Desarrollaron un nuevo proceso de desalinización solar-térmica para producir agua dulce de forma eficiente energéticamente, que no deje salmuera y no requiere aditivos químicos.
Luke Auburn | Nueva York, Estados Unidos | Universidad de Rochester | Todo El Campo | Un sistema de desalinización, de eficiencia energética, produce agua dulce sin aditivos químicos y transforma las sales sobrantes en materiales útiles.
CINCO GRANDES CONCLUSIONES.
1) Un nuevo método de desalinización produce agua potable a partir de agua de mar sin aditivos químicos.
2) El sistema alimentado por energía solar utiliza metal negro especialmente diseñado para absorber la luz solar.
3) Su superficie autolimpiante separa y recoge sales, en lugar de vertarlas como residuos nocivos de salmuera.
4) De las sales, el sistema puede extraer litio, un material clave para las baterías recargables.
5) El enfoque podría ayudar a abordar la escasez global de agua y la creciente demanda de minerales.
Las Naciones Unidas estiman que 2.200 millones de personas carecen de agua potable gestionada de forma segura, y comunidades desde California hasta Oriente Medio dependen de plantas desalinizadoras para convertir el agua del océano en agua dulce. Las técnicas comunes de desalinización, como la ósmosis inversa y la destilación térmica, requieren mucha energía, requieren tratamiento previo y posterior al agua, y dejan un subproducto concentrado de agua salada llamado salmuera. El subproducto de la salmuera causa estragos en la vida marina cuando se deposita de nuevo en el océano al elevar el nivel de sal y reducir el oxígeno en el agua.
Pero un enfoque novedoso desarrollado en la Universidad de Rochester ofrece una forma de superar estos inconvenientes. Investigadores del Instituto de Óptica de URochester desarrollaron un nuevo proceso de desalinización solar-térmica para producir agua dulce de forma eficiente energéticamente, que no deje salmuera y no requiere aditivos químicos para pretratar el agua. Un equipo liderado por Chunlei Guo, profesor de óptica y física y científico senior en el Laboratorio de Energética Láser de URochester, describe su método en un artículo publicado en Light: Science & Applications (*).
La tecnología utiliza paneles solares hechos de metal negro grabados con láseres de femtosegundos para hacer que la superficie absorba la luz y sea superabsorbente, o extremadamente atractiva para el agua. Los paneles tienen una región activa tratada con láser que absorbe una fina capa de agua a lo largo de la superficie, absorbe casi toda la radiación solar, destila el agua y deposita las sales y minerales sobrantes en los laterales sin tratar o en la región «pasiva» del panel, de modo que la sal no obstruya la zona activa ni interrumpa la desalinización continua.
APROVECHANDO EL EFECTO DEL “ANILLO DE CAFÉ”.
Guo dice que otros investigadores han desarrollado técnicas de desalinización solar-térmica que funcionan bien en experimentos de laboratorio utilizando agua de mar simulada hecha únicamente de agua y cloruro de sodio. A medida que el agua se evapora, el cloruro de sodio cristaliza de forma granulada y porosa, permitiendo que el agua pase para disuelver la sal. Los paneles solares, por su parte, se pueden limpiar fácilmente.
Pero el océano real tiene una composición mucho más compleja, y estos sistemas tienden a encontrar problemas cuando se prueban en campo. A diferencia del cloruro de sodio, muchos otros componentes del agua de mar, como los materiales basados en magnesio y calcio, cristalizan de forma costrosa y no porosa en la superficie del panel solar, obstruyéndola. Con el tiempo, el agua ya no puede filtrarse. Esto es el mismo fenómeno que tu alcachofón de ducha con el tiempo o tu tetera se llena de escamas, salvo que el agua de mar contiene cientos de veces más sales que el agua de la canilla.
Para evitar que la superficie de los paneles solares se atascara de forma similar, el equipo de Guo grabó con precisión las ranuras del metal negro para que las diversas sales y minerales del agua del océano simplemente se desprendieran. También aprovecharon un fenómeno físico que ha afectado a los torpes javafilos durante siglos: el efecto anillo del café.
“Si dejas caer café sobre una superficie, finalmente el agua se evapora y queda un anillo en el borde exterior que son las partículas concentradas de café”, dice Guo. “Usamos ese mismo principio para avanzar las sales a la región pasiva”.
Probando su técnica de desalinización solar-térmica utilizando muestras de agua de los océanos Pacífico, Atlántico e Índico, Guo y su equipo lograron hacer que la superficie se autolimpiara. En otras palabras, extraía agua dulce y dirigía las sales restantes a la región pasiva donde podían recogerse posteriormente sin reducir la eficiencia del panel.
CONVERTIR RESIDUOS EN RECURSOS.
Una de las ventajas distintivas del nuevo método de desalinización es que, en lugar de dejar salmuera que debe ser eliminada o procesada, extrae casi el cien por ciento de las sales en forma sólida. Esto no solo podría producir una abundante cantidad de sal de mesa, sino que también podría usarse para extraer minerales más valiosos, incluido el litio, que se emplea en las baterías de ion de litio que alimentan los vehículos eléctricos y otros dispositivos electrónicos.
En un artículo relacionado en el Journal of Materials Chemistry A (**), Guo y sus colegas muestran cómo pueden utilizar los mismos paneles solares superabsorbentes para separar el litio del resto de sales en la desalinización. Incrustar nanopartículas hechas de titanato de hidrógeno en las diminutas ranuras de la superficie del metal negro aísla el litio de otras sales y minerales.
“Extraer litio de la Tierra ha resultado ser muy agotador tanto energéticamente como medioambiental, por lo que extraer litio directamente del agua salada podría ser una vía muy importante en el futuro”, dice Guo.
Utilizando muestras de agua de Great Salt Lake, los investigadores extrajeron aproximadamente el 50% del litio de las sales que quedaron tras el proceso de desalinización.
Guo afirma que ahora que la tecnología de desalinización superabsorbente ha sido demostrada en pruebas de concepto en dispositivos a pequeña escala, considera que la tecnología es inherentemente escalable, capaz de mejorar el acceso global al agua potable y construir cadenas de suministro más sostenibles para minerales preciosos.
La National Science Foundation, la Fundación Bill & Melinda Gates y la Red Universitaria Mundial apoyaron esta investigación. Los colegas de Guo del Instituto de Óptica que contribuyeron a la investigación incluyen al científico senior Subash Singh, el exalumno Ran Wei ’24 (PhD), los estudiantes de doctorado Luheng Tang y Tainshu Xu, y Mingjiang Ma.
Artículo de la Universidad de Rochester: Un nuevo método convierte el agua del océano en agua potable, sin desperdicio
REFERENCIAS.
(*) Artículo publicado en Light: Science & Applications – Desalinización solar-térmica sin aditivos y sin descarga de salmuera con minería simultánea completa de minerales de agua oceánica | Luz: Ciencia y Aplicaciones
(**) Artículo publicado en Journal of Materials Chemistry A – Extracción rápida de litio mediante evaporación interfacial solar-térmica con descarga líquida cero | Revista de Química de Materiales A | La Real Sociedad de Química
EL AUTOR.
Luke Auburn es director de Comunicación, Hajim School of Engineering & Applied Sciences.
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