La luz UV promete un avance en la desalación eficiente energéticamente

Un equipo de investigadores de la Universidad de California - Riverside (UCR) descubrió un posible avance en la desalación solar que podría reducir la necesidad de tratamientos de agua salada que requieren altos niveles de energía. Este hallazgo se centra en el uso de luz ultravioleta (UV) para romper los enlaces entre la sal y el agua.

Dirigido por Luat Vuong, profesor asociado de ingeniería mecánica en la Facultad de Ingeniería Marlan y Rosemary Bourns de UCR, el equipo demostró por primera vez cómo las frecuencias más altas de la luz solar, específicamente la luz UV invisible, pueden romper los enlaces entre la sal y el agua. "Hasta donde sabemos, nadie más ha articulado este canal de UV profundo para la separación de sal y agua", afirmó Vuong. La luz UV en el rango de longitud de onda de 300 a 400 nanómetros se utiliza para desinfección, pero este canal de UV profundo, alrededor de 200 nanómetros, no es bien conocido. Podríamos ser los primeros en pensar realmente en cómo aprovecharlo para la desalación.

Aunque queda mucho trabajo por hacer antes de desarrollar aplicaciones prácticas, el descubrimiento proporciona un camino claro para futuras investigaciones e innovaciones. Publicado en ACS Applied Materials & Interfaces, el estudio de Vuong y sus colegas detalla cómo el equipo fabricó un mecha de nitruro de aluminio, un cerámico blanco y duro, para separar la sal del agua aprovechando longitudes de onda específicas de luz que interactúan con el agua salada sin calentar el líquido en su totalidad.

A diferencia de los métodos tradicionales de desalación solar, que dependen de materiales oscuros para absorber calor y hervir agua, el enfoque de Vuong podría eludir la necesidad de procesos térmicos por completo.

Los experimentos involucraron colocar pares de mechas cerámicas en una cámara cerrada, permitiendo que cada una se equilibrara o ajustara a condiciones ambientales similares. Bajo luz UV, las tasas de evaporación del agua salada aumentaron significativamente en comparación con muestras de control mantenidas en la oscuridad o expuestas a luz roja, amarilla o infrarroja.

"El nitruro de aluminio es muy adecuado para emitir luz UV debido a su estructura cristalina", explicó Vuong. El material podría estar desencadenando un proceso llamado "upconversion de fotones", en el que fotones de baja energía se combinan en un solo fotón de alta energía. Ese fotón convertido entrega un impacto más poderoso, potencialmente lo suficientemente fuerte como para romper los enlaces de sal y agua.

Si este proceso de upconversion ocurre sin generar calor excesivo, lo que aún debe determinarse, el enfoque podría ofrecer una alternativa no fototérmica a los sistemas de desalación solar tradicionales que hierven o calientan agua salada para producir vapor, que luego se condensa en agua dulce.

Estos sistemas solares también podrían reducir las altas demandas eléctricas de los sistemas de ósmosis inversa, que utilizan bombas de alta presión para forzar el agua salada a través de membranas. El sistema también podría abordar el desecho de salmuera concentrada de la ósmosis inversa, que es tóxica para la vida marina cuando se descarga en cuerpos de agua.

Otras aplicaciones potenciales para el enfoque de mecha podrían ser para otros procesos de gestión de residuos, la recolección de minerales en entornos extremos, o reemplazar los sistemas de evaporación de agua salada por "enfriadores de pantano".

Aún así, Vuong enfatizó que se necesita más investigación antes de que los sistemas de desalación solar basados en nitruro de aluminio puedan ser diseñados para un uso generalizado. "Otros materiales podrían diseñarse para ser igual de efectivos, pero el nitruro de aluminio es práctico. Es barato, ampliamente disponible, no tóxico, altamente hidrofílico y duradero", concluyó Vuong.

De cara al futuro, el grupo de Vuong está diseñando arquitecturas de sistemas, procesos de fabricación y herramientas espectroscópicas para comprender y mejorar mejor la evaporación impulsada por la luz.