Investigadores desarrollan un sistema que elimina el 85% de la sal y recupera el 92% de los metales pesados de aguas residuales en solo 4 horas

Universidades de Rice y Vanderbilt presentan una tecnología que desaliniza aguas residuales industriales y recupera cobre con un 96% de pureza.

• 💧 85% de eliminación de sal en solo 4 horas.
• ♻️ Más del 92% de recuperación de cobre y níquel.
• ⚡ Tecnología electroquímica programable.
• 🏭 Tratamiento y recuperación en un único proceso.
• 🧪 Cobre con un 96% de pureza.
• 🌍 Menos residuos tóxicos y mayor reutilización del agua.

La gestión de las aguas residuales industriales representa uno de los mayores retos ambientales para sectores como la electrónica, la metalurgia o la fabricación de baterías. Estas industrias generan efluentes con elevadas concentraciones de sales y metales pesados que requieren tratamientos complejos, costosos y con un importante impacto ambiental.

Ahora, un equipo de investigadores de la Rice University y la Vanderbilt University ha desarrollado una plataforma de bombeo electroquímico de iones (Electrochemical Ion Pumping, EIP) capaz de realizar dos tareas al mismo tiempo: desalinizar el agua residual y extraer metales valiosos con un elevado grado de pureza. Todo ello en un único proceso continuo.

Un problema ambiental que afecta a numerosas industrias

Las industrias que trabajan con metales emplean grandes cantidades de agua durante procesos de limpieza, fabricación y acabado. Como consecuencia, generan corrientes residuales con una mezcla especialmente difícil de tratar: altas concentraciones de sales disueltas junto con metales pesados como cobre, níquel, zinc o cromo.

Hasta ahora, el tratamiento de estas aguas exigía combinar distintas tecnologías. Por un lado, la ósmosis inversa elimina gran parte de las sales, aunque produce una salmuera muy concentrada cuya gestión resulta complicada. Por otro, la precipitación química permite retirar los metales mediante reactivos, aunque genera grandes cantidades de lodos peligrosos que deben transportarse y tratarse como residuos especiales.

Todo ello incrementa los costes operativos y el consumo energético de las plantas industriales.

Una plataforma electroquímica que cambia la forma de tratar el agua

La innovación desarrollada por ambos centros de investigación sustituye esos procesos múltiples por una única plataforma electroquímica.

El sistema EIP utiliza electrodos especialmente diseñados para mover los iones presentes en el agua mediante diferencias controladas de potencial eléctrico. En lugar de depender de reactivos químicos o de detener continuamente el proceso para regenerar los equipos, la nueva tecnología modifica únicamente la tensión aplicada a los electrodos.

Ese pequeño cambio tiene enormes consecuencias.

Dependiendo del voltaje utilizado, el sistema puede decidir qué ocurre con cada tipo de ion: unos atraviesan el sistema junto al flujo de agua, mientras otros quedan retenidos directamente sobre la superficie del electrodo.

En la práctica, el equipo convierte la electricidad en una especie de «selector inteligente» de contaminantes.

Programar los electrodos para capturar únicamente los metales

Uno de los aspectos más llamativos del trabajo es la posibilidad de programar el comportamiento de los electrodos.

Cuando se aplica un voltaje elevado, tanto las sales como el cobre atraviesan el sistema y se eliminan durante la desalación.

Sin embargo, al reducir ligeramente ese voltaje hasta situarlo por debajo del umbral electroquímico del cobre, ocurre algo diferente: el cobre comienza a depositarse sobre el electrodo mientras las sales continúan circulando.

Este control tan preciso permite separar distintos materiales sin necesidad de añadir productos químicos, algo muy poco habitual en los sistemas convencionales de tratamiento de aguas.

Resultados muy prometedores en apenas cuatro horas

Las primeras pruebas se realizaron con aguas residuales sintéticas para comprobar el funcionamiento del sistema.

En una mezcla sencilla, la plataforma consiguió eliminar alrededor del 90% de las sales presentes mientras capturaba prácticamente todo el cobre.

Posteriormente, los investigadores aumentaron considerablemente la dificultad del ensayo utilizando una solución con cobre, níquel y sodio, mucho más parecida a la que puede encontrarse en determinados procesos industriales.

Incluso en esas condiciones, un conjunto formado por cinco electrodos logró extraer selectivamente el cobre mientras permitía que el resto de los iones siguieran su recorrido.

Tras solo 4 horas de funcionamiento, el sistema alcanzó cifras muy destacadas:

• 85% de eliminación de sales.
• Más del 92% de recuperación del cobre y del níquel.
• Cobre recuperado con una pureza del 96% respecto al níquel.

Estos resultados muestran que la plataforma no solo elimina contaminantes, también recupera materias primas con suficiente calidad como para plantear su reutilización industrial.

La economía circular entra en las plantas de tratamiento

Durante años, las aguas residuales industriales se han considerado un problema que debía eliminarse cuanto antes.

La nueva plataforma plantea una visión completamente distinta.

Los metales presentes en esas corrientes dejan de verse como contaminantes para convertirse en recursos recuperables. En un contexto de creciente demanda de cobre, níquel, litio y otros minerales estratégicos, esta perspectiva resulta especialmente interesante.

El cobre, por ejemplo, es un material esencial para la electrificación, las redes eléctricas, los motores, los vehículos eléctricos y las energías renovables. Recuperarlo directamente de las aguas residuales podría reducir parcialmente la dependencia de nuevas explotaciones mineras y aprovechar materiales que actualmente terminan como residuos.

Una tecnología con aplicaciones mucho más amplias

Aunque el estudio se ha centrado en aguas residuales industriales, la flexibilidad del sistema abre la puerta a otros escenarios.

Instalaciones de reciclaje electrónico, industrias químicas, plantas de galvanizado, minería o fabricación de componentes para baterías podrían beneficiarse de una tecnología capaz de adaptar el tratamiento según la composición del agua.

Además, al tratarse de una plataforma programable, futuras investigaciones podrían ampliar el número de metales que pueden recuperarse de forma selectiva simplemente ajustando las condiciones eléctricas del proceso.

Este enfoque encaja con la tendencia actual hacia procesos industriales más flexibles, automatizados y con menor consumo de reactivos químicos, donde el control digital desempeña un papel cada vez más importante.

Potencial

La electrificación de la economía y la expansión de las energías renovables están incrementando la demanda mundial de metales críticos, mientras la disponibilidad de agua dulce se convierte en un recurso cada vez más limitado.

Tecnologías como el bombeo electroquímico de iones demuestran que ambas cuestiones pueden abordarse conjuntamente. Recuperar materiales valiosos de corrientes residuales y reutilizar el agua dentro de los procesos industriales supone avanzar hacia una economía circular, donde los residuos dejan de ser un problema para convertirse en una fuente de recursos.

Si futuras investigaciones confirman su funcionamiento a escala comercial, esta solución podría ayudar a que numerosas industrias reduzcan su consumo de materias primas vírgenes, disminuyan la producción de residuos peligrosos y aprovechen mejor cada litro de agua utilizado. Un cambio silencioso, pero con capacidad para transformar la forma en que se gestionan los residuos industriales en las próximas décadas.

Vía Rice University

Más información: Simultaneous desalination and selective metal recovery enabled by potential-regulated electrochemical ion pumping | Nature Water