Inventan un sistema para desalar agua con energía solar y bajo costo

Un grupo de científicos ha desarrollado un sistema autónomo para desalar agua que es más eficiente y menos costoso que los métodos que vienen empleándose actualmente. Hasta tal punto es innovador, que con un coste de solo 4 dólares y con un área de recolección de solo un metro cuadrado puede obtenerse agua para toda una familia en lugares que no dispongan de electricidad.

Además de proporcionar agua dulce, el proceso podría usarse para tratar aguas residuales contaminadas o generar vapor para esterilizar instrumentos médicos, todo ello sin necesidad de otra fuente de energía distinta a la luz solar.

Se estima que dos tercios de la humanidad se ven afectados por la escasez de agua, y muchas áreas del mundo también se enfrentan a la falta de electricidad. Por lo tanto, los esfuerzos de los investigadores se están dirigiendo desde hace un tiempo hacia formas de desalinizar el agua de mar o el agua salobre utilizando solo el calor solar. Sin embargo, a menudo estos esfuerzos se han venido topando con problemas de deterioro de los equipos causados ​​por la acumulación de sal, lo que aumenta la complejidad del proceso y los gastos.

Problemas solucionados

Ahora, un equipo de investigadores del Massachusets Institute of Technology (MIT) y de entidades de China ha encontrado una solución al problema de la acumulación de sal y ha desarrollado un sistema de desalinización que es más eficiente y menos costoso que los métodos anteriores de desalinización solar. El proceso también podría usarse para tratar aguas residuales contaminada y otras utilidades, siempre sin necesidad de energía eléctrica convencional.

El hallazgo se acaba de dar a conocer hace escasos días en la revista Nature Communications, en un artículo del estudiante graduado del MIT Lenan Zhang, el posdoctorado Xiangyu Li, la profesora de ingeniería mecánica Evelyn Wang y otros cuatro.

“Ha habido muchas demostraciones de diseños de evaporación basados ​​en energía solar, que rechazan la sal y con un muy alto rendimiento”, ha indicado Wang. “El desafío ha sido el problema de las incrustaciones de sal, que no se había abordado hasta ahora. Las cifras de rendimiento parecen siempre muy atractivas, pero luego resultan quedar limitadas por el factor tiempo. Con el tiempo, las cosas empeoran”, ha añadido. Ese ha sido el reto que ha conseguido superar su equipo: hacer que el sistema dure más tiempo con la misma eficiencia.

Muchos intentos de sistemas de desalinización solar se basan en algún tipo de mecha para extraer el agua salada a través del dispositivo, pero estas mechas son vulnerables a la acumulación de sal y relativamente difíciles de limpiar. En su lugar, el equipo se centró en desarrollar un sistema sin mechas.

El resultado es un sistema en capas, con material oscuro en la parte superior para absorber el calor del sol, luego una capa delgada de agua sobre una capa perforada de material, asentada sobre un depósito profundo de agua salada, como un tanque o un estanque. Después de cuidadosos cálculos y experimentos, los investigadores determinaron el tamaño óptimo de los agujeros perforados en el material, que en sus pruebas estaba hecho de poliuretano. Los agujeros tenían 2,5 milímetros de diámetro.

Estas perforaciones son lo suficientemente grandes como para permitir una circulación convectiva natural entre la capa de agua superior más cálida y el depósito más frío que se encuentra debajo. Esa circulación atrae naturalmente la sal de la capa delgada de arriba hacia el cuerpo de agua que se encuentra debajo, donde se diluye bien y deja de ser un problema. “Nos permite lograr un alto rendimiento y, al mismo tiempo, prevenir esta acumulación de sal”, dice Wang, profesor de ingeniería de Ford y jefe del Departamento de Ingeniería Mecánica.

Li explicó que las ventajas de este sistema son “tanto el alto rendimiento como la operación confiable, especialmente en condiciones extremas, donde podemos trabajar con agua salina cercana a la saturación. Y eso significa que también es muy útil para el tratamiento de aguas residuales”.

Agregó que gran parte del trabajo en este tipo de desalinización con energía solar se ha centrado en materiales novedosos. “Pero en nuestro caso, usamos materiales de muy bajo costo, casi domésticos”.

La clave fue analizar y comprender el flujo convectivo que impulsa este sistema completamente pasivo, dice. “La gente cree que siempre se necesitan materiales nuevos, costosos o estructuras complicadas o estructuras absorbentes para hacer eso. Creo que este es el primer sistema que logra esto sin estructuras absorbentes”, agregó.

Este nuevo enfoque “brinda un camino prometedor y eficiente para la desalinización de soluciones de alta salinidad, y podría cambiar las reglas del juego en la desalinización solar de agua”, dice Hadi Ghasemi, profesor de ingeniería química y biomolecular en la Universidad de Houston.

Solo cuatro dólares de coste para abastecer a una familia
Hasta ahora, el equipo ha probado el concepto utilizando pequeños dispositivos de sobremesa, por lo que el siguiente paso será comenzar a escalar hacia dispositivos que podrían tener aplicaciones prácticas.

Según sus cálculos, un sistema con solo un metro cuadrado de área de recolección debería ser suficiente para satisfacer las necesidades diarias de agua potable de una familia, señalan. Zhang dice que calcularon que los materiales necesarios para un dispositivo de un metro cuadrado costarían solo alrededor de cuatro dólares.

Su aparato de prueba funcionó durante una semana sin signos de acumulación de sal, dice Li. Y el dispositivo es notablemente estable. “Incluso si aplicamos alguna perturbación extrema, como olas en el agua del mar o en el lago”, donde dicho dispositivo podría instalarse como una plataforma flotante, “puede volver a su posición de equilibrio original muy rápido”, asegura.

El trabajo necesario para traducir esta prueba a escala de laboratorio en dispositivos comerciales viables para mejorar la tasa general de producción de agua debería ser posible en unos pocos años, dice Zhang. Es probable que las primeras aplicaciones sean el suministro de agua segura en lugares remotos fuera de la red, o para el alivio de desastres después de huracanes, terremotos u otras interrupciones del suministro normal de agua.

Zhang agrega que “si podemos concentrar un poco la luz del sol, podríamos usar este dispositivo pasivo para generar vapor a alta temperatura para esterilizar médicamente” en áreas rurales sin conexión a la red.

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