Un aerogel de biomasa logra evaporar agua de mar y resistir salmueras extremas sin quedar bloqueado por los cristales de sal, abriendo una vía para producir agua dulce con energía solar.
- ☀️ Desalinización impulsada directamente por el sol.
- 🐟 Diseño inspirado en las branquias de los peces marinos.
- 💧 Hasta 2,88 kg de agua evaporada por m² y hora.
- 🧂 Funcionamiento con salmuera al 20 % sin acumulación visible de sal.
- 🌿 Aerogel fabricado principalmente con materiales derivados de biomasa.
- 📆 Pruebas de siete días con ciclos de luz y oscuridad.
¿Por qué importa?
La acumulación de sal es uno de los problemas que frenan muchos sistemas experimentales de desalinización solar por evaporación. Cuando el agua desaparece, las sales permanecen y pueden terminar formando una costra sobre el material que absorbe la radiación, bloqueando sus poros y reduciendo su rendimiento.
Un equipo internacional encabezado por investigadores de la Universidad de Shinshu, en Japón, ha planteado una solución bastante peculiar: copiar parte de la estrategia utilizada por las branquias de los peces marinos para regular el movimiento del agua y los iones. El resultado es un aerogel de biomasa que no se limita a evaporar agua. También intenta mantener alejada la sal de la superficie donde se produce esa evaporación.
El problema aparece cuando el agua se va y la sal se queda
La evaporación solar interfacial funciona con una idea relativamente sencilla. En lugar de calentar un depósito entero, un material oscuro absorbe la radiación y concentra el calor justo en la superficie del agua.
Eso permite generar vapor utilizando directamente la energía solar y con una arquitectura mucho más sencilla que una gran instalación convencional de desalación.
Pero aparece un inconveniente.
Conforme el agua se evapora, la concentración de sales alrededor de la superficie aumenta. Si esas sales cristalizan, pueden taponar los poros, reducir la absorción de luz y dificultar la llegada de más agua. El rendimiento termina cayendo.
Es especialmente problemático cuando se trabaja con salmueras concentradas, precisamente uno de los escenarios donde sería interesante disponer de tecnologías capaces de recuperar más agua.
El evaporador alcanzó 2,88 kg/m²/h con agua salada al 3,5 %, una concentración similar a la del agua marina. Con agua de mar real obtuvo aproximadamente 2,85 kg/m²/h.
La solución estaba nadando en el mar
Los peces marinos llevan millones de años enfrentándose a un problema parecido: vivir rodeados de agua salada sin permitir que el exceso de sales descontrole su equilibrio interno.
Las branquias no funcionan como una simple barrera. Regulan simultáneamente el movimiento de los iones y del agua.
Los investigadores trasladaron esa lógica a un aerogel poroso compuesto por carboximetilquitosano y alginato de sodio, dos polímeros derivados de biomasa. Como elemento encargado de absorber la radiación incorporaron además negro de carbono obtenido mediante carbonización de bambú.
La parte oscura transforma la radiación solar en calor. La estructura porosa transporta el agua hasta la superficie. Y ahí comienza lo verdaderamente interesante.
Dos mecanismos trabajando al mismo tiempo
El material contiene grupos con carga eléctrica negativa capaces de dificultar la entrada de determinados iones. Es lo que los investigadores relacionan con el denominado efecto Donnan.
Explicado sin entrar demasiado en química: la propia estructura del aerogel ayuda a impedir que la concentración de sales aumente rápidamente en la superficie.
Hay una segunda defensa.
Los grupos hidrófilos del material mantienen una fina película de agua sobre el aerogel. Esa capa permanece en movimiento y renueva continuamente el agua de la interfaz, diluyendo las sales y favoreciendo que regresen hacia el líquido situado debajo.
Una estrategia refuerza a la otra.
El material no intenta simplemente bloquear la sal. Regula los iones mientras mantiene una película de agua en movimiento sobre la superficie, imitando de forma simplificada dos funciones presentes en las branquias de los peces marinos.
Dos modos para dos tipos de agua
Aquí aparece uno de los aspectos más prácticos del estudio.
Los investigadores comprobaron que podían utilizar el mismo material de dos maneras.
Con salinidades bajas o moderadas, el sistema prioriza la velocidad de evaporación. En agua con una concentración salina del 3,5 %, alcanzó 2,88 kg/m²/h bajo una irradiación equivalente aproximadamente a un sol.
Cuando la concentración aumenta mucho, la prioridad cambia.
El aerogel puede colocarse directamente sobre el agua para favorecer la formación de esa película líquida superficial. La evaporación pierde algo de velocidad, pero aumenta considerablemente la capacidad para gestionar la sal.
Esa diferencia importa. Un sistema destinado a agua marina normal no tiene exactamente las mismas necesidades que otro encargado de tratar salmueras muy concentradas.
