Un nuevo sistema solar transformaría el agua del mar en recurso valioso y seguro para el consumo

Un equipo de la Universidad de Rochester de Estados Unidos desarrolló un sistema solar de desalinización que convierte agua de mar en agua potable sin generar salmuera de descarte, una limitación de los métodos más usados, según informó la propia universidad. El hallazgo, publicado en la revista especializada en fotónica Light: Science & Applications, podría ampliar el acceso al agua segura en un contexto en el que, conforme a la Organización de las Naciones Unidas, 2.200 millones de personas carecen de servicios de agua potable gestionados de forma segura.

La nueva técnica, desarrollada por un equipo encabezado por Chunlei Guo, profesor de óptica y de física y científico principal del Laboratory for Laser Energetics de la universidad, elimina el pretratamiento químico del agua, un paso que los métodos convencionales exigen para evitar que sales y microorganismos obstruyan o dañen el sistema.

Los sistemas habituales de desalinización, como la ósmosis inversa y la destilación térmica, consumen mucha energía, exigen tratamientos previos y posteriores del agua y dejan una salmuera concentrada que, al devolverse al mar, eleva la salinidad y reduce el oxígeno del agua, con efectos perjudiciales sobre la vida marina, de acuerdo con la universidad.

La clave del nuevo método está en los paneles solares de metal negro grabados con láseres de femtosegundo, cuya superficie se vuelve casi totalmente absorbente a la radiación solar y extremadamente afín al agua. Esa combinación permite destilar agua con eficiencia energética y separar las sales sin obstruir la zona activa del dispositivo.

El mecanismo de separación de sales

El panel tiene una región activa tratada con láser que arrastra una película delgada de agua sobre la superficie, absorbe casi toda la radiación solar y destila el agua. Las sales y minerales que quedan se depositan en los laterales no tratados, la región pasiva, para que no bloqueen el área donde ocurre la desalinización continua.

Guo explicó que otros investigadores habían logrado buenos resultados en laboratorio con agua de mar simulada compuesta solo por agua y cloruro de sodio. En ese escenario, al evaporarse el agua, el cloruro de sodio cristaliza con una textura granulada y porosa que deja pasar el agua, facilita la disolución de la sal y permite limpiar los paneles con facilidad.

El problema aparece con el agua oceánica real. Su composición es mucho más compleja y materiales basados en magnesio y calcio forman costras no porosas sobre la superficie, la tapan y terminan por impedir que el agua siga filtrándose.

El profesor comparó ese proceso con la acumulación de sarro en un cabezal de ducha o en una tetera, aunque señaló que el agua de mar contiene cientos de veces más sales que el agua corriente. Para evitar esa obstrucción, su equipo grabó las ranuras del metal negro para que las sales y los minerales se desprendieran en lugar de adherirse.

El grupo también aprovechó el llamado efecto anillo de café; “Si dejas caer café sobre una superficie, al final el agua se evapora y queda un anillo en el borde exterior formado por las partículas de café concentradas. Nosotros usamos ese mismo principio para empujar las sales hacia la región pasiva”, explicó Guo.

Al probar la técnica con muestras de agua de los océanos Pacífico, Atlántico e Índico, el equipo logró que la superficie se limpiara a sí misma mientras extraía agua dulce y dirigía las sales sobrantes hacia la región pasiva, donde luego podían recogerse sin reducir la eficiencia del panel.

Del agua de mar al litio para baterías

Una de las diferencias del método es que, en lugar de dejar salmuera para desechar o reprocesar, recupera casi el 100% de las sales en forma sólida. Ese residuo puede convertirse en un recurso: desde sal de mesa hasta minerales de mayor valor, como el litio usado en baterías de ion de litio para vehículos eléctricos y otros dispositivos electrónicos.

En un trabajo relacionado, publicado en la revista especializada en ciencia de materiales Journal of Materials Chemistry A, el investigador y sus colegas mostraron que los mismos paneles solares superabsorbentes y supercapilares pueden separar litio del resto de las sales presentes en la desalinización. El método incorpora nanopartículas de titanato de hidrógeno en las pequeñas ranuras de la superficie metálica negra para aislar el litio de otros minerales.

El profesor indicó: “Extraer litio de la tierra ha resultado muy exigente desde el punto de vista energético y ambiental, por lo que obtenerlo directamente del agua salada podría ser una vía futura muy importante”. En ensayos con muestras del Great Salt Lake, los investigadores extrajeron cerca del 50% del litio contenido en las sales remanentes del proceso de desalinización.

Guo sostuvo que la tecnología ya fue demostrada como prueba de concepto en dispositivos de pequeña escala y que, por su diseño, puede ampliarse. Su expectativa es que sirva tanto para mejorar el acceso global al agua potable como para construir cadenas de suministro más sostenibles de minerales valiosos.