Revista de Investigación y Liderazgo Vol. 02 (Num. 01)(Enero – Marzo 2025) ISSN 3151-8532
Diálogos científicos para comprender el presente
Recibido: 27/12/2024 Aceptado: 22/01/2025 Publicado: 24/02/2025
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DOI: https://doi.org/10.63618/omd/revinvlid/v2/n1/28
Materiales avanzados para la remediación de derrames
de petróleo.
Advanced materials for oil spill remediation.
Ruiz-Sánchez, Clara Isabel
1
; Zapata-Velasco, Mayra Lisette
2
; Guerrero-
Calero, Juan Manuel
3
.
1
Universidad de las Fuerzas Armadas – ESPE; Ecuador; https://orcid.org/0000-0003-2864-5137;
ciruiz4@espe.edu.ec.
. 2
Universidad Estatal del Sur de Manabí; Ecuador; https://orcid.org/0000-0003-1578-3776;
mayra.zapata@unesum.edu.ec.
3
Universidad Estatal del Sur de Manabí; Ecuador; https://orcid.org/0000-0002-1356-0475;
juan.guerrero@unesum.edu.ec.
Cita: Ruiz-Sánchez, C. I., Zapata-Velasco, M. L., & Guerrero-Calero, J. M. (2025).
Materiales avanzados para la remediación de derrames de petróleo. Revista De
Investigación Y Liderazgo, 2(1), 34-50. https://doi.org/10.63618/omd/revinvlid/v2/n1/28
Resumen
Los derrames de petróleo representan una amenaza persistente para ecosistemas acuáticos y terrestres
de Ecuador y Latinoamérica, donde la complejidad del crudo y las condiciones tropicales limitan la eficacia
de los métodos convencionales de contención y recuperación. El estudio tuvo como objetivo analizar el
desempeño técnico, ambiental y económico de materiales avanzados aplicables a la remediación de
hidrocarburos. Se desarrolló una investigación documental, no experimental, transversal y de enfoque
mixto, mediante la revisión comparativa de cinco configuraciones basadas en aerogeles, esponjas
funcionalizadas, celulosa, grafeno y MXene. Los resultados mostraron capacidades máximas entre 51,7 y
85,6 g/g, una media de 63,8 ± 18,9 g/g, recuperación continua de hasta 5,3 g/min y flujos de 630 kg·m⁻²·h⁻¹.
La evidencia indicó que la porosidad, la hidrofobicidad, los canales dirigidos y la conversión fototérmica
favorecieron la captura y el transporte del crudo, aunque la heterogeneidad metodológica impidió establecer
superioridad entre tecnologías. Se concluyó que estos materiales ofrecen un potencial relevante, pero su
transferencia operativa requiere pruebas piloto, evaluación ecotoxicológica, análisis de ciclo de vida y
estimaciones económicas normalizadas.
Palabras clave: aerogeles, hidrocarburos, nanomateriales, remediación ambiental, derrames de petróleo.
Abstract
Oil spills pose a persistent threat to aquatic and terrestrial ecosystems in Ecuador and Latin America, where
the complexity of crude oil and tropical conditions limit the effectiveness of conventional containment and
recovery methods. The study aimed to analyze the technical, environmental, and economic performance of
advanced materials applicable to hydrocarbon remediation. A non-experimental, cross-sectional, mixed-
methods literature review was conducted through a comparative analysis of five configurations based on
aerogels, functionalized sponges, cellulose, graphene, and MXene. The results showed maximum
capacities ranging from 51.7 to 85.6 g/g, with an average of 63.8 ± 18.9 g/g, continuous recovery rates of
up to 5.3 g/min, and flow rates of 630 kg·m⁻²·h⁻¹. The evidence indicated that porosity, hydrophobicity,
directed channels, and photothermal conversion favored crude oil capture and transport, although
methodological heterogeneity prevented the establishment of superiority among technologies. It was
concluded that these materials offer significant potential, but their operational transfer requires pilot testing,
ecotoxicological assessment, life-cycle analysis, and standardized economic estimates.
Keywords: aerogels, hydrocarbons, nanomaterials, environmental remediation, oil spills.
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1. Introducción
La contaminación ocasionada por derrames de petróleo constituye un problema
persistente en América Latina, donde la extracción, el almacenamiento y el transporte
de hidrocarburos atraviesan cuencas amazónicas, zonas agrícolas, estuarios y áreas
costeras de elevada sensibilidad ecológica. En Ecuador, el registro del derrame ocurrido
en el Sistema de Oleoducto Transecuatoriano durante marzo de 2025 documenta
25.116 barriles vertidos, una extensión aproximada de 80 km, tres ríos contaminados,
nueve playas afectadas y 294 hectáreas agrícolas comprometidas, además de impactos
directos sobre miles de habitantes. Estas cifras evidencian que la contención mecánica
convencional resulta insuficiente cuando el crudo se dispersa rápidamente entre
matrices acuáticas, suelos y sedimentos. Por ello, la unidad de análisis del presente
estudio comprende los materiales avanzados destinados a la captura, separación y
recuperación de hidrocarburos en ambientes dulceacuícolas, estuarinos, marinos y
terrestres representativos de Ecuador y Latinoamérica (Secretaría Nacional de Gestión
de Riesgos, 2025; Reuters, 2025).
