Fotografía: Un dispositivo de desalinización de 10 cm × 10 cm alimentado con energía solar produjo 72 ml de agua potable a partir de agua salada en 4,5 horas cuando se probó en un tejado del MIT en condiciones parcialmente nubladas. A pleno sol, el dispositivo puede purificar 5,8 litros por hora.
La publicación original se encuentra en ‘C&EN En Español’
Los dispositivos portátiles que utilizan la luz solar para eliminar las sales del agua de mar podrían proporcionar agua potable asequible a personas en zonas remotas o zonas áridas del litoral. Pero las tecnologías de desalinización alimentadas por energía solar sólo lograban bajas eficiencias. Actualmente, los investigadores han descrito un sistema de desalinización ultra eficiente y multietapa que puede producir 5.8 litros de agua dulce por hora a pleno sol, casi tres veces la cantidad producida por dispositivos similares fabricados en el pasado (Energy Environ. Sci. 2020, DOI: 10.1039/C9EE04122B).
Las plantas de desalinización convencionales, que dependen de membranas, son caras o utilizan mucha energía. La desalinización térmica solar es una opción menos costosa, pero es ineficiente y requiere inmensos espejos parabólicos para enfocar luz en el agua de mar y evaporarla. Ninguna tecnología es adecuada para áreas remotas o áreas con escasos recursos. Los dispositivos portátiles de desalinización alimentados con energía solar solucionan este problema. Por lo general utilizan materiales para absorber la luz solar menos costosos que calientan y evaporan el agua de mar. Los vapores se recogen en un condensador, que almacena agua dulce. Los mejores sistemas pueden convertir más del 90% de la energía solar para generar vapor de agua.
Ahora Evelyn Wang, del MIT, Ruzhu Wang, de la Universidad Jiao Tong de Shanghai, y sus colegas han hecho un sistema multietapa que va mucho más allá, consiguiendo una eficiencia del 385% cuando se prueba en condiciones ideales. Lo logra reutilizando el calor liberado cuando el vapor de agua se condensa en líquido. Es el primer sistema que aprovecha esta energía, que generalmente se desperdicia.
El dispositivo contiene 10 estructuras idénticas de nylon impresas en 3D apiladas y colocadas verticalmente en la parte superior de un depósito de agua. Cada estructura tiene una toalla de papel que actúa como evaporador y una película de aluminio que sirve como condensador. En el lado de la estructura orientada hacia el sol, los investigadores colocan un absorbente solar negro que se calienta y evapora el agua que absorbe la toalla de papel. A medida que los vapores condensan en la película de aluminio, el calor liberado se canaliza a la segunda capa de toallas de papel, y el proceso se repite en la estructura. Esta aproximación multietapa se ha utilizado en plantas de desalinización térmica solar a gran escala, dice el estudiante graduado de Wang, Lenan Zhang. “Transferimos esta idea a un diseño portátil”.
En el laboratorio, el dispositivo de 10 cm × 10 cm produjo 5,8 L de agua por hora. En condiciones poco ideales, en un tejado del MIT en verano, el rendimiento del dispositivo fue menor, alrededor del 50% debido a las nubes ocasionales y el viento. En el tejado, el dispositivo produjo 72 mL de agua en 4.5 horas. Para satisfacer las necesidades de agua diarias promedio de un adulto o de una familia pequeña, se podría crear una matriz de dispositivos multietapa, dice Zhang.
Ahora, el equipo quiere optimizar el dispositivo y reducir aún más el coste del material. Por el momento, el prototipo cuesta alrededor de $ 1.50, pero el 70% de ese coste son las estructuras de nylon impresas en 3D, dice Zhang, por lo que hay margen de mejora.
La desalinización solar es un enfoque altamente eficiente y rentable, comenta Hadi Ghasemi, ingeniero mecánico de la Universidad de Houston. “Este trabajo acerca el concepto de localización de calor solar a su implementación a gran escala”. El uso de diferentes materiales absorbentes con características antiincrustantes ayudará a conseguir un rendimiento constante a largo plazo de este dispositivo, dice. C2
Traducido al español por Lorena Tomás Laudo para C&EN. La versión original (en inglés) de este artículo está disponible aquí.
“Este artículo se reproduce con el permiso de Chemical & Engineering News (© American Chemical Society). El artículo se publicó por primera vez el 24 de febrero del 2020 en el Volúmen 98, Número 8.”
