Los fármacos, pesticidas y demás sustancias en nuestros ríos: ¿Problema invisible?
En el desarrollo normal de nuestras labores cotidianas es muy frecuente sufrir de dolores de cabeza, infecciones, inflamaciones, enfermedades crónicas: este tipo de malestares cotidianos nos lleva a tomar fármacos con una frecuencia que muy rara vez cuestionamos. Sin embargo, cada vez que una persona toma medicamentos, cerca del 30% y el 90% del ingrediente o principio activo pasa a través del cuerpo sin ser transformado o usado por el cuerpo (metabolizado). En específico algunos medicamentos, el acetaminofén para el dolor de cabeza, ibuprofeno de la inflamación, la carbamazepina de la epilepsia, entre muchos otros: todos estos terminan, tarde o temprano, en el sistema de alcantarillado y, de ahí, a los diferentes cuerpos de agua (Madera Parra et al., 2025).
Lo crítico de estos fármacos y demás sustancias encontradas en los cuerpos de agua es que los tratamientos convencionales no están diseñados para eliminarlos del agua. Conn base en reportes del Departamento Nacional de Planeación (DNP), En Colombia solo se trata de forma adecuada entre el 53% al 60% de sus aguas residuales urbanas. Una revisión con un criterio más exigente (indicador ODS 6.3.1) revela que solo apenas 18.8% de las aguas residuales domesticas de Colombia se tratan de manera segura, es la tasa mas baja de la región según OCDE (MinCiencias, (2024; DNP, 2026; SDG6 Data, 2026).
El mayor desafío de los contaminantes emergentes (entre ellos los fármacos), presentes en concentraciones de nanogramos a microgramos por litro, no se ven ni huelen, no obstante, causan daños de forma silenciosa, entre ellas: riesgos potenciales a la salud humana, alteraciones hormonales, resistencia bacteriana a los fármacos. El riego aumenta debido a que los métodos tradicionales de tratamiento (cloración, filtración, incluso ozonización) tiene limitaciones frente algunas de este tipo de moléculas. Incluso pueden empeorar la situación, por ejemplo, carbón activado, traslada el problema a la fase sólida y, la cloración y ozonización generar subproductos mas peligrosos que los originales.
Situación actual de la demanda de energía
El hidrógeno verde se posiciona como un vector energético limpio esencial para la transición hacia una sociedad que prioriza la sostenibilidad y la eficiencia energética. Esta forma de energía es fundamental para reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles y mitigar el cambio climático. Sin embargo, la intensificación de las actividades humanas en los últimos años ha conllevado un aumento significativo en la producción de aguas residuales y la demanda de energía. Este crecimiento plantea dos desafíos principales:
Nuestra solución aborda ambos desafíos de forma integral. Mediante el tratamiento eficiente de las aguas residuales y la recuperación simultánea de energía, podemos reducir la contaminación ambiental y generar una fuente de energía alternativa, contribuyendo así a un futuro más sostenible.
Radicales hidroxilos: las pirañas moleculares que devoran contaminantes
En la literatura científica se presentan muchos reportes de investigaciones de los llamados Procesos Avanzados de Oxidación (PAOs), la característica más importante de estos procesos es la capacidad de generar una molécula extraordinariamente agresiva conocida como radical hidroxilo (representados como •OH en la notación química), una especie altamente reactiva con la capacidad de reaccionar con cual sustancia debido a su baja selectiva y es el segundo agente oxidante más poderoso de la naturaleza, solo superado por el flúor puro (Li et al., 2025).
Una de las tecnologías perteneciente a los PAOs es la electroquímica y Fotocatálisis con TiO2. Estos dos procesos son parte de los procesos intensificados en el FotoElectrofiltro H2, podríamos describir estos procesos como sigue:
Entre tanto, lo realmente innovador del reactor es lo que sucediendo en el cátodo (el otro electrodo de la celda). Al mismo tiempo que en el ánodo se destruyen contaminantes, en el cátodo los protones (H⁺) son liberados durante las reacciones de oxidación y se reducen en el cátodo para formar hidrógeno molecular (H₂). Por lo tanto, el mismo proceso que elimina contaminantes en el agua produce un vector energético como subproducto. En la siguiente Figura se muestran algunas generalidades del hidrógeno.
Figura 1: Generalizades del hidrogeno.
Descripción de la tecnología
Ahora, hablemos de la tecnología en sí. Nuestra tecnología comienza con el tratamiento de agua residual previamente desgasificada y luego filtrada en un dispositivo fotoelectroquímico. Al introducir el agua en el dispositivo, que contiene un material fotoelectroadsorbente, y en presencia de luz (o incluso en su ausencia) junto con un potencial de celda, logramos eliminar materias orgánicas e inorgánicas. Simultáneamente, este proceso genera hidrógeno sobre la superficie de los electrodos.
