Según han descubierto los investigadores, lograr que las membranas tengan una densidad uniforme podría mejorar enormemente la eficiencia de la desalinización.
Este avance podría aumentar el acceso al agua limpia y reducir las facturas de agua de los hogares y de los grandes consumidores por igual.
Los investigadores han resuelto un problema complejo de la desalinización del agua que había desconcertado a los científicos durante décadas, hasta ahora.
Este trabajo podría hacer posible producir agua limpia a un coste menor.
Las membranas de desalinización eliminan la sal y otros productos químicos del agua, un proceso fundamental para la salud de la sociedad, que limpia miles de millones de galones de agua destinados a la agricultura, la producción de energía y el consumo humano. La idea parece sencilla—hacer pasar agua salada y obtener agua limpia al otro lado—, pero encierra complejidades que los científicos aún intentan comprender.
El equipo de investigación, en colaboración con DuPont Water Solutions, resolvió un aspecto importante de este misterio, lo que abre la puerta a reducir los costes de 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 limitar su rendimiento. La densidad uniforme a nanoescala es la clave para aumentar la cantidad de agua limpia que estas membranas pueden producir.
“Las membranas de ósmosis inversa se utilizan ampliamente para limpiar el agua, pero todavía hay mucho que desconocemos sobre ellas”, afirma Manish Kumar, profesor asociado del departamento de ingeniería civil, arquitectónica y ambiental de la Universidad de Texas en Austin. “No podíamos explicar con certeza cómo se mueve el agua a través de ellas, por lo que todas las mejoras de los últimos 40 años se han realizado, en esencia, a ciegas.”
Los hallazgos se publican en Science.
El artículo documenta un aumento de la eficiencia de entre el 30 % y el 40 % en las membranas analizadas, lo que significa que pueden limpiar más agua consumiendo considerablemente menos energía. Esto podría aumentar el acceso al agua limpia y reducir las facturas de agua de los hogares y de los grandes consumidores por igual.
Las membranas de ósmosis inversa funcionan aplicando presión a la solución salina de alimentación por un lado. Los minerales permanecen allí mientras el agua los atraviesa. Aunque son más eficientes que los procesos de desalinización sin membranas, según explican los investigadores, siguen requiriendo una gran cantidad de energía, 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”, afirma Enrique Gomez, profesor de ingeniería química en Penn State y codirector de la investigación. “Las escaseces y las sequías, con patrones meteorológicos extremos cada vez más frecuentes, hacen prever que este problema será aún más significativo. Es de vital importancia contar con agua limpia disponible, especialmente en zonas con escasos recursos.”
La investigación comenzó cuando los investigadores de DuPont descubrieron que las membranas más gruesas resultaban, en realidad, más permeables. Esto fue sorprendente, ya que el conocimiento convencional indicaba que el grosor reducía la cantidad de agua que podía fluir a través de las membranas.
El equipo entró en contacto con Dow Water Solutions, que hoy forma parte de DuPont, en 2015 durante una “cumbre del agua” organizada por Kumar, y tenían muchas ganas de resolver este misterio.
Los investigadores desarrollaron reconstrucciones 3D de la estructura de las membranas a nanoescala utilizando microscopios electrónicos de última generación del Materials Characterization Lab de Penn State. Modelaron el recorrido del agua a través de estas membranas para predecir con qué eficiencia podría depurarse el agua en función de su estructura.
Otros investigadores de la Universidad Estatal de Iowa, Penn State y el Texas Advanced Computing Center contribuyeron al trabajo. La mayoría de los cálculos se realizaron en Stampede2, el supercomputador de TACC.
