Un dispositivo compacto que utiliza el calor residual que desprenden las células solares para purificar el agua podría algún día cambiar la vida de cientos de millones de personas en todo el mundo.
El nuevo giro en la vieja tecnología de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah en Arabia Saudita promete aliviar las crecientes presiones sobre el punto de nexo entre el agua y la energía que amenaza nuestro futuro.
Estos dos recursos son conveniencias que muchos de nosotros damos por sentado. Pero en la actualidad, más de 780 millones de personas en todo el mundo carecen de fácil acceso a agua potable.
La falta de agua y electricidad no solo pone a las comunidades en riesgo directo de enfermedad a través de la contaminación, sino que hace que sea más difícil cultivar, criar ganado o mantener existencias de alimentos y medicamentos.
Quizás aún más importante, existe la relación Trampa-22 entre el agua limpia y la electricidad que rara vez pensamos.
El acceso limitado a agua relativamente fresca hace que sea imposible generar eficientemente el vapor requerido para obtener energía en una escala apreciable. Y sin una fuente de energía conveniente, el agua puede ser más difícil de descontaminar o incluso alcanzar en primer lugar.
Los campos de paneles solares pueden llevar electricidad a las poblaciones en lugares remotos y secos. Pero lavarlos con agua es una buena manera de mantenerlos libres de polvo, lo que no se hace fácilmente en lugares tan áridos.
Con dos pájaros por matar, los investigadores detrás de este último proyecto se dieron cuenta de que podían resolver ambos problemas creando una célula fotovoltaica que utiliza la luz solar como un medio para generar electricidad y destilar agua.
Como era de esperar, la vinculación de la energía fotovoltaica con la descontaminación del agua no es novedosa. Una empresa emergente en Estados Unidos llamada Zero Mass Water utiliza energía solar para condensar agua líquida absorbida directamente de la atmósfera, por ejemplo.
Sin embargo, para ser útiles, estos dispositivos deben ser compactos y asequibles, lo que deja mucho margen de mejora.
Los ingenieros de este último dispositivo diseñaron su celda teniendo en cuenta la eficiencia, plegando los componentes para la destilación bajo una celda fotovoltaica de silicio bastante estándar de manera que no afecte la producción de energía de la celda.
Un poco más del 10 por ciento de la luz solar recolectada por sus células fotovoltaicas en un día claro se destina a generar una corriente eléctrica, una eficiencia que no está muy lejos de la tecnología solar convencional.
Una fracción de la radiación solar restante se convierte en energía térmica, que generalmente se desperdicia. En cambio, ese calor es absorbido por una pila de membranas hidrófobas similares a panqueques que se barajan entre los materiales seleccionados para ayudar a la evaporación y la condensación.
El calor hace que el agua se convierta en vapor como con cualquier otra fuente solar. Pero a medida que se condensa, la energía térmica se transmite a las membranas inferiores para que el proceso se repita, lo que permite una mayor destilación.
Al apilar las membranas de esta manera, los investigadores descubrieron que podrían mejorar los alambiques solares convencionales, lo que podría producir aproximadamente cinco veces la cantidad de agua limpia.
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| Ilustración esquemática del dispositivo. (Wang et al., Nature Communications, 2019) |
Se demostró que solo un metro cuadrado de este dispositivo de destilación de membrana de múltiples etapas destila más de 1,6 litros de agua de mar por hora, todo ello sin comprometer la cantidad de electricidad producida por la célula fotovoltaica en la parte superior.
El año pasado, la energía solar representó más de 500 gigavatios de electricidad del mundo. Para 2025, los investigadores creen que podríamos estar cerca de duplicar esta cifra.
Es una buena noticia, pero para lograrlo necesitaremos unos 4 mil millones de metros cuadrados de terreno. Duplicarlo con membranas de destilación podría, en teoría, limpiar el equivalente al 10 por ciento del agua potable de 2017.
Es una idea emocionante, si se escala. El siguiente paso para el equipo de investigación es investigar formas de ampliar los límites de la eficiencia y la asequibilidad del dispositivo.
La interdependencia entre la energía y el agua supone un alto precio para las tecnologías que pueden resolver los problemas de las comunidades necesitadas.
Por ejemplo, la desalinización también tiene el potencial de servir a grandes poblaciones, pero solo si la energía está disponible. En 2016, el agua de mar contribuyó con el 3 por ciento del agua dulce en las naciones del Medio Oriente, pero requirió el 5 por ciento de su electricidad para que fuera aceptable.
Además, la energía necesaria para separar la sal exige solo una fracción del agua dulce que produce.
Con los Estados Unidos mirando hacia abajo en el barril de la mayor escasez de agua en las próximas décadas, el nexo entre la energía del agua llegará a casa como nunca antes.
Este tipo de tecnología no puede llegar lo suficientemente pronto.
Esta investigación fue publicada en Nature.
Fuente: https://www.sciencealert.com/new-kind-of-solar-technology-could-provide-electricity-and-clean-water-to-millions