Una prueba especialmente exigente: agua con un 20 % de sal
Cuando se utilizó únicamente el mecanismo de regulación iónica, la concentración extrema terminó ganando la batalla.
En una solución con un 20 % de cloruro sódico, el modo rápido mantuvo inicialmente alrededor de 2,68 kg/m²/h, pero después comenzó a acumular sal y perdió gran parte de su capacidad de evaporación.
Eso permitió comprobar precisamente por qué hacía falta el segundo mecanismo.
Al utilizar conjuntamente la regulación iónica y la película de agua superficial, el evaporador funcionó 24 horas de forma continua con salmuera al 20 % sin que apareciera la misma acumulación de cristales.
Una salmuera al 20 % contiene una concentración de sal muy superior a la del agua marina habitual. El sistema de doble efecto consiguió mantener la evaporación durante 24 horas continuas sin la deposición de sal observada en el modo convencional del propio material.
Siete días funcionando entre el día y la noche
Una prueba de unas horas puede demostrar que un material funciona. Dice bastante menos sobre su comportamiento real.
Por eso resulta interesante el ensayo prolongado realizado por el equipo.
El evaporador permaneció siete días consecutivos en una solución de cloruro sódico al 20 %, reproduciendo diariamente 10 horas de iluminación y 14 horas de oscuridad.
Durante los periodos iluminados mantuvo aproximadamente 2,5 kg/m²/h, mientras que durante la fase oscura continuó evaporando alrededor de 0,5 kg/m²/h gracias al calor residual y al intercambio térmico con el entorno. La producción media calculada durante la prueba alcanzó 32,63 kg/m² al día.
Conviene interpretar correctamente esta última cifra: se refiere a masa de agua evaporada en las condiciones experimentales, no a la producción garantizada de una futura máquina comercial de agua potable.
El sistema completó siete ciclos diarios consecutivos en salmuera al 20 %. Es una señal interesante de estabilidad, aunque todavía muy alejada de las pruebas de meses o años necesarias para una aplicación comercial.
También se ha probado con agua de mar real
Los resultados no proceden exclusivamente de soluciones preparadas en laboratorio.
Los investigadores recogieron agua marina natural en Yurihonjo, Japón, y realizaron una prueba continua de ocho horas. El material alcanzó aproximadamente 2,85 kg/m²/h.
Después analizaron el agua condensada. Las concentraciones de sodio, potasio, magnesio y calcio quedaron muy por debajo de los límites de agua potable utilizados como referencia por los investigadores, mientras que la salinidad total cayó alrededor de tres órdenes de magnitud.
También se realizaron experimentos con aguas contaminadas mediante diferentes colorantes y con soluciones extremadamente ácidas y alcalinas. Los resultados apuntan a posibles aplicaciones más amplias en tratamiento de aguas, aunque cada contaminante exigiría validaciones específicas antes de trasladar el sistema fuera del laboratorio.
Del simulador solar al exterior
Otro paso interesante llegó cuando el evaporador salió del laboratorio.
El equipo lo probó al aire libre en el campus de la Universidad de Shinshu, en Ueda, Japón. Con una irradiación máxima de aproximadamente 0,76 soles, la evaporación llegó a 2,16 kg/m²/h al mediodía.
También se realizaron ensayos exteriores durante cuatro días con diferentes condiciones meteorológicas. Y después de permanecer 20 días sumergido en agua marina natural, el aerogel conservó su capacidad de recuperación mecánica en húmedo y un elevado rendimiento de evaporación.
Son pruebas bastante más representativas que iluminar una pequeña muestra durante unas horas. Aun así, continúan siendo ensayos experimentales.
Biomasa en lugar de materiales más persistentes
El componente ambiental del trabajo no se limita al uso del sol.
La estructura está basada fundamentalmente en quitosano modificado y alginato, acompañados de carbono procedente de bambú. Los autores plantean que esta composición puede reducir la dependencia de materiales sintéticos persistentes utilizados en otros evaporadores fototérmicos.
El estudio también evaluó la citotoxicidad del material. Tras dos días de incubación con fibroblastos, la viabilidad celular fue del 88 %, por encima del umbral del 70 % empleado por los investigadores como referencia de baja citotoxicidad.
Eso no equivale a certificar automáticamente un futuro dispositivo para producir agua potable. Es una prueba preliminar de compatibilidad del material.
El estudio demuestra principalmente el comportamiento del evaporador. Un desalinizador real necesita además recoger y condensar eficientemente todo ese vapor, gestionar la salmuera, funcionar durante periodos mucho más largos y demostrar costes competitivos a escala.
No pretende sustituir mañana a la ósmosis inversa
La comparación con una desaladora convencional necesita cierta prudencia.