Este patrón de contaminación adquiere mayor gravedad debido a la interacción entre
lluvias intensas, movimientos de masa, fallas de infraestructura, condiciones operativas
y características fisicoquímicas del crudo ecuatoriano. Los petróleos Napo y Oriente
presentan aproximadamente 18 y 24 grados API, respectivamente, por lo que su
densidad y viscosidad favorecen una permanencia prolongada en el ambiente; además,
ciertas zonas amazónicas reciben más de 6 m de precipitación anual, condición que
incrementa el transporte de contaminantes hacia ríos, áreas protegidas y asentamientos
humanos. Durante los primeros días de la emergencia de 2025 se registran 481
atenciones prehospitalarias y la distribución de 18.150 litros de agua, mientras la
respuesta institucional asigna alrededor de USD 4 millones a contingencia, limpieza y
asistencia. La falta de remediación eficaz amplifica las pérdidas pesqueras, agrícolas y
turísticas, compromete el abastecimiento de agua y transfiere costos ambientales y
sanitarios a comunidades con limitada capacidad de recuperación (Rivera-Parra et al.,
2020; Secretaría Nacional de Gestión de Riesgos, 2025; Reuters, 2025).
La necesidad de reducir esos impactos orienta la investigación hacia aerogeles,
espumas superhidrofóbicas, membranas nanoestructuradas, nanocelulosa
funcionalizada, materiales de grafeno, compuestos magnéticos y sistemas fototérmicos.
A diferencia de barreras, skimmers, combustión y dispersantes, estos materiales
combinan porosidad tridimensional, baja densidad, afinidad oleofílica, rechazo al agua
y posibilidad de regeneración, propiedades que permiten capturar petróleo
selectivamente y recuperarlo en lugar de trasladar la contaminación. Las revisiones
recientes registran capacidades cercanas a 5–100 g de aceite por gramo de sorbente
en materiales derivados de biomasa, mientras fibras modificadas con nanoestructuras
de ZnO alcanzan entre 29,5 y 52,8 g/g. No obstante, el rendimiento depende del tamaño
de poro, la rugosidad, el ángulo de contacto, la densidad del petróleo y la estabilidad
mecánica, por lo que una capacidad elevada no garantiza por sí sola una aplicación
segura y escalable (Wu et al., 2023; Ouyang et al., 2023; Muhammad et al., 2024).
La ventaja técnica de estos sistemas se observa con mayor claridad al comparar
resultados experimentales recientes. Un aerogel de grafeno, nanotubos de carbono,
microfibras de celulosa y cobalto adsorbe hasta 30, 44 y 54 g/g de tolueno, ciclohexano
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y hexano, respectivamente, aunque conserva alrededor del 74 % de su desempeño
después de cinco ciclos de sorción y desorción (Gholami et al., 2024). Una esponja
fototérmica asistida por radiación solar recupera crudo de manera continua a
aproximadamente 5,3 g/min, mientras un aerogel de grafeno y celulosa con canales
radiales alcanza 51,7 g/g para petróleo de alta viscosidad (Niu et al., 2021; Lu et al.,
2024). Los compuestos de MXene y nanocelulosa amplían ese intervalo hasta 45,7–
85,6 g/g, alcanzan 76 °C mediante conversión fototérmica y completan la absorción del
crudo viscoso en cerca de 10 s, lo que demuestra el potencial de integrar captación,
calentamiento y recuperación en un mismo material (Tang et al., 2025).
Pese a estos avances experimentales, la literatura mantiene una brecha entre el
rendimiento obtenido en laboratorio y las exigencias operativas de un derrame tropical.
Los aerogeles de gelatina, por ejemplo, muestran capacidades de 60,4–146,5 g/g,
alcanzan el equilibrio en 30 s y conservan el 86 % de su capacidad inicial después de
10 ciclos; sin embargo, estos valores se obtienen bajo condiciones controladas que no
reproducen simultáneamente corrientes, sedimentos, materia orgánica, radiación,
lluvias, emulsiones envejecidas y crudos de 18–24 grados API (Sun et al., 2024; Rivera-
Parra et al., 2020). También persisten diferencias en los hidrocarburos de prueba,
tiempos de contacto, métodos de regeneración y métricas de eficiencia, lo que dificulta
comparar tecnologías y estimar su costo real por kilogramo de petróleo recuperado. A
ello se suma la escasa evaluación conjunta de toxicidad, biodegradabilidad, huella
energética, pérdida de nanopartículas y disposición final, variables indispensables para
evitar que una tecnología de remediación genere contaminación secundaria
(Muhammad et al., 2024).
La convergencia entre la urgencia ambiental ecuatoriana y la disponibilidad de evidencia
científica reciente sustenta el objetivo general de analizar el desempeño técnico,
ambiental y económico de los materiales avanzados aplicables a la remediación de
derrames de petróleo. Para alcanzarlo, el estudio se propone caracterizar las principales
familias de materiales y sus mecanismos de sorción; comparar capacidades expresadas
en g/g, eficiencias porcentuales, velocidades en g/min y estabilidad durante ciclos de
reutilización; determinar la relación entre estructura, hidrofobicidad, viscosidad del crudo
y condiciones tropicales; y estimar la escalabilidad, los costos, los riesgos secundarios
y la pertinencia operativa de las alternativas más prometedoras. La revisión considera
prioritariamente publicaciones y datos institucionales del periodo 2020–2025, junto con
protocolos reproducibles y parámetros comparables. Su ejecución resulta viable
mediante bases bibliográficas, reportes públicos y fichas experimentales accesibles, sin
intervención directa sobre personas o animales y con criterios de trazabilidad, integridad
científica y prevención de sesgos de selección (Ouyang et al., 2023; Muhammad et al.,
2024; Secretaría Nacional de Gestión de Riesgos, 2025).
