Avance en los sistemas de desalinización

Producir agua limpia a un menor costo podría estar más cerca después de que unos investigadores de la Universidad de Texas en Austin y de la Penn State resolvieran un complejo problema que ha desconcertado a los científicos durante décadas, hasta ahora.

Las membranas de desalinización eliminan la sal y otras sustancias químicas del agua, un proceso crítico para la salud de la sociedad, limpiando miles de millones de litros de agua para la agricultura, la producción de energía y el consumo. La idea parece simple – se empuja el agua salada a través de la membrana y por el otro lado sale agua limpia - pero contiene complejidades que los científicos todavía están tratando de entender.

El equipo de investigación, en asociación con DuPont Water Solutions, resolvió un aspecto importante de este misterio, abriendo la puerta para reducir los costos de la producción de agua limpia. Los investigadores determinaron que las membranas de desalinización son inconsistentes en cuanto a densidad y distribución de masa, lo que puede frenar su rendimiento. Una densidad uniforme a escala nanométrica es la clave para aumentar la cantidad de agua limpia que estas membranas pueden crear.

"Las membranas de ósmosis inversa se emplean de forma amplia para purificar el agua, pero todavía hay mucho que no sabemos sobre ellas", dijo Manish Kumar, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Civil, Arquitectónica y Medioambiental de la UT Austin, que codirigió la investigación. "No podíamos decir realmente cómo se mueve el agua a través de ellas, así que todas las mejoras de los últimos 40 años se han hecho esencialmente a oscuras".

Kaitlin Brickey, coautora del trabajo, trabaja frente a un microscopio electrónico. (Foto: Tyler Henderson/Penn State)

Los resultados se publicaron en la revista Science y señalan un aumento en la eficiencia de las membranas probadas en un 30%-40%, lo que significa que pueden limpiar más agua usando al mismo tiempo significativamente menos energía. Esto podría conducir a un mayor acceso al agua limpia y a una reducción de las facturas tanto para los hogares individuales como para los grandes usuarios.

Las membranas de ósmosis inversa funcionan aplicando presión a la solución salina con la que se alimentan. Los minerales se mantienen allí mientras el agua pasa a través. Aunque es más eficiente que los procesos de desalinización sin membranas, aún requiere una gran cantidad de energía, dijeron los investigadores, y mejorar la eficiencia de las membranas podría reducir esa carga.

"La gestión del agua dulce se está convirtiendo en un desafío crucial en todo el mundo", dijo Enrique Gómez, profesor de ingeniería química de la Universidad de Penn State que codirigió la investigación.

Los investigadores de DuPont encontraron que unas membranas más gruesas estaban demostrando ser más permeables. Esto fue una sorpresa porque el conocimiento convencional era que el espesor reduce cuánta agua puede fluir a través de las membranas.

El equipo contactó con Dow Water Solutions, que ahora forma parte de DuPont. Los científicos, que también incluyen a investigadores de la Universidad del Estado de Iowa, desarrollaron entonces reconstrucciones en 3D de la estructura de la membrana a nanoescala utilizando microscopios electrónicos de última generación en el Laboratorio de Caracterización de Materiales de Penn State. Modelaron el camino que el agua recorre a través de estas membranas para predecir cuán eficientemente podría ser limpiada en base a la estructura. Greg Foss del Centro de Computación Avanzada de Texas ayudó a visualizar estas simulaciones, y la mayoría de los cálculos se realizaron en Stampede2, la supercomputadora del TACC. (Fuente: NCYT Amazings)