Actualmente, nuestra tecnología se encuentra en el Nivel de Madurez Tecnológica (TRL) 4. Esto significa que hemos validado la tecnología en un entorno de laboratorio y estamos listos para avanzar hacia aplicaciones más amplias. Este prototipo no solo trata el agua de manera efectiva, sino que también genera hidrógeno (Universidad del Valle, 2025). Los datos obtenidos de nuestras pruebas indican un gran potencial para la ampliación, lo que nos acerca a la implementación a mayor escala.
En resumen, nuestra tecnología ofrece una solución innovadora y sostenible para el tratamiento de aguas residuales y la generación de energía, con un sólido respaldo en investigación y desarrollo. Finalmente, hemos asegurado la protección de nuestra tecnología con la solicitud de patente nacional No. NC2022/0016422. Esto nos proporciona una ventaja competitiva y asegura que nuestra innovación esté protegida legalmente.
Figura 2: Conceptualización, reactor y sistemas que componen el Fotoelectrofiltro H2.
Resultados que hablan: del laboratorio a la planta piloto
En la Figura 3, se muestra la medición experimental de la producción de hidrógeno mediante un fluxómetro realizadas en el año 2024. Las principales observaciones en ese momento fue la relación directa entre la conductividad y la producción de hidrógeno. Por ejemplo, los ensayos con menor conductividad iniciaban a mostrar producción de hidrógeno desde el minuto 8, mientras que ensayos con mayor conductividad mostraban producción de hidrógeno a los 2 minutos de encendido el reactor. Al llegar al final de las dos horas de prueba, se evidenció una producción constante de hidrógeno en flujo volumen (mL/min) que oscilaba entre los valores de 30 mL/min y 45 mL/min, como se puede observar en la Figura 3.
Figura 3: Agua residual de la industria de petróleo
Las condiciones experimentales fueron las siguiente 20 Litros de aguas residuales de la industria petrolera sometidas a un flujo de 1.5 Litros/segundos, una intensidad de corriente de 7 amperios y 12 voltios durante 2 horas en modo discontinuo.
El camino por delante
El reactor Fotoelectrofiltro H₂ continua en fase de optimización de las condiciones de operación y mejoras en las configuraciones de captura de gas, separación de fases fluidas y uso de potencia eléctrica mediante diseños experimentales de superficie de respuesta. Las nuevas mejorar sobre la tecnología han permitido mejorar el tratamiento de aguas y aumentar las cantidades volumétricas y másicas del hidrógeno generado. La meta es llegar a TRL 6, mediante la validación en condiciones reales con aguas de empresas del sector mineroenergético, con el apoyo de las empresas aliadas.
Figura 4: Ruta, nivel de madures, inversión y estado actual de la tecnología del reactor Fotoelectrofiltro H₂.
A nivel global, el reactor Fotoelectrofiltro H₂ ha sido una tecnología concebida para ayudar a las empresas en el tratamiento de aguas y el enfoque de producir hidrógeno simultáneamente, es la máxima apuesta que se quiere logar desde la ciudad de Cali con la tecnología.
Ventajas de la tecnología
El fotoelectrofiltro H2, es una tecnología novedosa que ofrece cualidades muy interesante para la industria, algunas de las más importantes son:
Datos clave del FotoElectrofiltro H₂
El reactor de Fotoelectrofiltro H₂ es una tecnología que integra procesos como la fotocatálisis (TiO2), electro oxidación anódica y filtración en un solo dispositivo. En el siguiente esquema se muestran algunos puntos muy importantes de la tecnología (sector de aplicación, protección mediante patente, financiación y aliados) y algunos resultados obtenidos con aguas residuales de la industria petrolera. Colombia trata solo 18.8% de aguas residuales de forma segura (ODS 6.3.1) (DNP, 2026).
Figura 5: Resultados durante el tratamiento de aguas de la industria de petróleo y datos más relevantes del reactor.
Mercado Potencial
En la región Colombia es uno de los actores claves en el desarrollo y producción de hidrógeno verde, lo cual presenta una gran oportunidad para innovaciones en este sector energético. El análisis del mercado de generación de hidrogeno en el 2023, mostro que a nivel global fue valorado en USD 177.24 mil millones. Se espera que este mercado siga creciendo y que para el 2028 alcance valores de los USD 218.03 mil millones. En este ecenario estaríamos en una tasa de crecimiento anual del 4.23%. Para el caso particular del gobierno de Colombia la Hoja de Ruta del Hidrogeno, ha proyectado una demanda interna de hidrogeno entre 1.6 a 1.8 millones de toneladas (Mt), para el ano 2050, esto muestra un compromiso de Colombia hacia el desarrollo de este sector.