La ósmosis inversa es una tecnología industrial madura capaz de producir enormes cantidades de agua de forma continua y con sistemas de recuperación energética cada vez más eficientes.
Un evaporador solar pasivo juega otra partida.
Puede funcionar con muy poca infraestructura energética, prácticamente sin elementos mecánicos en la propia superficie evaporadora y en lugares donde construir una instalación industrial carecería de sentido.
Su principal obstáculo es la productividad por superficie. La energía solar disponible en cada metro cuadrado es limitada, y además hay que condensar y recoger el vapor. Una elevada tasa experimental de evaporación no puede traducirse directamente en la misma cantidad de agua potable entregada al usuario.
Ahí estará una de las pruebas decisivas.
Datos esenciales de la tecnología
Cómo funciona
La radiación solar calienta el carbono derivado del bambú incorporado al aerogel. El agua asciende a través de su estructura porosa y se evapora desde la superficie.
Los grupos cargados del quitosano modificado y del alginato dificultan la acumulación de determinados iones mediante el efecto Donnan. Paralelamente, una película de agua que se renueva sobre la superficie diluye y desplaza las sales acumuladas.
El vapor producido necesita finalmente condensarse en otra parte del sistema para convertirse en agua líquida aprovechable.
En cifras
- 2,88 kg/m²/h de evaporación con agua salada al 3,5 % bajo una irradiación equivalente a un sol.
- 2,85 kg/m²/h utilizando agua marina natural.
- 20 % de NaCl en la prueba de salinidad extrema.
- 24 horas continuas de funcionamiento en esa salmuera sin deposición apreciable de sal en el modo de doble efecto.
- 7 días de ensayo cíclico con 10 horas de iluminación y 14 horas de oscuridad.
- 32,63 kg/m²/día de evaporación media en ese ensayo experimental.
Qué tiene de diferente
La principal diferencia no reside únicamente en absorber mucha radiación. El diseño intenta gestionar activamente la sal en la propia interfaz de evaporación.
Combina dos mecanismos que se refuerzan mutuamente: regulación electrostática de los iones y renovación de una película superficial de agua.
Además, puede trabajar en dos configuraciones: una orientada a maximizar la evaporación y otra que sacrifica parte del rendimiento para aumentar la resistencia frente a salmueras extremadamente concentradas.
Comparación directa con la tecnología convencional
Ósmosis inversa: utiliza membranas, bombas de alta presión y electricidad. Tecnología comercial madura, elevada capacidad de producción y funcionamiento continuo.
Evaporador bioinspirado: utiliza directamente la radiación solar para producir vapor, necesita poca infraestructura en la etapa de evaporación y está pensado para sistemas potencialmente descentralizados. Su capacidad real a gran escala, costes y eficiencia del proceso completo de condensación todavía no están demostrados.
Limitaciones
El dispositivo continúa siendo experimental.
Las pruebas de mayor duración abarcan días, no años. Tampoco se ha demostrado una planta completa de gran superficie ni existe todavía información suficiente sobre el coste real del agua producida.
La fabricación descrita en el laboratorio requiere procesos como congelación a −20 °C durante 12 horas y liofilización durante 24 horas, algo que deberá simplificarse o industrializarse de manera eficiente si se pretende producir el material masivamente.
Además, la evaporación representa solamente una parte del sistema. Sigue siendo necesario desarrollar una solución eficiente para condensar y recoger el vapor, mantener la higiene del dispositivo y gestionar la salmuera restante.
La biodegradabilidad del material tampoco elimina la necesidad de estudiar su ciclo de vida completo, especialmente si su fabricación se escala.
En qué fase se encuentra
Prototipo experimental / demostración de laboratorio con pruebas exteriores.
El material ha sido probado con agua de mar real, salmueras concentradas y en condiciones ambientales exteriores, pero no constituye todavía un producto comercial ni una planta piloto de desalación a escala relevante.
Quién está detrás
El trabajo está liderado por investigadores vinculados principalmente a la Universidad de Shinshu, en Japón, con participación de investigadores de la Universidad de Nantong, en China.
Entre los autores figuran Nuo Liu, Chunqing Niu, Xin Zhang, Deqian Yang, Weiyang Gu, Guangyu Zhang, Haifeng Zhang, Chunhong Zhu y Jian Shi.
La investigación recibió apoyo relacionado con programas japoneses de promoción científica, entre ellos financiación de la Japan Society for the Promotion of Science (JSPS).
Fuente de los datos
Los resultados proceden de un estudio experimental revisado por pares publicado en julio de 2026 en Nano-Micro Letters, volumen 18, artículo 435.
El trabajo incluye experimentos con agua salina simulada, agua marina natural, aguas contaminadas, ensayos de citotoxicidad, ciclos prolongados con salmuera y pruebas exteriores realizadas en Japón.
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