La sequía persistente está haciendo estragos en varias zonas de España. A las situaciones críticas ya conocidas en Cataluña y Andalucía se ha sumado recientemente el Cabildo de Tenerife, que ha iniciado los trámites para declarar la emergencia hídrica. Dos pequeños municipios de la isla ya están aplicando restricciones al uso del agua por parte de sus habitantes y una de las pocas soluciones ante la escasez de precipitaciones es intensificar el uso de plantas desaladoras y recurrir a sus versiones portátiles.

La desalinización, con los métodos que se aplican actualmente, es un proceso caro e implica un elevado consumo de energía. Por eso, científicos de todo el mundo se afanan en encontrar soluciones que permitan abaratar el agua potable resultante reduciendo el gasto energético. Es el caso de los investigadores de la Escuela de Ingeniería Tandon de la Universidad de Nueva York (NYU), que han apostado por la desalinización por flujo redox (RFD), una técnica electroquímica emergente que, además de convertir el agua de mar en potable, permite almacenar grandes cantidades de energía renovable para 'liberarla' cuando los precios suben.

El sistema se describe con detalle en un artículo publicado en la revista Cell Reports Physical Science. En el texto, el equipo liderado por André Taylor, catedrático de ingeniería química y biomolecular y director de DC-MUSE (departamento dedicado a la "descarbonización de la fabricación química mediante electrificación sostenible"), afirma haber logrado un aumento en la tasa de eliminación de sal del 20% y una reducción de su demanda energética gracias a la optimización de los caudales de fluidos.

Desalinización por flujo redox

Entre los diversos sistemas que utilizan las 770 plantas desaladoras instaladas en poblaciones costeras de España, el más extendido es el de la ósmosis inversa. Este proceso de tratamiento del agua elimina la sal y los contaminantes mediante el uso de presión: se hace pasar las moléculas de agua a través de una membrana semipermeable, encargada de filtrar todos los elementos no deseados para obtener agua potable.

Frente a este método y otros menos habituales, como la destilación o la electrodiálisis, la RFD ofrece numerosas ventajas, como su capacidad escalable y flexible para el aprovechamiento de fuentes de energía renovables. "Al integrar a la perfección el almacenamiento de energía y la desalinización, nuestra visión es crear una solución sostenible y eficiente que no sólo satisfaga la creciente demanda de agua dulce, sino que también abogue por la conservación del medioambiente y la integración de las energías renovables", explica Taylor en un comunicado de prensa de la Escuela de Ingeniería Tandon.

Básicamente, la RFD de cuatro canales consiste en dividir el agua de mar entrante en el sistema en dos grandes corrientes: la de salinización y la de desalinización. A eso se suman dos canales adicionales que albergan el electrolito y la molécula redox, la encargada de oxidarse y perder electrones. Para separar ambos canales, los investigadores utilizan una membrana de intercambio catiónico (CEM) o una membrana de intercambio aniónico (AEM).

"Sin embargo, debido a su complejidad estructural y operativa, los sistemas de RFD requieren una amplia investigación paramétrica que varíe las especies redox, las concentraciones de sal conductora y de agua de alimentación, la corriente o el voltaje aplicados y los caudales para determinar las condiciones de funcionamiento y separación óptimas y limitantes para una desalinización eficaz", señalan los investigadores. Eso implica más i+D y nuevas propuestas, como la que ellos mismos han puesto sobre la mesa.

Como una enorme batería

Stephen Akwei Maclean, autor principal del artículo y doctorando en ingeniería química y biomolecular por la NYU, se encargó de diseñar una novedosa arquitectura de un sistema RFD utilizando tecnología avanzada de impresión 3D. Así recreó un circuito interconectado que hace pasar el agua de mar por los distintos canales para obtener el líquido elemento listo para su consumo humano. "Podemos controlar el tiempo de residencia del agua de mar entrante para producir agua potable haciendo funcionar el sistema en un solo paso o por lotes", explica Maclean.

Eso implica también la operación inversa, aquella en la que la salmuera y el agua dulce vuelven a mezclarse, lo que permite convertir la electricidad procedente de fuentes renovables en energía química. De esta manera, el sistema también sirve como una forma única de batería, capturando el exceso de energía almacenada a partir de la generación de las placas solares y aerogeneradores.

La idea es que esta solución pueda integrarse en las plantas desaladoras para guardar o liberar la energía a demanda. De forma similar a como funcionan grandes instalaciones como la gigantesca batería de agua que abastece a 800.000 hogares, esta batería de flujo redox puede almacenar el exceso de energía durante los periodos de abundancia y descargarla durante los picos de demanda. 

Todavía queda mucho camino por delante para convertir ese sistema en un prototipo real y, más aún, en escalarlo para su uso en una instalación funcional, pero los avances de los investigadores de la NYU Tandon son un paso clave para conseguir un proceso de desalinización más rentable y efectivo. El sistema tiene un potencial enorme en países como España, señalado por los expertos como uno de los más afectados por la desertización y el cambio climático, en el que la escasez de agua es ya un problema acuciante.