Desarrollan un innovador sistema de desalación solar que evita la producción de salmuera

En un mundo donde miles de millones de personas carecen de acceso a agua potable segura, un grupo de investigadores de la Universidad de Rochester ha desarrollado un sistema de desalación solar que transforma agua de mar en agua dulce sin generar salmuera, un subproducto perjudicial para el medio ambiente.

Según estimaciones de las Naciones Unidas, aproximadamente 2.2 mil millones de personas no cuentan con agua potable gestionada de forma segura. Ante esta crisis, muchas regiones, desde California hasta el Medio Oriente, dependen de plantas desalinizadoras para convertir agua de océanos en agua apta para el consumo.

Los métodos tradicionales de desalación, como la ósmosis inversa y la destilación térmica, aunque efectivos, presentan desventajas significativas. La ósmosis inversa utiliza membranas especiales para eliminar la sal, mientras que la destilación térmica aplica calor para separar el agua dulce del agua de mar. Ambos procesos requieren grandes cantidades de energía y generan un residuo concentrado conocido como salmuera, que al ser devuelto al océano puede perjudicar la vida marina al aumentar la salinidad y reducir los niveles de oxígeno.

El nuevo sistema, desarrollado en el Instituto de Óptica de la Universidad de Rochester, utiliza paneles solares de metal negro tratados con láseres para crear un sistema de desalación térmica que produce agua dulce de manera eficiente, sin generar salmuera líquida ni requerir aditivos químicos para el tratamiento previo del agua. Este enfoque se detalla en un artículo publicado en la revista Light: Science & Applications.

El profesor Chunlei Guo, líder de la investigación, explicó que el sistema incluye paneles que absorben casi toda la radiación solar entrante, calentando una fina capa de agua de mar que se evapora, dejando atrás las sales y otros minerales disueltos. En lugar de permitir que estos materiales se acumulen, el sistema los dirige hacia áreas no tratadas, conocidas como regiones pasivas, evitando la acumulación de sal que podría obstruir el funcionamiento del sistema.

Una de las innovaciones clave es el diseño de microcanales en el metal negro, que empujan las sales y minerales lejos de la región activa, utilizando un fenómeno físico conocido como el efecto de anillo de café. Este efecto, observable cuando se derrama café, permite que las partículas suspendidas se concentren en los bordes de la gota a medida que el agua se evapora. Al aplicar este principio, los investigadores lograron que las sales se dirigieran hacia las regiones pasivas donde pueden ser recolectadas.

Los experimentos realizados con agua de mar real recolectada de los océanos Pacífico, Atlántico e Índico demostraron que el sistema se limpiaba a sí mismo mientras producía agua dulce, sin comprometer su eficiencia de desalación.

Además, el sistema tiene el potencial de recuperar casi el 100% de las sales disueltas en forma sólida, evitando la producción de salmuera concentrada. Esto podría convertir el residuo en un recurso valioso, ya que algunas de las sales podrían utilizarse como sal de mesa, y minerales más valiosos, como el litio, podrían ser recuperados. El litio es un material clave para las baterías de iones de litio que alimentan vehículos eléctricos y dispositivos electrónicos.

En un estudio relacionado, el equipo de Guo demostró que los mismos paneles solares pueden modificarse para separar el litio de otras sales producidas durante la desalación. Utilizando nanopartículas de titanato de hidrógeno, lograron recuperar aproximadamente el 50% del litio presente en las sales después de la desalación.

La tecnología aún se encuentra en una etapa inicial, pero el diseño básico es escalable y podría contribuir a aumentar el acceso a agua dulce y a crear fuentes sostenibles de minerales valiosos. Si se logra escalar con éxito, este enfoque podría abordar dos desafíos importantes: la producción de agua dulce para una población global en crecimiento y la reducción del impacto ambiental asociado con los residuos de desalación y la extracción de minerales.

Este innovador proyecto fue apoyado por la National Science Foundation, la Bill & Melinda Gates Foundation y el Worldwide Universities Network. Además de Chunlei Guo, el equipo de investigación incluyó a Subash Singh, Ran Wei, Tianshu Xu y Mingjiang Ma.