón activado y nanopartículas de plata, donde se combinan adsorción y actividad antimicrobiana.
El carbón aporta una gran superficie para la adsorción de contaminantes. Las nanopartículas añaden actividad antimicrobiana. Tras atravesar el material, el agua presenta menores concentraciones de numerosos iones y contaminantes y mejores indicadores de aptitud para riego.
La combinación de tratamiento descentralizado, reutilización de agua subterránea y bombeo solar podría resultar especialmente útil en explotaciones agrícolas aisladas de regiones áridas y semiáridas.
En cifras
- 13 pozos analizados durante cuatro estaciones.
- 6,824 kW de potencia fotovoltaica máxima instalada.
- 0,05 l/min de caudal utilizado en los ensayos de filtración.
- 5,88 minutos de tiempo aproximado de contacto con el lecho.
- 80,3 % de reducción media de sulfatos.
- 47,3 % de reducción media de sólidos disueltos totales.
Qué tiene de diferente
La principal novedad no reside únicamente en utilizar nanopartículas de plata. El trabajo integra monitorización estacional del acuífero, evaluación de la aptitud agrícola, bombeo fotovoltaico, filtración con nanocompuesto y comprobación del agua después del tratamiento en una instalación probada bajo condiciones reales.
Además, las nanopartículas se sintetizaron mediante extracto de hojas de olivo, reduciendo el uso de determinados agentes químicos durante esa etapa de fabricación.
Comparación directa con la tecnología convencional
- Carbón activado convencional: buena capacidad adsorbente, aunque con capacidad antimicrobiana limitada.
- AgNP/AC: combina adsorción y acción antimicrobiana en el mismo medio filtrante.
- Ósmosis inversa: ofrece una eliminación de sales mucho más profunda y resulta adecuada para aguas muy salobres, pero requiere membranas, presión y gestión del rechazo concentrado.
- Sistema estudiado: pensado principalmente para mejorar aguas subterráneas destinadas al riego mediante una instalación descentralizada. No sustituye universalmente a la desalación.
Limitaciones
El estudio no evaluó todavía:
- Vida útil real del material filtrante.
- Regeneración después de numerosos ciclos.
- Pérdida progresiva de capacidad de adsorción.
- Liberación de nanopartículas o plata disuelta.
- Acumulación de plata en los suelos agrícolas.
- Efectos sobre microorganismos del suelo.
- Consecuencias a largo plazo sobre los cultivos.
- Coste real por metro cúbico de agua tratada.
- Análisis completo de ciclo de vida.
El sistema todavía necesita una etapa adicional de tratamiento. El cobre permaneció muy por encima del valor de referencia utilizado en el estudio y tampoco se ha determinado la posible liberación de plata durante un funcionamiento prolongado.
Además, cobre, nitritos, acidez y turbidez no quedaron completamente controlados, por lo que el sistema necesita etapas complementarias antes de determinadas aplicaciones.
En qué fase se encuentra
Piloto / demostración a escala de campo.
El sistema se ha implementado experimentalmente en condiciones reales dentro del campus de la Arab Academy for Science, Technology and Maritime Transport en Abu Qir, Alejandría.
No se trata todavía de una tecnología comercial validada para implantación agrícola a gran escala.
Quién está detrás
La investigación está firmada por Mohamed Y. Omar, Rania A. Ibrahim, Ebtesam El Bestawy, Kareem M. Tonbol y Ragaa A. Ahmed, vinculados principalmente a la Arab Academy for Science, Technology and Maritime Transport (AASTMT) y a la Universidad de Alejandría, en Egipto.
El proyecto recibió financiación de la AASTMT. La financiación de acceso abierto fue proporcionada por la Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) en cooperación con el Egyptian Knowledge Bank.
Fuente de los datos
Artículo científico revisado por pares publicado en Scientific Reports, revista del grupo Nature Portfolio, el 24 de agosto de 2026.
El estudio analiza muestras tomadas de 13 pozos durante cuatro estaciones y utiliza mediciones fisicoquímicas, microbiológicas e índices de calidad del agua para evaluar el comportamiento antes y después del tratamiento.
Más información: Seasonal assessment of groundwater quality and irrigation suitability using a solar-powered AgNP/activated carbon treatment system in a coastal aquifer
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