Eliminar la sal del agua de mar para que sea segura para beber significa superar una serie de desafíos científicos, incluida la optimización de la membrana utilizada para el proceso de desalinización, y una nueva investigación sobre estas membranas promete hacer que toda la operación sea más barata y más accesible en el futuro.
Los científicos han descubierto una forma de hacer que las membranas sean entre un 30 y un 40 por ciento más eficientes en términos de la energía necesaria para filtrar el agua. La clave de su enfoque radica en la densidad de las membranas a un nivel de nanoescala.
En un nuevo estudio, el equipo describe cómo mantener constante la densidad de las membranas es más importante que la delgadez de la membrana en sí. Esto puede mejorar la técnica de limpieza del agua conocida como ósmosis inversa, donde los minerales son capturados y eliminados por una membrana mediante el uso de presión.
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El mapeo de membrana 3D a nanoescala reveló la importancia de una densidad constante. (Enrique Gomez / Penn State) |
"Las membranas de ósmosis inversa se usan ampliamente para limpiar el agua, pero todavía hay mucho que no sabemos sobre ellas", dice el ingeniero ambiental Manish Kumar de la Universidad de Texas en Austin.
"No podríamos decir realmente cómo se mueve el agua a través de ellos, por lo que todas las mejoras de los últimos 40 años se han realizado esencialmente en la oscuridad".
Para obtener una visión más clara de estas membranas, Kumar y sus colegas utilizaron una técnica de microscopía electrónica multimodal, que combina un análisis de la composición química con un mapeo 3D a nivel de nanoescala, para modelar la eficiencia con la que se puede limpiar el agua.
La investigación fue impulsada por la observación de que las membranas más gruesas a menudo eran mejores en el trabajo de desalinización, lo cual es contrario a la intuición considerando que hay más material para que el agua atraviese.
Lo que reveló el modelado fue que las inconsistencias y las 'zonas muertas' en la membrana desempeñaban un papel más importante que el grosor.
Si la densidad de las membranas se distribuye uniformemente, se puede limpiar más agua con menos energía, sugieren los investigadores, lo que ahorra dinero tanto para las corporaciones a gran escala como para los consumidores a pequeña escala, y permite un mayor acceso a la tecnología.
"Puedes ver cómo algunos lugares son más o menos densos en un filtro de café con solo tu ojo", dice el ingeniero químico Enrique Gómez, de la Universidad Estatal de Pensilvania.
"En las membranas de filtración, se ve uniforme, pero no a nanoescala, y la forma de controlar esa distribución de masa es realmente importante para el rendimiento de la filtración de agua".
La producción de agua dulce es vital no solo para la salud pública, sino también para su uso en la agricultura y la producción de energía. Cada año se limpian miles de millones de galones de agua, por lo que las mejoras en la eficiencia del 30 al 40 por ciento podrían marcar una gran diferencia.
La capacidad de mapear membranas con una resolución tan pequeña (menos de la mitad del diámetro de una cadena de ADN en este caso) significa que los científicos ahora tienen una mejor comprensión de lo que hace que una membrana sea mejor en ósmosis inversa. Eso, a su vez, debería informar la investigación futura para mejorar aún más la eficiencia.
Existen numerosas formas de limpiar el agua salada para utilizarla con otros fines, pero el método de membrana ya es uno de los más eficientes. Los investigadores ahora están buscando formas en las que se pueda seguir mejorando y personalizando para usos específicos.
"La gestión del agua dulce se está convirtiendo en un desafío crucial en todo el mundo", dice Gómez. "Escasez, sequía: con el aumento de los patrones climáticos severos, se espera que este problema sea aún más significativo".
"Es de vital importancia tener disponibilidad de agua limpia, especialmente en áreas de bajos recursos".
La investigación ha sido publicada en Science.