Se estima que dos tercios de la humanidad se ven afectados por la escasez de agua, y muchas de esas áreas en el mundo en desarrollo también enfrentan una falta de electricidad confiable. Ese triste y preocupante escenario puede ser cambiado con la energía del sol.
Un equipo de investigadores del MIT y de China desarrolló un sistema de desalinización que es más eficiente y menos costoso que los métodos anteriores de desalinización solar. El proceso también podría usarse para tratar aguas residuales contaminadas o generar vapor para esterilizar instrumentos médicos, todo sin requerir ninguna fuente de energía que no sea la luz solar.
Los hallazgos se describen hoy en la revista Nature Communications, en un artículo del estudiante graduado del MIT Lenan Zhang, el posdoctorado Xiangyu Li, la profesora de ingeniería mecánica Evelyn Wang y otros cuatro.
El sistema consiste en una capa de material oscuro en la parte superior para absorber el calor del sol. Luego una capa delgada de agua sobre una capa perforada de material, asentada sobre un depósito profundo de agua salada. Después de cuidadosos cálculos y experimentos, los investigadores determinaron el tamaño óptimo de los agujeros perforados en el material perforado, que en sus pruebas estaba hecho de poliuretano.
Los agujeros son lo suficientemente grandes como para permitir una circulación convectiva natural entre la capa de agua superior más cálida y el depósito más frío que se encuentra debajo. Esa circulación atrae naturalmente la sal de la capa delgada de arriba hacia el cuerpo de agua mucho más grande que se encuentra debajo, donde se diluye bien y deja de ser un problema. “Nos permite lograr un alto rendimiento y, al mismo tiempo, prevenir esta acumulación de sal”, dice Wang, profesor de ingeniería de Ford y jefe del Departamento de Ingeniería Mecánica.
Li dice que las ventajas de este sistema son “tanto el alto rendimiento como la operación confiable, especialmente en condiciones extremas, donde podemos trabajar con agua salina cercana a la saturación. Y eso significa que también es muy útil para el tratamiento de aguas residuales”.
Esa solución utiliza materiales de muy bajo costo, casi domésticos, lo que presenta una gran ventaja ya que la población más afectada por el problema de la escasez de agua también enfrenta los desafíos de vivir con escasos recursos. La clave fue analizar y comprender el flujo convectivo que impulsa este sistema completamente pasivo, dice.
Este nuevo enfoque brinda un camino prometedor y eficiente para la desalinización de soluciones de alta salinidad, y podría cambiar las reglas del juego en la desalinización solar de agua”, dice Hadi Ghasemi, profesor de ingeniería química y biomolecular en la Universidad de Houston, que no estuvo asociado con este trabajo “Se requiere más trabajo para la evaluación de este concepto en entornos grandes y en larga escala”, agrega.
Así como sube el aire caliente y baja el aire frío, explica Zhang, la convección natural impulsa el proceso de desalinización en este dispositivo. En la capa de agua confinada cerca de la parte superior. La evaporación ocurre en la interfaz superior. Debido a la sal, la densidad del agua en la interfaz superior es más alta y el agua del fondo tiene una densidad más baja. Entonces, esta es la fuerza motriz de la convección natural porque la mayor densidad en la parte superior impulsa el líquido salado a bajar. El agua evaporada desde la parte superior del sistema se puede recolectar en una superficie de condensación, proporcionando agua dulce pura.
El rechazo de la sal al agua que se encuentra debajo también podría causar la pérdida de calor en el proceso, por lo que evitarlo requirió una ingeniería cuidadosa, incluida la fabricación de la capa perforada con un material altamente aislante para mantener el calor concentrado arriba. El calentamiento solar en la parte superior se logra a través de una simple capa de pintura negra.
Hasta ahora, el equipo ha probado el concepto utilizando pequeños dispositivos, por lo que el próximo paso será comenzar a escalar hacia dispositivos que podrían tener aplicaciones prácticas. Según sus cálculos, un sistema con solo 1 metro cuadrado (alrededor de una yarda cuadrada) de área de recolección debería ser suficiente para satisfacer las necesidades diarias de agua potable de una familia, dicen. Zhang dice que calcularon que los materiales necesarios para un dispositivo de 1 metro cuadrado costarían solo alrededor de $4.
Todavía se necesita un poco más de tiempo y trabajo para que ese proyecto sea una solución aplicable en la sociedad. Así mismo, es una esperanza todos los que sufren con la escasez de agua alrededor del mundo.
El sol, que nasce para todos, con la ayuda de la ciencia brilla plenamente, por que comparte su energía y ayuda a mejorar la calidad de vida de la sociedad.
Fuente:
Massachusetts Institute of Technology. Texto original por David L. Chandler, traduzido y editado para fines de estilo por el equipo de ADSolar.