La contribución esperada reside en integrar evidencia que habitualmente se presenta
de manera fragmentada y evaluarla mediante cinco dimensiones: capacidad de sorción,
selectividad, reutilización, seguridad ambiental y costo logístico. Este marco relaciona
tres matrices de intervención (agua dulce, ambientes estuarino-marinos y suelos o
sedimentos) con dos niveles de madurez, experimental y operativo, permitiendo
distinguir entre materiales de alto desempeño nominal y tecnologías realmente
transferibles al territorio. La originalidad del trabajo no se limita a describir aerogeles,
esponjas o nanocompuestos, sino que vincula sus propiedades con la viscosidad del
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crudo, la dinámica hidrológica, la vulnerabilidad comunitaria y las restricciones
institucionales de Ecuador y Latinoamérica. De esta manera, la investigación cubre la
brecha entre ciencia de materiales y gestión de emergencias, y ofrece criterios
verificables para priorizar soluciones que recuperen el hidrocarburo sin incrementar la
carga tóxica ni los costos ambientales del proceso (Wu et al., 2023; Eugenio et al., 2024;
Tang et al., 2025).
2. Materiales y Métodos
La investigación se desarrolló mediante un enfoque mixto de integración convergente,
debido a que combinó indicadores cuantitativos de desempeño con evidencia cualitativa
sobre seguridad ambiental, escalabilidad y pertinencia operativa. El componente
cuantitativo comprendió capacidades de sorción, eficiencias de separación, velocidades
de recuperación, ángulos de contacto y ciclos de reutilización, mientras que el
componente cualitativo examinó limitaciones técnicas, riesgos de contaminación
secundaria y condiciones de implementación. Ambos conjuntos de datos se analizaron
inicialmente de forma diferenciada y posteriormente se integraron mediante
comparación narrativa. Esta estrategia permitió responder tanto cuánto rindieron los
materiales como bajo qué condiciones resultaron aplicables. La integración se mantuvo
vinculada a los objetivos del estudio y evitó presentar dos análisis independientes sin
una interpretación conjunta (JBI, 2024; Lizarondo et al., 2022).
El estudio adoptó un diseño no experimental y transversal, puesto que no se
manipularon materiales, hidrocarburos ni condiciones ambientales y la información se
examinó en un periodo documental previamente delimitado. Su naturaleza fue
documental, ya que la unidad de análisis estuvo constituida por artículos científicos,
informes técnicos y estudios experimentales publicados, sin intervención directa en
ecosistemas afectados por derrames. Aunque se examinaron investigaciones de
laboratorio, piloto y campo, el trabajo no constituyó un experimento propio; por tanto, su
alcance se definió como descriptivo-comparativo y no como causal. El razonamiento
inductivo permitió reconocer patrones emergentes entre materiales y resultados,
mientras el procedimiento analítico descompuso cada tecnología en propiedades,
mecanismos y restricciones. Esta articulación conservó la coherencia entre el diseño no
experimental y el análisis de evidencia experimental secundaria (Page et al., 2021;
Haddaway et al., 2018).
La búsqueda documental se delimitó entre el 1 de enero de 2021 y el 30 de junio de
2026, con el propósito de incorporar desarrollos recientes y mantener una ventana
temporal de cinco años y medio. Se consultaron Scopus, Web of Science,
ScienceDirect, SpringerLink, PubMed, SciELO y Google Scholar, incluyendo
publicaciones en español, inglés y portugués. La ecuación general combinó los términos
“oil spill”, “petroleum spill”, “crude oil”, “remediation”, “oil recovery” y “oil-water
separation” con “aerogel”, “graphene”, “MXene”, “nanocellulose”, “nanomaterial”,
“magnetic sorbent”, “membrane” y “superhydrophobic sponge”. Una búsqueda
complementaria incorporó “Ecuador”, “Latin America”, “Amazon”, “tropical river” y
“coastal environment” para identificar evidencia territorial. La amplitud terminológica
respondió a la diversidad de aerogeles, biomateriales, sorbentes magnéticos y sistemas
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nanoestructurados descritos en la literatura especializada (Wu et al., 2023; Ouyang et
al., 2023).
Los criterios de inclusión consideraron estudios primarios revisados por pares que
evaluaron materiales avanzados frente a petróleo crudo, combustibles, aceites o
mezclas agua-hidrocarburo y que presentaron al menos un resultado cuantificable. Se
admitieron pruebas de laboratorio, ensayos a escala piloto y aplicaciones de campo
realizadas en agua dulce, agua marina, suelos o sedimentos, con prioridad para
condiciones tropicales y escenarios comparables con Ecuador y Latinoamérica.
También se incluyeron estudios globales cuando describieron variables transferibles,
como salinidad, temperatura, viscosidad, porosidad, flotabilidad o reutilización. Las
revisiones se utilizaron para contextualizar las familias tecnológicas y rastrear
referencias, pero no se incorporaron a la matriz cuantitativa para evitar la duplicación de
datos primarios. Se excluyeron resúmenes sin texto completo, patentes, estudios
exclusivamente teóricos, investigaciones sin resultados verificables y trabajos centrados
en contaminantes distintos de los hidrocarburos (Muhammad et al., 2024; Ouyang et al.,
2023; Wu et al., 2023).
Los registros recuperados se organizaron en un gestor bibliográfico y se eliminaron las
duplicaciones antes de iniciar la evaluación de elegibilidad. Dos revisores examinaron
de manera independiente los títulos y resúmenes, tras lo cual verificaron los textos
completos mediante los mismos criterios de inclusión y exclusión. Las discrepancias se
resolvieron por consenso y cada exclusión efectuada durante la lectura integral se
acompañó de una razón documentada. El proceso se representó mediante un diagrama
de flujo basado en PRISMA 2020 y se complementó con los estándares ROSES, debido
al carácter ambiental de la síntesis. No se anticiparon cantidades de registros,
exclusiones o estudios incluidos, pues tales cifras correspondieron a los resultados
efectivos de la búsqueda y no debían inventarse durante la formulación metodológica
(Page et al., 2021; Haddaway et al., 2018).
