El invento contra la sequía para tener siempre agua potable: desala gastando un 90% menos de energía

Desde el inicio del año hidrológico, el 1 de octubre de 2022, España ha recibido un 28% menos de lluvia de lo esperado hasta mediados de mayo de 2023, según la AEMET. La sequía ha secado embalses, que están al 47,4 % de su capacidad total, ha agostado cultivos y ha provocado restricciones al consumo de agua en comunidades como Cataluña y regiones como la Axarquía malagueña. Frente a ello, el Gobierno ha puesto en marcha una serie de medidas, entre ellas, la construcción de desaladoras con placas solares flotantes para ofrecer agua más barata.

El coste de desalar el agua del mar es de casi 1,50 euros por metro cúbico, en gran parte debido al alto consumo de energía de estas plantas imprescindibles para combatir la sequía. Para obtener el agua desalada, que también se está utilizando para regar el campo (con un precio final inferior para los regantes gracias a las subvenciones estatales y comunitarias), suele ser necesario filtrarla o evaporarla para separar elementos indeseables como el sodio, el cloruro, la materia orgánica y otros componentes. Sin embargo, hay quien busca nuevos sistemas y tecnologías para que el proceso sea más barato y eficaz.

Es el caso de un grupo de investigadores del Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas, perteneciente a la Universidad de Illinois (EEUU). En un estudio publicado por la revista especializada ACS Energy Letters, los científicos demuestran la viabilidad científica y económica de un sistema que utiliza la electrodiálisis para separar la sal y otras partículas innecesarias del agua. De momento ya lo han aplicado con éxito a las aguas residuales, pero están trabajando en adaptar el método al tratamiento del agua del mar, lo que permitiría ahorrar dinero y consumir un 90% menos de energía.

Barato y útil

El proceso de extraer la sal del agua es mucho más complejo de lo que podría parecer, sobre todo por las impurezas y la materia orgánica presentes en el mar, cuya eliminación puede disparar los costes. Existen distintos métodos en los que se está avanzando, como la ósmosis inversa, pero todavía no cumplen el objetivo de ser eficaces sin consumir grandes cantidades de energía.

"Necesitamos una forma de purificar el agua potable que consuma poca energía, sea barata y útil para las comunidades que más la necesitan", asegura en un comunicado de prensa Xiao Su, líder del equipo investigador del Instituto Beckman. "Veo nuestra solución como una plataforma para hacer frente tanto a la crisis energética como a la del agua". 

Nayeong Kim, una de las autoras del estudio, trabajando en el laboratorio Beckman Institute Omicrono

Por eso, los científicos apostaron por la electrodiálisis para producir agua limpia y potable, pero reduciendo drásticamente su consumo energético. Este método separa las moléculas de agua en dos componentes: un protón con carga positiva y un hidróxido cargado negativamente. "Como los componentes básicos de la sal tienen cargas propias, la separación del agua fuerza el movimiento del mineral en una dirección determinada, como un trozo de metal hacia un imán", señalan los investigadores.

Normalmente, para llevar a cabo ese proceso, la electrodiálisis utiliza membranas de intercambio iónico, que sólo pueden ser atravesadas por iones, es decir, átomos con carga eléctrica positiva o negativa. Estas membranas son uno de los componentes menos rentables de la desalinización, porque requieren un mantenimiento y sustitución constantes.

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Para evitar tanto el elevado coste energético como las membranas de intercambio iónico, el equipo de investigadores modificó el método tradicional utilizando un fenómeno químico llamado 'reacción redox', basado en añadir un material especial a base de polímeros a las aguas residuales antes de filtrarlas y depurarlas.

Así consiguieron cambiar la carga de todas las moléculas del agua de una sola vez, "consiguiendo el mismo grado de separación de la sal con un 90% menos de energía que la división tradicional del agua". Además del ahorro energético, el ahorro económico se sustenta en la sustitución de las membranas de intercambio iónico convencionales por otras de nanofiltración, más resistentes y baratas. 

Experimentos

Para comprobar que su método funcionaba fuera del laboratorio, los investigadores realizaron distintas pruebas en una planta regional de tratamiento de aguas. Allí demostraron con éxito que este proceso puede purificar aguas residuales, por lo que se pusieron a trabajar en su siguiente objetivo: realizar experimentos sobre el terreno con fuentes de agua salada y salobre, como aguas subterráneas y ríos. Si lo consiguen, hacerlo con agua salada del mar será el paso final.

Los científicos insisten en que, debido a su bajo consumo energético, la electrodiálisis con reacción redox puede alimentarse de manera eficiente con paneles solares. Su rendimiento positivo en climas cálidos, como el de España, demostrará su utilidad en los lugares más afectados por el cambio climático, "donde la desalinización de bajo coste y bajo consumo energético es más necesaria".

Xiao Su, a la izquierda, junto a los investigadores que han desarrollado el método Beckman Institute Omicrono

De momento, los investigadores han desarrollado un dispositivo de dimensiones muy reducidas, que ha sido capaz de purificar muestras de agua de varios litros. Desde el principio, su objetivo era poder escalar la tecnología para poder tratar grandes cantidades de agua, la única manera de que su invento sea realmente viable. "Tenemos el polímero adecuado, la membrana adecuada y las condiciones adecuadas. La ciencia está ahí, así que el siguiente paso es allanar el camino para desplegar estos dispositivos para el tratamiento del agua en el mundo real", concluye Su.

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