Investigadores de Waterloo han inventado un dispositivo de bajo consumo que usa energía solar para convertir el agua de mar en agua dulce con eficiencia récord

Actualizado: 07/10/2024

Investigadores de la Universidad de Waterloo han diseñado un dispositivo energéticamente eficiente que produce agua potable a partir de agua de mar utilizando un proceso de evaporación impulsado principalmente por la energía solar.

• Usa luz del sol para calentar agua de mar.
• Agua caliente sube por materiales especiales.
• Se evapora y se convierte en vapor.
• Sal se queda abajo, no tapa el aparato.
• Vapor se enfría y forma gotas de agua limpia.
• Agua dulce lista para beber, sin sal.
• Funciona sin electricidad, solo con energía solar.
• Ideal para lugares cerca del mar sin agua potable.

Dispositivo energéticamente eficiente utiliza energía Solar para convertir agua de mar en agua potable

La desalación es esencial para muchas naciones costeras e insulares, ya que permite el acceso al agua potable en regiones donde la escasez de agua es una preocupación creciente. Con el aumento acelerado de la población y el incremento del consumo global de agua, la demanda de nuevas tecnologías para generar agua dulce es cada vez más urgente.

Según el Informe Mundial de las Naciones Unidas sobre el Desarrollo de los Recursos Hídricos 2024, alrededor de 2,2 mil millones de personas en el mundo carecen de acceso a agua limpia, lo que resalta la necesidad de soluciones tecnológicas innovadoras que puedan suministrar agua dulce de manera sostenible.

Limitaciones de los sistemas de desalación convencionales

Los sistemas actuales de desalación suelen utilizar membranas para separar la sal del agua de mar. Sin embargo, este proceso requiere grandes cantidades de energía y frecuentemente provoca la acumulación de sal en la superficie de los dispositivos, lo que bloquea el flujo de agua y disminuye la eficiencia. Debido a este fenómeno, los sistemas necesitan mantenimiento frecuente y no pueden operar de manera continua.

Inspiración en la naturaleza: La solución de Waterloo

Para superar estas limitaciones, los investigadores de la Universidad de Waterloo se inspiraron en el ciclo natural del agua, emulando el mecanismo por el cual los árboles transportan el agua desde las raíces hasta las hojas. Han desarrollado un dispositivo que permite la desalación continua sin necesidad de un mantenimiento intensivo. Este avance ha sido publicado en la revista Nature Communications.

Según el profesor Michael Tam, del Departamento de Ingeniería Química de Waterloo, el sistema está basado en la observación de cómo la naturaleza sostiene el ciclo del agua, permitiendo que el agua se evapore y se condense en un ciclo cerrado. De esta manera, se evita la acumulación de sal que, en otros sistemas, reduce la eficiencia.

Te lo intento explicar de forma más sencilla. Imagina que tienes un vaso lleno de agua de mar, pero no puedes beberla porque tiene mucha sal. Los científicos de la Universidad de Waterloo inventaron un aparato que usa la luz del sol para quitarle la sal al agua de mar y convertirla en agua dulce que sí puedes beber.

Este aparato funciona como cuando los árboles beben agua del suelo y la llevan hasta sus hojas. Aquí te explico cómo funciona:

1. Sol y calor: El aparato usa la luz del sol para calentar el agua de mar.
2. El agua sube: Cuando el agua se calienta, sube a través de unos materiales especiales, como si fuera por una pajilla.
3. Se evapora: El agua, al calentarse, se convierte en vapor (como cuando hierve el agua en una olla y sale vapor).
4. La sal se queda abajo: Mientras el agua sube y se evapora, la sal se queda en la parte de abajo, así no tapa el aparato.
5. Agua limpia: El vapor de agua luego se enfría y se convierte en gotas de agua limpia, sin sal, que podemos beber.

Este invento es genial porque no necesita mucha electricidad, solo usa la luz del sol, y puede dar agua limpia a personas que viven cerca del mar y no tienen agua potable.

Innovaciones técnicas del dispositivo

El dispositivo es alimentado por energía solar y tiene una tasa de conversión del 93%, cinco veces más eficiente que los sistemas de desalación actuales. Además, puede producir aproximadamente 20 litros de agua potable por metro cuadrado al día, cantidad que coincide con la recomendación de la Organización Mundial de la Salud (OMS) para satisfacer las necesidades básicas de consumo y saneamiento de una persona.

Este innovador dispositivo está fabricado con espuma de níquel recubierta con un polímero conductor y partículas de polen termo-responsivas. Este material es capaz de absorber la luz solar a lo largo de todo el espectro de radiación solar, transformando la energía del sol en calor. Una fina capa de agua salada sobre el polímero se calienta y es transportada hacia arriba, replicando el proceso de capilaridad que ocurre en los árboles.