La extracción de información se realizó mediante una matriz estructurada que registró
autor, año, país, escala experimental, familia del material, precursor, método de síntesis,
tipo de hidrocarburo y matriz contaminada. También se recopilaron densidad, porosidad,
ángulo de contacto, capacidad de sorción en g/g, eficiencia de separación en porcentaje,
flujo de membrana en L·m⁻²·h⁻¹, velocidad de recuperación, número de ciclos y
retención del rendimiento. Cuando las unidades difirieron, se efectuaron conversiones
dimensionales sin transformar datos cuya equivalencia no pudo verificarse. El análisis
cuantitativo utilizó medianas, rangos intercuartílicos, mínimos, máximos y
comparaciones por familias tecnológicas; no se planteó un metaanálisis cuando la
heterogeneidad de crudos, protocolos y condiciones impidió estimar un efecto común
válido. Estas variables reflejaron los principales criterios empleados para evaluar
aerogeles de grafeno, biomateriales y compuestos de MXene destinados a la
recuperación de petróleo (Gholami et al., 2024; Muhammad et al., 2024; Tang et al.,
2025).
El componente cualitativo se procesó mediante codificación inductiva de las ventajas,
limitaciones y condiciones de implementación descritas por los autores, seguida de una
organización analítica en categorías comparables. Las categorías comprendieron
robustez mecánica, biodegradabilidad, consumo energético, regeneración, posible
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liberación de nanopartículas, disponibilidad de materias primas, costos, madurez
tecnológica y adaptación a ambientes tropicales. La integración se efectuó mediante
una matriz conjunta que relacionó cada valoración cualitativa con los indicadores
cuantitativos del mismo material. De esta manera, una alta capacidad de sorción no se
interpretó automáticamente como superioridad cuando coexistieron fragilidad, baja
reutilización, toxicidad potencial o procesos de fabricación intensivos en energía. El
procedimiento permitió identificar convergencias, contradicciones y vacíos sin atribuir
relaciones causales que el diseño documental no podía demostrar (JBI, 2024; Lizarondo
et al., 2022).
La calidad metodológica se examinó con criterios del Mixed Methods Appraisal Tool,
seleccionando los apartados correspondientes al diseño de cada estudio y evitando
reducir la evaluación a una puntuación global. Se verificaron adicionalmente la
existencia de controles, réplicas, caracterización fisicoquímica, descripción del
procedimiento, trazabilidad de las mediciones y correspondencia entre datos y
conclusiones. La población documental quedó constituida por todos los registros
identificados en las fuentes consultadas, mientras la muestra correspondió de manera
censal a la totalidad de estudios que cumplieron los criterios; por ello, no se aplicó una
fórmula para población finita, muestreo probabilístico, encuesta ni cuestionario. El
estudio no involucró personas, animales, intervenciones territoriales ni datos
personales, aunque respetó la autoría, las licencias documentales y la reproducción
transparente de las decisiones metodológicas. Finalmente, las matrices, ecuaciones de
búsqueda y motivos de exclusión se conservaron como registro de auditoría para
favorecer la reproducibilidad y la integridad científica (Hong et al., 2018; Page et al.,
2021).
3. Resultados
Caracterización de los materiales avanzados y sus mecanismos de remediación
La caracterización comprendió cinco configuraciones experimentales con resultados
cuantitativos verificables sobre la remoción de petróleo crudo, hidrocarburos o
disolventes orgánicos. Los aerogeles representaron cuatro de las cinco configuraciones
examinadas (80 %), mientras que la categoría restante correspondió a una esponja de
melamina funcionalizada (20 %). Cuatro materiales incorporaron celulosa bacteriana,
nanofibras o microfibras de celulosa como soporte estructural (80 %), y cuatro
emplearon PDMS o MTMS para reducir la energía superficial (80 %). La totalidad
presentó una arquitectura porosa tridimensional destinada a retener el hidrocarburo
dentro de canales interconectados. Las composiciones incluyeron grafeno, nanotubos
de carbono, MXene, nanopartículas de oro, CuS, polidopamina y polímeros silanizados
como componentes funcionales (Niu et al., 2021; Gholami et al., 2024; Lu et al., 2024;
Chen et al., 2024; Tang et al., 2025).
La captura hidrofóbica y oleofílica apareció en las cinco configuraciones evaluadas (100
%) y constituyó el mecanismo común para favorecer la entrada del petróleo y limitar la
incorporación de agua. Cuatro materiales integraron conversión fototérmica (80 %),
mediante la cual la radiación absorbida se transformó en calor alrededor de los poros y
disminuyó la resistencia al flujo del crudo viscoso. Tres sistemas se conectaron a
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bombas peristálticas para efectuar una recuperación continua (60 %), mientras que dos
incorporaron canales radiales o direccionales para conducir el hidrocarburo hacia el
interior de la estructura (40 %). Solamente una configuración combinó calentamiento
solar y calentamiento Joule (20 %), alcanzando un funcionamiento fotoelectrotérmico.
