La Dra. Adriana Saldaña Robles, profesora del Departamento de Ingeniería Agrícola de la Universidad de Guanajuato (UG), realizó una estancia sabática en el Instituto Politécnico y Universidad Estatal de Virginia, instituto conocido como Virginia Tech (EUA), donde se enfocó en el avance de la ciencia aplicada a la agricultura y el medio ambiente.
Saldaña Robles colaboró con el Dr. Michael von Spakovsky, del Departamento de Ingeniería Mecánica y el Dr. William Reynolds, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, en proyectos que abordan uno de los desafíos más críticos de la agricultura: la contaminación del agua por arsénico y la mejora en la eficiencia de los procesos de remediación.
Uno de los principales resultados de esa colaboración fue la aplicación del marco de Termodinámica cuántica de ascenso de entropía más pronunciada (SEAQT, por sus siglas en inglés), para predecir la adsorción de arsénico en superficies de óxidos de grafeno, esto descrito en el artículo que se encuentra en edición titulado “Marco de ascenso de entropía más pronunciada para predecir la adsorción de arsénico en superficies de óxido de grafeno: un estudio de caso” (“Steepest-Entropy-Ascent Framework for Predicting Arsenic Adsorption on Graphene Oxide Surfaces — A Case Study”).
Ese enfoque innovador combina termodinámica cuántica con nanotecnología, permitiendo modelar el comportamiento de adsorción en sistemas fuera del equilibrio, como el tratamiento de aguas contaminadas utilizadas en la agricultura, explicó la profesora.
El proyecto es particularmente relevante para los suelos y las aguas agrícolas en regiones donde el arsénico es un contaminante común. Las predicciones realizadas por el modelo se correlacionan oportunamente con datos experimentales, lo que sugiere que esta metodología puede usarse para optimizar el uso de nanomateriales en la remediación de aguas subterráneas y agrícolas, beneficiando tanto la calidad del agua como la productividad de los cultivos en entornos afectados.
Además de la adsorción en equilibrio, Adriana Saldaña y sus colaboradores desarrollaron un segundo estudio titulado “Modelo para predecir las isotermas de adsorción y la cinética de la adsorción a través de la termodinámica cuántica de ascenso de entropía más pronunciada” (“Model for Predicting Adsorption Isotherms and the Kinetics of Adsorption via Steepest-Entropy-Ascent Quantum Thermodynamics”) que proporciona un marco para estudiar la cinética de adsorción en sistemas agrícolas multicomponentes.
La académica sostuvo que ese modelo es crucial para comprender cómo las nanopartículas metálicas funcionalizadas, como las de óxido de grafeno, interactúan con diversos contaminantes agrícolas en tiempo real y bajo condiciones variables.
La importancia de este trabajo radica en su capacidad para predecir con precisión no sólo el estado de equilibrio sino también el comportamiento dinámico de los procesos de adsorción. Estos avances permiten mejorar los sistemas de tratamiento de aguas agrícolas contaminadas, al optimizar la remoción de contaminantes y la eficiencia del proceso de adsorción.
El trabajo realizado durante la estancia sabática de Saldaña Robles abre nuevas líneas de investigación que podrían transformar la manera en que se gestionan los recursos hídricos en la agricultura. El uso de nanopartículas funcionalizadas y los modelos predictivos basados en la termodinámica cuántica no solo mejoran la eficiencia de los sistemas de tratamiento de agua, sino que también permiten abordar problemas emergentes de sostenibilidad en la agricultura.
La colaboración de la profesora en Virginia Tech durante los años 2023 y 2024 tiene un impacto directo en la formación de las y los estudiantes de la Universidad de Guanajuato. Como profesora de los programas de Ingeniería Mecánica Agrícola e Ingeniería Agronómica, la Dra. Adriana Saldaña ha incorporado estos avances científicos en sus cursos, brindando a sus estudiantes una visión avanzada de la aplicación de la nanotecnología y la termodinámica cuántica en la mejora de prácticas agrícolas sostenibles.
Las investigaciones cruzan fronteras entre la ciencia de materiales y la ingeniería agrícola, abren nuevas oportunidades para desarrollar tecnologías más eficientes y ecológicas en el manejo de recursos hídricos y la remediación de suelos.
