Las inusuales temperaturas que hemos sufrido este verano y la escasez de precipitaciones en los últimos años en buena parte de España son muy preocupantes. Con los embalses por debajo del 37% de su capacidad, el ingenio y la tecnología son las que están permitiendo encontrar soluciones cada vez más eficaces contra la sequía. Algunas de ellas se centran en reducir drásticamente el consumo de agua en la agricultura, pero las que tienen mayor potencial a largo plazo tienen que ver con la desalinización, ya que podrían solventar la progresiva desertificación de nuestro país y proporcionar agua potable en regiones enteras.

En los últimos años, en España se ha planteado la instalación de plantas desalinizadoras con placas solares flotantes, pero de momento no es más que un ambicioso proyecto. El principal problema del agua desalada es su altísimo coste, que repercute en sus usuarios finales, sobre todo en los agricultores que lo usan para regar sus cultivos. Sin embargo, hay prometedoras soluciones tecnológicas que ya asoman por el horizonte, como un nuevo método para convertir el agua del mar en agua potable gracias a un dispositivo pasivo inspirado en el océano y alimentado únicamente por el sol.

En un artículo publicado en la revista científica Joule, ingenieros del prestigioso Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y de varias universidades chinas proponen un nuevo sistema que utiliza el calor del sol y la circulación del agua del mar para ofrecer unos resultados nunca vistos hasta ahora: es capaz de producir entre 4 y 6 litros de agua potable por hora, sin acumulación de sal y sin gastar energía. "Por primera vez, es posible que el agua producida por la luz solar sea incluso más barata que el agua del grifo", afirma Lenan Zhang, del Laboratorio de Investigación de Dispositivos del MIT y uno de los responsables del estudio.

Un largo camino

El mismo equipo que está detrás de este revolucionario sistema lleva varios años trabajando para mejorar y abaratar los métodos de desalinización pasiva. Los primeros frutos de su investigación llegaron en 2020, cuando presentaron una especie de alambique solar multicapa: un sistema que utilizaba varias capas de evaporadores y condensadores solares planos (llamadas etapas), alineados en un conjunto vertical y cubiertos con un aislante de aerogel transparente.

Según lo que contaban en un artículo publicado en la revista Energy and Environmental Science, la clave de la eficacia de ese sistema primigenio residía en la forma en que utilizaba cada etapa para desalinizar el agua, aprovechando el calor liberado por la anterior en lugar de desperdiciarlo. Así se iba evaporando el agua y condensando el vapor, y en cada uno de esos pasos era capaz de reducir eficazmente la cantidad de sal.

El primer prototipo del sistema de desalinización MIT Omicrono

 

Gracias a este proceso, y a un prototipo puesto a prueba en el tejado de un edificio del MIT, consiguieron una eficiencia global del 385% en la conversión de la energía de la luz solar en energía de la evaporación del agua. Sin embargo, encontraron un grave problema: el exceso de sal se acumulaba rápidamente en forma de cristales que obstruían el sistema en tan sólo unos días. Eso implicaría que, de usarse en un entorno real, habría que retirar las etapas usadas e instalar unas nuevas con excesiva frecuencia, algo que aumentaría el coste total del sistema y requeriría una supervisión constante por parte del usuario.

Lenan Zhang y sus compañeros no se rindieron y siguieron intentando mejorar las prestaciones del sistema. Para ello, volvieron a utilizar la misma configuración de etapas que en su primera iteración, pero añadieron un mecanismo para hacer circular el agua, además de los restos de sal. No todo fueron buenas noticias: el dispositivo reducía excesivamente el ritmo de desalinización, lo que lo hacía inviable a largo plazo.

La solución definitiva

En esta última versión, los científicos afirman haber solucionado todos los problemas previos para lograr un alto índice de producción de agua y de rechazo de sales, además de un inusitado ritmo de conversión de agua con alta salinidad en agua potable, sin necesidad de sustituir las etapas con frecuencia.

Para ello han combinado sus dos diseños previos, logrando un sistema multicapa de evaporadores y condensadores que impulsa la circulación de agua y sal. "Ahora introducimos una convección aún más potente, similar a la que solemos ver en el océano a escalas kilométricas", afirma Zhenyuan Xu, otro de los participantes en la investigación.

El proceso de desalinización del agua salada MIT Omicrono

Se refiere a la llamada circulación termohalina, también conocida como gran Cinta Transportadora Oceánica (CTO, por sus siglas en inglés), el fenómeno global de movimiento de los océanos generado por las diferencias en la densidad del agua, debido a variaciones en la temperatura ('termo') y la salinidad ('halina') del mar. 

"Cuando el agua de mar se expone al aire, la luz solar impulsa el agua a evaporarse. Una vez que el agua abandona la superficie, queda la sal. Y cuanto mayor es la concentración de sal, más denso es el líquido, y esta agua más pesada quiere fluir hacia abajo", explica Zhang en un artículo publicado en MIT News. "Imitando este fenómeno kilométrico en una caja pequeña, podemos aprovechar esta característica para rechazar la sal".

[El revolucionario sistema que puede acabar con la sequía: extrae agua del aire sin consumir energía]

Para lograrlo, han diseñado una nueva etapa, similar a una caja delgada, dividida en dos secciones: superior e inferior. La primera, por donde fluye el agua salada, tiene un techo revestido con una capa de un material oscuro, que permite utilizar el calor del sol para calentar y evaporar el agua que está en contacto directo.

El vapor de agua generado se canaliza hacia la mitad inferior, donde se encuentra la capa de condensación, encargada de enfriar el vapor hasta convertirlo en agua potable sin sal. Para comprobar su eficacia, el equipo colocó la caja inclinada dentro de un recipiente vacío más grande, para hacerla flotar en agua salada. Luego conectaron un tubo desde la mitad superior de la caja hasta el fondo del recipiente, para que el agua pudiera ascender de forma natural y entrar en el circuito.

El prototipo final del sistema de desalinización Jintong Gao / Zhenyuan Xu Omicrono

Así, la inclinación de la caja, combinada con la energía térmica del sol, induce al agua a crear remolinos a medida que fluye. Esa circulación termohalina a pequeña escala es la que permite que el agua entre en contacto con la capa superior de evaporación y siga circulando la sal, por lo que no se produce ningún atasco.

Tras construir varios prototipos (con una, tres y hasta diez etapas), los pusieron a prueba con agua con distintos niveles de salinidad, desde una muestra normal de agua de mar hasta una siete veces más salada. Gracias a esos tests, los investigadores llegaron a la conclusión de que si cada etapa se ampliara a un metro cuadrado, el sistema sería capaz de producir unos 5 litros de agua potable por hora y podría funcionar durante varios años sin necesitar piezas de repuesto.

Además, los investigadores aseguran que podrían construir el dispositivo a distintas escalas, por lo que podría servir para construir grandes plantas de desalinización pero también para su uso por particulares: un dispositivo algo más grande que una maleta con la misma configuración sería capaz de producir pasivamente agua potable suficiente para satisfacer las necesidades diarias de una familia pequeña. Sería una solución ideal, por ejemplo, para abastecer a casas o localidades costeras sin conexión a la red de agua potable.

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