El mercado de las tecnologías relacionadas con el tratamiento de agua y aguas residuales: En 2023, el mercado a nivel global fue valorado en USD 61,464.12 millones. Bajo este escenario se prevé que el mercado crezca hasta los USD 85,284.06 millones para 2028, con 6.77% de tasa de crecimiento anual. En este escenario nuestra tecnología genera un interés de diversas industrias que incluyen empresas dedicadas al tratamiento de aguas residuales con energía renovables (o cogeneración de energía), bajo estos requerimientos también se encuentran los sectores minero-energéticos e hidrocarburos. Este tipo de industrias buscan contante mente soluciones sostenibles y eficientes en sus operaciones. Finalmente, el mercado potencial para nuestra tecnología no solo es vasto, sino que también está en crecimiento, ofreciendo múltiples oportunidades para su implementación y escalamiento.
Conclusión: una tecnología con rostro humano
Para el desarrollo, implementación, puesta en marcha y validación de la Tecnología de reactor de FotoElectrofiltro H2 ha participado un equipo multidisciplinario conformado por empresas y profesionales; dentro de este recurso humano se destacan investigadores y gerentes de empresas formados en la Universidad del Valle. Dr.-Ing. Jose Antonio Lara Ramos, uno de los inventores de la tecnología, obtuvo su doctorado en Univalle con la distinción "International PhD on Environmental Applications of AOPs" otorgada por IPS-AOP, además de ser miembro activo del Cabildo Indígena del Pueblo Zenú de Turbaco, Bolívar. Su propósito es poder llevar esta tecnología a comunidades rurales e indígenas que carezcan de acceso a energía y agua limpia.
Las características de ser compacto y modular del reactor hacen factible su potencial escalamiento en sistemas descentralizados. Sumado a lo anterior, si el sistema es alimentado por paneles solares además de convertirlo sin lugar a duda en hidrógeno verde, lo hace viable para usarse en comunidades aisladas, atacando precisamente el tratamiento de aguas en donde la infraestructura hace que estos procesos sean deficientes. Ahora, con el acompañamiento de la Oficina de Transferencia de Resultados de Investigación (OTRi) de Univalle, se busca trabajar con las empresas y los aliados interesados en esta tecnología que pueda ser considerada para obtener créditos de carbono mediante la producción de hidrógeno.
Agradecimientos
Los autores agradecen a la empresa Laboratorio de Simulación y Procesos SAS (Simprolab, 2025), A&S Consultoría y Suministros SAS (2024), y al Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación por su apoyo a través de la convocatoria 934-2023 Convocatoria de Estancias Posdoctorales Orientadas por Misiones, que hicieron posible el desarrollo de este proyecto.
Referencias
DNP. (2026). Saneamiento básico en Colombia. Departamento Nacional de Planeación. https://www.dnp.gov.co/LaEntidad_/subdireccion-general-prospectiva-desarrollo-nacional/direccion-desarrollo-urbano/Paginas/saneamiento.aspx
MinCiencias. (2024). Contaminantes emergentes en aguas Colombia. Informe DNP-OCDE. https://www.dnp.gov.co
SDG6 Data. (2026). Colombia - Indicador ODS 6.3.1: aguas residuales tratadas de manera segura. https://sdg6data.org/es/country-or-area/Colombia
Li, Y., & colegas. (2025). Hydrogen production from photoelectrochemical wastewater treatment. Research Portal HKUST. https://researchportal.hkust.edu.hk/en/publications/hydrogen-production-from-photoelectrochemical-wastewater-treatmen
Universidad del Valle. (2025, 23 de enero). Hidrógeno verde a partir de aguas residuales. https://www.univalle.edu.co/ciencia-y-tecnologia/construyen-una-planta-de-tratamiento-que-produce-hidrogeno-verde-a-partir-de-aguas-residuales
Wang, J., & colegas. (2024). Boosting photocatalytic water splitting of TiO₂ using metal (Ru, Co, Ni). Scientific Reports. https://doi.org/10.1038/s41598-024-59608-0
Autores:
Jose Antonio Lara-Ramos *a,b, Jennyfer Diaz-Angulo b, Fiderman Machuca-Martínez a, Augusto Arce-Sarria c
a Escuela de Ingeniería Química, Universidad del Valle, A.A. 23360, Cali, Colombia, fiderman.machuca@correounivalle.edu.co
b Laboratorio de Simulación y Procesos S.A.S., Vía cañaveral km1, Turbaco, Bolívar, jennyfer.da@gmail.com
c A&S Consultoría y Suministros S.A.S., Calle 15 # 8 c - 07, Santander de Quilichao, Cauca, ays.consultoriaysuministros@gmail.com
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