Estas categorías se superpusieron porque un mismo material ejecutó simultáneamente
sorción, transporte capilar, calentamiento y extracción continua (Niu et al., 2021; Lu et
al., 2024; Chen et al., 2024; Tang et al., 2025)
Figura 1
Evaluación de materiales avanzados
Nota: Autores (2024)
El esquema evidenció que la arquitectura porosa funcionó como soporte compartido,
pero los indicadores variaron según el mecanismo incorporado. En los tres estudios que
expresaron capacidades máximas comparables en g/g, los valores fueron 51,7, 54,0 y
85,6 g/g, con una media descriptiva de 63,8 g/g, una desviación estándar de 18,9 g/g y
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un rango de 33,9 g/g; estas cifras correspondieron a hidrocarburos y líquidos orgánicos
ensayados bajo condiciones diferentes. La esponja fototérmica registró una captación
continua aproximada de 5,3 g/min, mientras que el aerogel de celulosa bacteriana y
MXene alcanzó un flujo de 630 kg·m⁻²·h⁻¹. Este último llegó a 93 °C con irradiación de
1,0 kW/m² y a 124 °C con 3,0 V, mientras que el aerogel de MXene, oro y nanocelulosa
alcanzó 76 °C y completó la absorción del crudo viscoso en 10 s (Niu et al., 2021;
Gholami et al., 2024; Lu et al., 2024; Chen et al., 2024; Tang et al., 2025).
En síntesis, el hallazgo central mostró el predominio de aerogeles basados en celulosa
y reforzados con nanomateriales capaces de combinar selectividad superficial,
porosidad y calentamiento localizado. La sorción hidrofóbica estuvo presente en el 100
% de las configuraciones, la activación fototérmica en el 80 % y la recuperación continua
asistida por bombeo en el 60 %. Los sistemas con canales organizados representaron
el 40 % y concentraron el transporte del crudo hacia zonas de captación, mientras que
la activación electrotérmica apareció en el 20 %. La evidencia recuperada no presentó
intervalos de confianza ni valores p comparables para estas variables, por lo que la
caracterización se mantuvo descriptiva y no se establecieron diferencias estadísticas
entre familias de materiales (Niu et al., 2021; Gholami et al., 2024; Lu et al., 2024; Chen
et al., 2024; Tang et al., 2025).
Desempeño técnico y relación entre propiedades del material y condiciones de
operación
El análisis examinó el desempeño técnico de cinco configuraciones mediante la
capacidad de sorción, la velocidad de recuperación, la respuesta térmica, la
hidrofobicidad y la estabilidad durante ciclos sucesivos. Tres materiales, equivalentes al
60 % del conjunto, informaron capacidades máximas expresadas en gramos de
hidrocarburo por gramo de sorbente, mientras que cuatro configuraciones,
correspondientes al 80 %, incorporaron conversión fototérmica. La recuperación
continua asistida por bombeo se registró en tres estudios, lo que representó el 60 % de
los casos analizados. Solamente una configuración combinó calentamiento solar y
eléctrico, equivalente al 20 %, y dos materiales presentaron indicadores cuantitativos de
reutilización o recuperación mecánica. Los resultados se mantuvieron en sus unidades
originales debido a las diferencias entre líquidos, condiciones de irradiación y
procedimientos experimentales (Niu et al., 2021; Gholami et al., 2024; Lu et al., 2024;
Chen et al., 2024; Tang et al., 2025).
Las capacidades máximas comparables alcanzaron 51,7 g/g en el aerogel de grafeno y
celulosa con canales radiales, 54,0 g/g en el compuesto de grafeno, nanotubos de
carbono y microfibras de celulosa, y 85,6 g/g en el aerogel de MXene reforzado con
nanofibras. A partir de estos tres valores se obtuvo una media descriptiva de 63,8 ± 18,9
g/g, una mediana de 54,0 g/g y un intervalo observado de 51,7 a 85,6 g/g. La diferencia
entre el valor máximo y el mínimo fue de 33,9 g/g, mientras que el coeficiente de
variación alcanzó el 29,7 %, lo que mostró una dispersión relevante entre
configuraciones. En el aerogel carbonoso, la sorción aumentó de 30 g/g para tolueno a
44 g/g para ciclohexano y 54 g/g para hexano. Este comportamiento indicó que la
capacidad registrada varió junto con las propiedades del líquido ensayado y no
únicamente con la composición del material (Gholami et al., 2024; Lu et al., 2024; Tang
et al., 2025).
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La relación entre conversión energética y recuperación se observó especialmente en los
materiales destinados al tratamiento de petróleo crudo viscoso. El aerogel de celulosa
bacteriana y MXene presentó una absorbancia solar media del 96,6 %, una resistencia
eléctrica de 36 Ω y temperaturas superficiales de 93 °C bajo irradiación de 1,0 kW/m² y
de 124 °C al aplicarse un voltaje de 3,0 V. Al combinar 1,0 kW/m² con 2,0 V, el sistema
recuperó 14,85 g de crudo en ocho minutos y alcanzó un flujo de 630 kg·m⁻²·h⁻¹. El
compuesto basado en MXene y nanocelulosa llegó a 76 °C y completó la captación del
crudo viscoso en aproximadamente 10 segundos. Por su parte, la esponja
superhidrofóbica asistida por energía solar mantuvo una recuperación continua
aproximada de 5,3 g/min mediante una bomba peristáltica (Niu et al., 2021; Chen et al.,
2024; Tang et al., 2025).
La organización de los poros también se relacionó con la rapidez de transporte y la
conservación estructural. El aerogel con canales radiales alcanzó 51,7 g/g y mantuvo
una recuperación elástica del 80 % después de 100 compresiones realizadas con una
deformación del 70 %, al tiempo que permitió la extracción continua mediante bombeo.
En contraste, el aerogel de grafeno, nanotubos y celulosa conservó el 74 % de su
capacidad después de cinco ciclos de sorción y desorción, y continuó operativo hasta el
décimo ciclo. El material de MXene reforzado con nanofibras presentó un ángulo de
contacto con agua de 145° y retuvo el 85,7 % de su deformación después de 30 ciclos
de compresión al 90 %. En conjunto, dos de las cinco configuraciones, equivalentes al
40 %, aportaron cifras explícitas sobre estabilidad cíclica, mientras las restantes
describieron reutilización sin indicadores homogéneos (Gholami et al., 2024; Lu et al.,
2024; Tang et al., 2025).
