Un equipo de investigadores del MIT y la Universidad Jiao Tong de Shanghái ha desarrollado un dispositivo de desalinización impulsado por energía solar que es resistente a la obstrucción por sal y es capaz de convertir el agua de mar en agua potable. Hay más de 21.000 plantas desalinizadoras operativas en diferentes partes del mundo. Estas plantas son de gran importancia ya que permiten a muchos países áridos satisfacer sus necesidades de agua potable. La mayoría de estas instalaciones existen en países del Medio Oriente, y te sorprendería saber que en Kuwait, un asombroso 90% de su suministro de agua potable proviene de plantas desalinizadoras, seguido de cerca por Omán con un 86%, Arabia Saudita con 70%, y los Emiratos Árabes Unidos con 42%.
La planta Claude “Bud” Lewis Carlsbad, que es la planta desalinizadora más grande de Estados Unidos, proporciona agua dulce a más de tres millones de personas. A nivel mundial, más de 300 millones de personas dependen actualmente de plantas desalinizadoras para obtener agua potable.
Sin embargo, muchas de estas plantas enfrentan dos grandes desafíos. Uno es la obstrucción excesiva de sal y el otro es el alto consumo de energía que genera altos costos operativos. El equipo del MIT afirma que su diseño puede superar ambos desafíos. De hecho, tiene el potencial de producir agua potable a costos inferiores a lo que la gente paga por el agua del grifo en Estados Unidos.
“Por primera vez, es posible que el agua potable producida por la luz solar sea más barata que el agua del grifo. Esto abre la posibilidad de que la desalinización solar aborde los problemas del mundo real”, dijo Yang Zhong, uno de los autores del estudio e investigador en el Laboratorio de Investigación de Dispositivos del MIT.
El problema de la obstrucción por sal en la desalinización
Los sistemas de desalinización existentes que funcionan con energía solar generalmente comprenden dos unidades: un condensador y un evaporador. Con este último, primero se calienta el agua salada entrante para que comience a evaporarse, como resultado, se aíslan las partículas de sal. Mientras tanto, el vapor de agua sin sal llega al condensador donde vuelve a su forma líquida.
Dado que estos sistemas acumulan continuamente cristales de sal, su rendimiento disminuye con el tiempo y requieren un mantenimiento regular, de lo contrario, se bloquean. Un mantenimiento tan frecuente en plantas grandes también aumenta su coste de funcionamiento.
“La importante degradación del rendimiento debido a la acumulación de sal ha planteado un desafío tanto para la confiabilidad a largo plazo de la desalinización solar como para el tratamiento eficiente de la descarga hipersalina”, señalan los investigadores.
La convección termohalina es la clave para una desalinización eficiente
Para superar este problema, los investigadores emplearon una técnica inspirada en la convección termohalina, un fenómeno natural que impulsa las corrientes oceánicas. Es el movimiento del agua del océano provocado por las diferencias de temperatura y salinidad.
Lo que sucede en la convección termohalina es que el agua más fría y salada se hunde (debido a su mayor densidad), mientras que el agua más cálida y menos salada sube a la superficie, creando un patrón de circulación continuo en el océano. Esta circulación ayuda a distribuir el calor y la sal por los océanos del mundo y también afecta el clima de la Tierra. A diferencia de los sistemas existentes, el dispositivo de desalinización de múltiples etapas propuesto no permite que se acumulen cristales de sal creando una corriente de agua en su interior.
Una de las secciones del dispositivo es una estructura inclinada en forma de caja que absorbe la luz solar y calienta el techo de la caja que actúa como evaporador. El agua salada que entra desde la parte superior de la caja comienza a evaporarse. El vapor de agua resultante pasa a la siguiente etapa a través de la parte inferior de la caja.
Lo interesante es que la caja inclinada está situada dentro de una estructura vacía más grande, parecida a un recipiente, que flota en el agua salada resultante de la evaporación. Un tubo conecta la parte superior de la caja con el fondo del contenedor.
Con esta configuración, a medida que aumenta el volumen de agua salada, ésta sube naturalmente a través del tubo hasta la caja. Debido a que la caja está inclinada y el sol la calienta, el agua del interior comienza a girar a medida que avanza. Los movimientos giratorios ayudan al agua a tocar la parte superior de la caja donde se evapora. Al mismo tiempo, evita que la sal se deposite y provoque obstrucciones.
La sal restante sigue moviéndose dentro del dispositivo y finalmente es expulsada. Mientras tanto, los vapores de agua se condensan y se recogen como agua potable.
Este dispositivo desalador tiene un enorme potencial
Los autores del estudio realizaron varias pruebas utilizando diferentes prototipos. Afirman que en términos de tasa de producción de agua y capacidad de rechazo de sal, su dispositivo supera a todos los demás sistemas pasivos de desalinización solar que se encuentran actualmente en prueba. El prototipo actual es pequeño, pero sugieren que una versión del tamaño de una maleta de su dispositivo de desalinización de múltiples etapas puede producir de cuatro a seis litros de agua potable por hora sólo usando agua de mar y luz solar.
Creen que, a esa escala, no requerirá ninguna tarea de mantenimiento antiobstrucción y durará muchos, muchos años. Además, como no requiere electricidad ni fuente de energía adicional, es capaz de generar agua limpia a partir de agua de mar a un precio inferior al del agua del grifo en EE. UU. Sin embargo, aún no se ha probado si la misma técnica puede funcionar o no en grandes plantas desalinizadoras.
“Con una alta producción de agua dulce y una resistencia extrema a la sal, nuestro dispositivo reduce significativamente el costo de producción de agua, allanando el camino hacia la adopción práctica de la desalinización solar pasiva para una economía hídrica sostenible”, dijeron los investigadores.
Con suerte, esta tecnología aumentará el acceso al agua potable en el futuro y reducirá la huella de carbono de las grandes plantas desalinizadoras que consumen mucha energía.
El estudio ha sido publicado en la revista Joule.
Fuente: ZME Science.
