Un grupo de cientĂficos ha desarrollado un sistema autĂłnomo para desalar agua que es más eficiente y menos costoso que los mĂ©todos que vienen empleándose actualmente. Hasta tal punto es innovador, que con un coste de solo 4 dĂłlares y con un área de recolecciĂłn 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 podrĂa usarse para tratar aguas residuales contaminadas o generar vapor para esterilizar instrumentos mĂ©dicos, todo ello sin necesidad de otra fuente de energĂa 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 soluciĂłn al problema de la acumulaciĂłn de sal y ha desarrollado un sistema de desalinizaciĂłn que es más eficiente y menos costoso que los mĂ©todos anteriores de desalinizaciĂłn solar. El proceso tambiĂ©n podrĂa usarse para tratar aguas residuales contaminada y otras utilidades, siempre sin necesidad de energĂa elĂ©ctrica convencional.
El hallazgo se acaba de dar a conocer hace escasos dĂas en la revista Nature Communications, en un artĂculo del estudiante graduado del MIT Lenan Zhang, el posdoctorado Xiangyu Li, la profesora de ingenierĂa mecánica Evelyn Wang y otros cuatro.
“Ha habido muchas demostraciones de diseños de evaporaciĂłn basados ​​en energĂa solar, que rechazan la sal y con un muy alto rendimiento”, ha indicado Wang. “El desafĂo ha sido el problema de las incrustaciones de sal, que no se habĂa 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 desalinizaciĂłn solar se basan en algĂşn tipo de mecha para extraer el agua salada a travĂ©s del dispositivo, pero estas mechas son vulnerables a la acumulaciĂłn de sal y relativamente difĂciles de limpiar. En su lugar, el equipo se centrĂł 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 depĂłsito profundo de agua salada, como un tanque o un estanque. DespuĂ©s de cuidadosos cálculos y experimentos, los investigadores determinaron el tamaño Ăłptimo de los agujeros perforados en el material, que en sus pruebas estaba hecho de poliuretano. Los agujeros tenĂan 2,5 milĂmetros de diámetro.
Estas perforaciones son lo suficientemente grandes como para permitir una circulaciĂłn convectiva natural entre la capa de agua superior más cálida y el depĂłsito más frĂo que se encuentra debajo. Esa circulaciĂłn 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 acumulaciĂłn de sal”, dice Wang, profesor de ingenierĂa de Ford y jefe del Departamento de IngenierĂa Mecánica.
Li explicĂł que las ventajas de este sistema son “tanto el alto rendimiento como la operaciĂłn confiable, especialmente en condiciones extremas, donde podemos trabajar con agua salina cercana a la saturaciĂłn. Y eso significa que tambiĂ©n es muy Ăştil para el tratamiento de aguas residuales”.
AgregĂł que gran parte del trabajo en este tipo de desalinizaciĂłn con energĂa solar se ha centrado en materiales novedosos. “Pero en nuestro caso, usamos materiales de muy bajo costo, casi domĂ©sticos”.
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”, agregĂł.
Este nuevo enfoque “brinda un camino prometedor y eficiente para la desalinizaciĂłn de soluciones de alta salinidad, y podrĂa cambiar las reglas del juego en la desalinizaciĂłn solar de agua”, dice Hadi Ghasemi, profesor de ingenierĂa quĂmica y biomolecular en la Universidad de Houston.
Solo cuatro dĂłlares 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 podrĂan tener aplicaciones prácticas.
SegĂşn sus cálculos, un sistema con solo un metro cuadrado de área de recolecciĂłn deberĂa 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 costarĂan solo alrededor de cuatro dĂłlares.
Su aparato de prueba funcionĂł durante una semana sin signos de acumulaciĂłn de sal, dice Li. Y el dispositivo es notablemente estable. “Incluso si aplicamos alguna perturbaciĂłn extrema, como olas en el agua del mar o en el lago”, donde dicho dispositivo podrĂa instalarse como una plataforma flotante, “puede volver a su posiciĂłn 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 producciĂłn de agua deberĂa 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 despuĂ©s de huracanes, terremotos u otras interrupciones del suministro normal de agua.
Zhang agrega que “si podemos concentrar un poco la luz del sol, podrĂamos usar este dispositivo pasivo para generar vapor a alta temperatura para esterilizar mĂ©dicamente” en áreas rurales sin conexiĂłn a la red.