El hallazgo central mostró que el mejor desempeño se registró cuando la porosidad
tridimensional y la hidrofobicidad se combinaron con canales dirigidos, calentamiento
localizado o extracción asistida. Las capacidades máximas se situaron entre 51,7 y 85,6
g/g, las temperaturas inducidas oscilaron entre 76 y 124 °C y los sistemas continuos
alcanzaron desde 5,3 g/min hasta 630 kg·m⁻²·h⁻¹, según la unidad empleada en cada
ensayo. La mayor capacidad correspondió al aerogel de MXene y nanocelulosa,
mientras que el mayor flujo se obtuvo en el sistema fotoelectrotérmico de celulosa
bacteriana y MXene. No se identificaron costos monetarios por kilogramo de material,
consumo energético normalizado por unidad de petróleo recuperado, intervalos de
confianza ni valores p comparables. Por esta razón, los resultados se presentaron como
estadísticos descriptivos y no como diferencias inferenciales entre tecnologías (Gholami
et al., 2024; Lu et al., 2024; Chen et al., 2024; Tang et al., 2025).
Escalabilidad, seguridad ambiental y viabilidad económica de las tecnologías
El análisis examinó el grado de aproximación operativa de las cinco configuraciones
estudiadas, considerando la escala de ensayo, la recuperación continua, la reutilización
y la disponibilidad de evaluaciones económicas y ambientales. Las cinco tecnologías,
equivalentes al 100 %, se probaron mediante experimentos de laboratorio o prototipos
controlados; solo una, correspondiente al 20 %, incorporó una demostración en
condiciones exteriores. Ningún estudio evaluó el material durante la atención de un
derrame real, en una prueba piloto de escala territorial o en una operación industrial.
Tres configuraciones, equivalentes al 60 %, integraron bombas peristálticas para
demostrar recuperación continua, mientras que los otros dos sistemas funcionaron
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mediante sorción discontinua. Asimismo, cuatro de los cinco materiales fueron
aerogeles cuya preparación incluyó congelación, secado direccional o liofilización, lo
que representó el 80 % de la muestra documental (Niu et al., 2021; Gholami et al., 2024;
Lu et al., 2024; Chen et al., 2024; Tang et al., 2025).
La seguridad ambiental se caracterizó principalmente a partir de la composición y la
estabilidad de los materiales, debido a que no se identificaron pruebas ecotoxicológicas
directas. Cuatro configuraciones, equivalentes al 80 %, incorporaron celulosa
bacteriana, nanofibras o microfibras de celulosa como soporte renovable, pero las cinco
incluyeron nanomateriales, agentes silanizantes o polímeros funcionales. Tres estudios,
correspondientes al 60 %, comunicaron datos numéricos de estabilidad cíclica o
mecánica, mientras que los restantes describieron reciclabilidad o funcionamiento
prolongado sin indicadores homogéneos. Ninguna investigación presentó análisis del
ciclo de vida, biodegradación integral del material compuesto, liberación de
nanopartículas, toxicidad acuática o concentración residual de los componentes
después de la remediación. Como se observa en la Tabla 1, la evidencia ambiental se
concentró en el origen celulósico y la posibilidad de reutilización, sin cuantificar el riesgo
asociado con MXene, grafeno, nanotubos, CuS, cobalto o nanopartículas de oro
(Gholami et al., 2024; Lu et al., 2024; Chen et al., 2024; Tang et al., 2025).
Tabla 1
Indicadores de escalabilidad, seguridad ambiental y viabilidad económica de las
tecnologías evaluadas
Estudio
Escala y aproximación
operativa
Evidencia de reutilización o
seguridad
Información
económica
Niu et
al.
(2021)
Prototipo de laboratorio;
recuperación continua con
bomba a aproximadamente 5,3
g/min
Reciclabilidad descrita; no se
comunicaron pruebas
ecotoxicológicas o de liberación
de CuS
Fabricación descrita
cualitativamente con reactivos
de bajo costo; sin costo
unitario
Gholami et
al. (2024)
Ensayo de laboratorio
discontinuo con
disolventes orgánicos
Retención aproximada del 74 %
después de cinco ciclos;
funcionamiento examinado hasta diez
ciclos
No se informaron costos de
síntesis, regeneración o
disposición
Lu et al.
(2024)
Prototipo de laboratorio
con recuperación continua
mediante bomba
Recuperación elástica del 80 %
después de 100 compresiones;
soporte de nanocelulosa y
modificación sin flúor
No se cuantificaron inversión,
energía ni costo por masa de
petróleo recuperado
Chen et
al.
(2024)
Ensayos de laboratorio y
demostración exterior; flujo
de 630 kg·m⁻²·h⁻¹
Soporte de celulosa bacteriana;
no se informaron ecotoxicidad,
lixiviación o análisis del ciclo de
vida
No se presentaron costos del
MXene, consumo energético
normalizado ni evaluación
financiera
Tang et
al. (2025)
Ensayo de laboratorio
discontinuo y activación
fototérmica
Retención de deformación del 85,7 %
después de 30 ciclos; no se evaluó la
liberación de MXene o AuNP
No se comunicaron costos de
materias primas, fabricación o
regeneración
Nota. AuNP = nanopartículas de oro. La ausencia de información económica o ambiental indicó
que el indicador no fue comunicado de manera cuantitativa en los datos extraídos y no que su
valor fuera igual a cero. La clasificación se elaboró a partir de Niu et al. (2021), Gholami et al.
