Investigadores proponen nuevo método para desalinizar agua que reduce la energía necesaria hasta en un 80%

Investigadores de la Universidad Nacional de Australia han propuesto un nuevo método para desalinizar agua que evita muchos de los efectos secundarios no deseados de las técnicas tradicionales de desalinización y reduce la energía requerida en aproximadamente un 80%.

La crisis del agua dulce

El agua dulce se está convirtiendo en un problema crítico en muchas partes del mundo, y algunas ya dependen de la desalinización para extraer agua dulce del agua de mar. Aproximadamente un tercio de todas las descargas de agua dulce son ahora utilizadas por los humanos, y se proyecta que esta cifra llegará a la mitad para mediados de siglo, especialmente en regiones como Israel, Ciudad de México, India, el sur de California y muchas otras.

Se argumenta que la disponibilidad de agua será la crisis más grave que enfrentará la humanidad este siglo, agravada por el cambio climático que derrite los casquetes de nieve, aumenta la evaporación del agua superficial, altera los patrones y cantidades de precipitación y aumenta la cantidad de agua en la atmósfera.

Desalinización Tradicional

Un informe de 2018 del Banco Mundial encontró que alrededor de 300 millones de personas en más de 150 países del mundo dependen de la desalinización a un coste energético de 3 kilovatios-hora por metro cúbico (kWh/m³), una reducción de un factor de 10 desde 1970.

Sin embargo, la desalinización representa una cuarta parte de la energía utilizada en la provisión de agua, requiriendo alrededor de 100 mil millones de kilovatios-hora de energía en 2018.

Las técnicas de desalinización hasta la fecha se dividen en métodos basados en materiales, como la ósmosis inversa que utiliza alta presión para separar especies moleculares en el agua, o métodos térmicos, como la evaporación solar o la desalinización por congelación.

Estos sistemas pueden matar vida marina pequeña por calor, estrés o químicos, o atrapar vida marina más grande contra las pantallas de entrada. Además, dejan atrás salmuera, agua con un contenido muy alto de sal (más del 30%) que se descarga de nuevo en el océano, donde se hunde hasta el fondo y daña los ecosistemas.

Las instalaciones tradicionales de desalinización requieren materiales costosos que deben ser limpiados y mantenidos, ya que son propensos a la suciedad de las membranas, corrosión y degradación, así como requisitos energéticos de 3 a 7 kWh/m³ para la ósmosis inversa y hasta 100 kWh/m³ para otros métodos. Son adecuados para entornos urbanos e industriales, pero demasiado grandes y costosos para naciones en desarrollo o en regiones rurales y remotas.

Un nuevo método de desalinización sin electricidad muestra potencial

El nuevo método publicado en Nature Communications no depende de la electricidad, sino que puede utilizar calor de baja calidad proveniente de la luz solar o del calor que es un subproducto de un proceso industrial.

Utiliza la termodifusión, un fenómeno en el que la sal se transfiere al lado más frío de un cambio de temperatura suave (gradiente de temperatura) de caliente a frío. El agua permanece en fase líquida en todo momento.

Liderado por el candidato a doctorado Shuqi Xu, el equipo de investigación hizo pasar agua de mar a través de un canal estrecho bajo una placa superior calentada a más de 60°C y sobre una placa inferior enfriada a 20°C. Ambas temperaturas para las placas pueden extraerse del medio ambiente, como se discutió anteriormente. Agua de baja salinidad emergió en la región superior del canal, y agua de alta salinidad en la parte inferior del canal.

En el montaje experimental del grupo, el canal tenía medio metro de largo, un milímetro de alto, con tasas de flujo entre 1 y 16 mililitros por minuto. Después de un solo paso a través del canal, se eliminó el agua más fría y salada, y el agua más cálida y menos salina se redirigió a través del canal. Cada paso veía una disminución de salinidad del 3%. Después de ciclos repetidos, la salinidad del agua de mar puede reducirse de 30,000 partes por millón (ppm) a menos de 500 ppm.

Implicaciones futuras

Nuestro sueño es permitir un cambio de paradigma en la tecnología de desalinización, basado en métodos que puedan ser impulsados por calor de baja temperatura en nuestro entorno.

Hasta donde sabemos, la desalinización termodifusiva es el primer método de desalinización térmica que no requiere un cambio de fase. Se opera completamente en fase líquida, y lo que es más importante, no requiere membranas u otros tipos de materiales de adsorción de iones para purificar el agua.

Juan Felipe Torres, profesor en la Universidad Nacional de Australia y principal investigador de esta investigación.

La desalinización termodifusiva está libre de residuos, «lo que podría ser un cambio de juego en la forma en que realizamos la desalinización a gran escala,» continuó Torres. La agricultura, que utiliza aproximadamente el 69% del agua dulce del mundo, necesita agua que se desalinice en aproximadamente un 95% de su valor base.

Desde su prueba de concepto, el grupo ahora está construyendo un dispositivo más grande y multicanal para desalinizar agua de mar para su uso en la isla del Pacífico suroeste de Tonga, que se encuentra en medio de una severa sequía. Allí, el aparato será alimentado por un panel solar del tamaño de una cara humana.

Torres ve la desalinización termodifusiva como vital para los países en desarrollo, muchos de los cuales están experimentando lo peor del cambio climático, al descentralizar el proceso de desalinización y llevar seguridad hídrica a estas áreas.

Más información: www.nature.com