A medida que el agua se evapora, la sal restante se desplaza hacia la capa inferior del dispositivo, en un proceso similar al contralavado en las piscinas, lo que evita el bloqueo del flujo de agua y permite un funcionamiento continuo.

Beneficios y Futuro del dispositivo

El profesor Yuning Li, también del Departamento de Ingeniería Química de Waterloo, destacó que el dispositivo es no solo eficiente, sino también portátil, lo que lo convierte en una herramienta ideal para su uso en regiones remotas donde el acceso a agua potable es limitado. Esta tecnología ofrece una solución sostenible a la crisis emergente del agua.

En el futuro, los investigadores planean construir un prototipo que pueda ser desplegado en el mar para probar la tecnología a mayor escala. Si las pruebas resultan exitosas, el dispositivo podría suministrar agua potable de manera sostenible a las comunidades costeras, contribuyendo al logro de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de las Naciones Unidas, particularmente en las áreas de salud (ODS 3), acceso al agua (ODS 6), reducción de desigualdades (ODS 10) y producción y consumo responsables (ODS 12).

Impacto global

La aplicación de esta tecnología podría transformar la vida de millones de personas en regiones afectadas por la escasez de agua, especialmente en áreas costeras y remotas donde la infraestructura hídrica es limitada. Al depender principalmente de la energía solar, el dispositivo no solo es una solución efectiva en términos de eficiencia energética, sino también una alternativa más sostenible y accesible para el futuro de la desalación a nivel global.

Además, su capacidad para operar sin necesidad de mantenimiento frecuente lo convierte en una opción viable y económica, favoreciendo su implementación en comunidades con recursos limitados. Con la posibilidad de ser escalado y probado en condiciones reales, este avance promete contribuir significativamente a enfrentar los desafíos relacionados con el acceso al agua potable en todo el mundo.

Este desarrollo resalta cómo la investigación científica y la innovación tecnológica, inspirada en los procesos naturales, pueden ofrecer soluciones tangibles a los problemas más apremiantes de nuestra era, alineándose con los esfuerzos globales para garantizar un futuro más sostenible y equitativo.

Vía uwaterloo.ca

Ventajas del dispositivo de desalación de agua de la Universidad de Waterloo:

1. Alta eficiencia energética: El dispositivo tiene una tasa de conversión del 93%, lo que lo hace cinco veces más eficiente que los sistemas de desalación convencionales.
2. Energía solar como fuente principal: Al funcionar con energía solar, el dispositivo es sostenible y no depende de fuentes de energía fósiles, reduciendo el impacto ambiental.
3. Producción diaria suficiente: Puede generar hasta 20 litros de agua potable por metro cuadrado al día, satisfaciendo las necesidades básicas de agua potable y saneamiento de una persona, según la OMS.
4. Portabilidad: El dispositivo es compacto y portátil, ideal para su uso en regiones remotas y áreas afectadas por la escasez de agua potable.
5. Mantenimiento reducido: Gracias a su diseño inspirado en el ciclo natural del agua, evita la acumulación de sal que limita la eficiencia en otros sistemas, lo que reduce la necesidad de mantenimiento frecuente.
6. Potencial para grandes escalas: Se prevé que el dispositivo pueda ser implementado en áreas costeras y probadas en el mar, lo que aumenta su aplicabilidad a gran escala.
7. Tecnología accesible: Al utilizar materiales y un diseño simples pero innovadores, es una opción económicamente viable para comunidades con recursos limitados.
8. Contribución a los ODS: La tecnología tiene el potencial de impactar varios de los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU, como el acceso al agua potable, la reducción de desigualdades y la producción responsable.

Desventajas del dispositivo:

1. Dependencia del clima: Al estar basado en energía solar, su rendimiento podría verse afectado en días nublados o en zonas con baja radiación solar.
2. Producción limitada en comparación con necesidades industriales: Aunque suficiente para consumo doméstico, el dispositivo aún no es viable para satisfacer las grandes demandas de agua de industrias o agricultura.
3. Fase de desarrollo: Actualmente, el dispositivo está en fase de investigación y aún no se ha probado a gran escala, lo que implica que puede enfrentar desafíos en su implementación masiva.
4. Costos iniciales: A pesar de su potencial económico, los costos iniciales de desarrollo, fabricación y distribución de esta tecnología aún no están claros y podrían ser un obstáculo para su adopción inmediata en algunas regiones.
5. Durabilidad en ambientes marinos: Aunque se planea probar el dispositivo en condiciones reales, no se ha determinado cómo resistirá la exposición prolongada a ambientes marinos hostiles, como el agua salada y la corrosión.