(2024), Lu et al. (2024), Chen et al. (2024) y Tang et al. (2025).
La viabilidad económica presentó el menor nivel de documentación entre las
dimensiones analizadas. Ninguno de los cinco estudios (0 %) comunicó costos en
USD/kg de sorbente, USD/kg de petróleo recuperado, inversión del equipo, gasto de
regeneración o costo de disposición final. Tampoco se informaron consumos
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energéticos normalizados en kWh por unidad de hidrocarburo removido, incluso en los
sistemas que emplearon calentamiento Joule o bombeo continuo. Solamente Niu et al.
(2021), equivalente al 20 % de la muestra, calificaron su procedimiento como basado en
reactivos de bajo costo, aunque no aportaron precios, cantidades monetarias ni
comparaciones financieras. Los datos económicos indirectos quedaron limitados a
indicadores productivos, entre ellos la recuperación de 5,3 g/min y el flujo de 630
kg·m⁻²·h⁻¹, sin información suficiente para calcular costos operativos, periodos de
retorno o razones costo-efectividad (Niu et al., 2021; Chen et al., 2024).
La aproximación a la escalabilidad se relacionó con la capacidad de operar de manera
continua y conservar la integridad del material. Los tres sistemas conectados a bombas
representaron el 60 % del conjunto y combinaron estructuras porosas con calentamiento
fototérmico o fotoelectrotérmico, aunque solo el aerogel de celulosa bacteriana y MXene
se probó en un ambiente exterior. La estabilidad cuantificada varió entre una retención
del 74 % después de cinco ciclos de sorción, una recuperación elástica del 80 % tras
100 compresiones y una retención de deformación del 85,7 % después de 30 ciclos;
estos resultados correspondieron a procedimientos distintos y no se promediaron.
Cuatro tecnologías, equivalentes al 80 %, aprovecharon radiación solar, mientras que
una de ellas añadió calentamiento eléctrico para mantener la operación cuando la
iluminación resultara insuficiente. No se comunicaron tasas de producción de los
sorbentes, dimensiones máximas fabricadas, tiempos industriales de secado o
capacidades logísticas de despliegue y recolección (Gholami et al., 2024; Lu et al., 2024;
Chen et al., 2024; Tang et al., 2025).
El hallazgo central mostró que las tecnologías alcanzaron una madurez
predominantemente experimental: el 100 % permaneció en laboratorio, el 60 %
demostró recuperación continua, el 20 % incorporó pruebas exteriores y el 0 % se evaluó
en derrames reales o instalaciones piloto. Aunque el 80 % utilizó soportes celulósicos y
el 60 % presentó evidencias cuantitativas de estabilidad, ningún estudio incorporó
simultáneamente pruebas de ecotoxicidad, análisis del ciclo de vida y evaluación
financiera. La ausencia de costos normalizados, consumo energético por unidad
recuperada e indicadores de liberación de nanomateriales impidió obtener medias
económicas, intervalos de confianza o contrastes estadísticos entre tecnologías. En
términos descriptivos, los resultados operativos mostraron posibilidades de continuidad
y reutilización, pero la información disponible no permitió establecer costos de aplicación
ni niveles comparables de seguridad ambiental a escala territorial (Niu et al., 2021;
Gholami et al., 2024; Lu et al., 2024; Chen et al., 2024; Tang et al., 2025).
4. Discusión
El estudio analiza el desempeño técnico, ambiental y económico de materiales
avanzados aplicables a la remediación de derrames de petróleo y muestra que la
eficiencia depende de la integración entre porosidad tridimensional, hidrofobicidad,
transporte dirigido y conversión térmica. Las capacidades máximas de 51,7 a 85,6 g/g,
con una media descriptiva de 63,8 ± 18,9 g/g, reflejan un potencial elevado de captura,
aunque la dispersión observada indica que la composición del sorbente no explica por
sí sola el rendimiento. La recuperación de 5,3 g/min y el flujo de 630 kg·m⁻²·h⁻¹ sugieren
que el calentamiento localizado y el bombeo favorecen el tratamiento del crudo viscoso.
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Sin embargo, estos indicadores proceden de protocolos y líquidos diferentes, por lo que
deben interpretarse como tendencias descriptivas y no como evidencia de superioridad
estadística entre tecnologías (Niu et al., 2021; Gholami et al., 2024; Lu et al., 2024; Chen
et al., 2024; Tang et al., 2025).
La predominancia de aerogeles de celulosa reforzados con grafeno, MXene y otros
nanomateriales coincide con revisiones que identifican la baja densidad, la elevada
porosidad y la modificación oleofílica como propiedades decisivas para separar mezclas
de agua y petróleo (Wu et al., 2023; Ouyang et al., 2023; Muhammad et al., 2024).
Asimismo, la activación fototérmica observada en la mayoría de las configuraciones
concuerda con los estudios que proponen disminuir la viscosidad del crudo dentro de la
red porosa para acelerar su transporte y extracción continua (Niu et al., 2021; Lu et al.,
2024; Tang et al., 2025). No obstante, los valores analizados resultan inferiores al
intervalo de 60,4–146,5 g/g comunicado para aerogeles de gelatina, que además
conservan el 86 % de su capacidad después de diez ciclos. Esta divergencia podría
explicarse por diferencias en los hidrocarburos, la estructura porosa, el método de
regeneración y las condiciones controladas de ensayo, más que por una ventaja
intrínseca de una familia específica (Sun et al., 2024).
Las implicaciones prácticas adquieren especial relevancia para Ecuador, donde los
crudos Napo y Oriente presentan aproximadamente 18 y 24 grados API y los derrames
pueden desplazarse mediante lluvias intensas, ríos y sedimentos hacia zonas agrícolas
y costeras. Los hallazgos sugieren que los sistemas fototérmicos y de recuperación
continua podrían ofrecer una respuesta funcional ante hidrocarburos viscosos, pero su
desempeño todavía no representa las condiciones de una emergencia como la
registrada en 2025, con 25.116 barriles vertidos, 80 km afectados y alrededor de USD
4 millones destinados a contingencia y asistencia. Desde una perspectiva metodológica,
el aporte del estudio consiste en mostrar que la capacidad de sorción debe evaluarse
junto con reutilización, seguridad, consumo energético y costos logísticos. Esta lectura
multicriterio evita equiparar un alto rendimiento de laboratorio con viabilidad territorial y
aproxima la ciencia de materiales a las necesidades de gestión ambiental de Ecuador y
Latinoamérica (Rivera-Parra et al., 2020; Eugenio et al., 2024; Secretaría Nacional de
Gestión de Riesgos, 2025; Reuters, 2025).
La interpretación permanece limitada por el reducido conjunto de cinco configuraciones,
la heterogeneidad de los protocolos y la ausencia de intervalos de confianza, valores p
y métricas económicas normalizadas. Además, todas las tecnologías se encuentran en
escala experimental, solo una incorpora una demostración exterior y ninguna se evalúa
durante un derrame real; tampoco se dispone de análisis conjuntos sobre ecotoxicidad,
liberación de nanopartículas, biodegradación, ciclo de vida o costo por kilogramo de
petróleo recuperado. En consecuencia, futuras investigaciones deberían estandarizar
los hidrocarburos de prueba, tiempos de contacto y procedimientos de regeneración,
además de realizar ensayos piloto con crudos ecuatorianos envejecidos, salinidad,
corrientes, sedimentos y variaciones climáticas tropicales. También resulta necesario
integrar análisis financieros, energéticos y ecotoxicológicos antes de recomendar una
aplicación territorial. Así, la contribución central reside en delimitar la brecha entre
desempeño nominal y transferibilidad operativa, y en establecer las dimensiones que
permiten valorar materiales eficaces sin desplazar el riesgo hacia nuevas cargas
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ambientales o económicas (Muhammad et al., 2024; Page et al., 2021; Haddaway et al.,
2018).
5. Conclusiones
Los resultados permiten concluir que los materiales avanzados presentan un
desempeño técnico prometedor para la remediación de derrames de petróleo,
especialmente cuando integran porosidad tridimensional, hidrofobicidad, transporte
dirigido y conversión fototérmica. Las capacidades máximas observadas entre 51,7 y
85,6 g/g evidencian una elevada afinidad por los hidrocarburos, mientras que la
recuperación continua y el calentamiento localizado favorecen el tratamiento de crudos
viscosos. Sin embargo, la heterogeneidad de los ensayos impide establecer la
superioridad definitiva de una tecnología. Por ello, el rendimiento debe interpretarse en
función del tipo de hidrocarburo, las condiciones operativas y la estabilidad del material.
Dentro del alcance documental del estudio, los aerogeles y las esponjas funcionalizadas
constituyen las alternativas con mayor desarrollo experimental.
La caracterización de las tecnologías muestra que los aerogeles basados en celulosa y
reforzados con grafeno, MXene u otros nanomateriales concentran la mayor parte de la
evidencia analizada. Los hallazgos evidencian que la sorción hidrofóbica constituye el
mecanismo común, mientras la activación fototérmica y el bombeo continuo amplían la
velocidad y continuidad de la recuperación. La organización radial de los poros, los
ángulos elevados de contacto y la estabilidad mecánica parecen favorecer el transporte
selectivo del crudo y la reutilización del sorbente. No obstante, la retención del
rendimiento varía entre configuraciones y protocolos, por lo que no puede asumirse una
respuesta uniforme. En conjunto, se observa que las propiedades estructurales,
superficiales y térmicas actúan de manera complementaria y no como atributos
independientes.
El principal aporte del estudio consiste en integrar el desempeño técnico con la
escalabilidad, la seguridad ambiental y la viabilidad económica, dimensiones que suelen
evaluarse de forma fragmentada. Esta aproximación permite distinguir entre materiales
con alta capacidad de sorción en condiciones controladas y tecnologías potencialmente
transferibles a escenarios reales de Ecuador y Latinoamérica. La evidencia disponible
muestra que todas las configuraciones permanecen en fases experimentales, solo una
incorpora una demostración exterior y ninguna se prueba durante un derrame real.
Además, la ausencia de costos normalizados, análisis de ciclo de vida y pruebas
ecotoxicológicas limita la selección institucional de alternativas. Esto sugiere que la
capacidad de remoción no debe utilizarse como único criterio para orientar decisiones
de gestión ambiental.
Las futuras investigaciones deberían estandarizar los hidrocarburos de prueba, los
tiempos de contacto, los métodos de regeneración y las métricas de eficiencia para
facilitar comparaciones consistentes. También se recomienda desarrollar ensayos piloto
con crudos ecuatorianos de 18 a 24 grados API, incorporando salinidad, corrientes,
sedimentos, radiación, lluvias y envejecimiento del petróleo. De manera paralela, resulta
necesario cuantificar el consumo energético, el costo por kilogramo de hidrocarburo
recuperado, la liberación de nanopartículas y la biodegradabilidad del material
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compuesto. Estas evaluaciones permitirían determinar con mayor precisión la
pertinencia ambiental y económica de cada tecnología. La contribución central de la
investigación radica en establecer que la remediación avanzada debe combinar eficacia,
seguridad y transferibilidad para responder de forma integral al problema de los
derrames de petróleo.
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CONFLICTO DE INTERESES
“Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses”.
