Jovan Kamcev, uno de los investigadores, insertando un electrodo de tela de carbono en una celda de flujo para la desalinización de agua

Jovan Kamcev, uno de los investigadores, insertando un electrodo de tela de carbono en una celda de flujo para la desalinización de agua Marcin Szczepanski / Michigan Engineering Omicrono

Tecnología

Adiós a la sequía: el ingenioso invento para desalar agua un 15% más barata y libre de cualquier producto químico

Un equipo de investigadores ha desarrollado una tecnología que permite obtener agua potable de manera mucho más eficaz y económica.

Más información: El ingenioso invento que utiliza el sol para desalar y tener agua potable más barata que la del grifo

Publicada

A pesar de las lluvias acumuladas durante los últimos meses en España, sigue habiendo regiones y localidades afectadas por la sequía prolongada, sobre todo en el sureste de Andalucía, Murcia, Canarias y en las cuencas internas de Cataluña. En este contexto, el fin de las precipitaciones y el aumento de las temperaturas en verano provocarían otra situación crítica, en la que entrarían en juego medidas desesperadas como el uso de desaladoras portátiles para solventar la escasez de agua.

Este tipo de recursos son un caro parche temporal y no solucionan el problema de fondo: el elevado consumo energético y el uso de costosos productos químicos en los actuales sistemas de desalinización. A los recientes avances en la tecnología, con inventos que permiten desalar agua gastando un 90% menos de energía, se unen ahora unos electrodos de tela de carbono que eliminan eficazmente el boro presente en el agua del mar, lo que simplifica y abarata el método de ósmosis inversa, el más habitual y extendido.

"Nuestro dispositivo reduce la demanda química y energética de la desalinización del agua de mar, lo que mejora considerablemente la sostenibilidad ambiental y reduce los costes hasta en un 15%, es decir, unos 20 céntimos [de dólar] por metro cúbico de agua tratada", aseguró en un comunicado de prensa Weiyi Pan, investigador de la Universidad de Rice (Houston, Texas) y coautor de un artículo publicado en Nature Water.

Desalinización más barata

El problema de la sequía es global y su solución parece lejana. Países como China o Marruecos están apostando por l'cazadores de nubes' para crear lluvia artificial y atajar la sequía, mientras otros proponen ambiciosos proyectos de geoingeniería, como la flota de 'burbujas espaciales' del tamaño de Brasil para detener el cambio climático. Sin embargo, el mayor potencial sigue estando en la desalinización. Según los datos recabados por los investigadores, la capacidad mundial de desalinización alcanzó los 95 millones de metros cúbicos al día en 2019, cifra que hoy puede ser muy superior, con países como Arabia Saudí como líderes mundiales.

En ese contexto, los resultados que ofrecen las membranas con tela de carbono diseñadas y desarrolladas por los investigadores de la Universidad de Rice y la Universidad de Michigan son muy prometedoras. Según sus cálculos, si se instalaran en las plantas desaladoras a gran escala supondrían el ahorro de más de 6.600 millones de euros al año.

Desaladora instalada en Sagunto, Valencia.

Desaladora instalada en Sagunto, Valencia.

Es una tecnología con un enorme potencial, ya que el último informe de la Comisión Mundial sobre la Economía del Agua señala que las reservas de agua dulce sólo cubrirán el 40% de la demanda en 2030, una situación que se puede agravar todavía más por el avance del cambio climático. 

La clave de la propuesta del equipo de Weiyi Pan es cómo elimina el boro presente en el agua de mar. Este elemento químico puede eludir los filtros convencionales de eliminación de sal, lo que lo convierte en un contaminante tóxico en el agua potable.

Es un punto crucial a resolver, ya que los niveles actuales de boro del agua de mar exceden con mucho los límites establecidos por la Organización Mundial de la Salud (OMS). En el caso del agua para consumo humano, el boro presente en el mar duplica lo que recomienda la OMS, y es entre 5 y 12 veces superior a lo recomendado para el riego de plantas y cultivos agrícolas.

"La mayoría de las membranas de ósmosis inversa no eliminan mucho boro, por lo que las plantas desalinizadoras suelen tener que hacer algún tratamiento posterior para eliminarlo, lo que puede resultar caro", explica Jovan Kamcev, coautor del estudio. "Hemos desarrollado una nueva tecnología que es bastante escalable y puede eliminar el boro de una manera energéticamente eficiente en comparación con algunas de las tecnologías convencionales".

Cómo funciona

La cantidad de boro en el agua de mar suele estar entre los 4 y los 5,5 miligramos por litro y es proporcional a la salinidad. Está presente de manera natural, pero a eso hay que sumar las partículas provenientes de las plantas de tratamiento de aguas residuales, que la tratan con diversos productos químicos antes de verterla al mar, y de los fertilizantes agrícolas. 

Su presencia en forma de ácido bórico eléctricamente neutro es uno de los talones de Aquiles de las desaladoras por ósmosis inversa, ya que el proceso elimina la sal repeliendo únicamente los iones, es decir, los átomos y moléculas cargados eléctricamente. Para evitarlo se suele añadir una base al agua tratada para cargar negativamente el ácido bórico.

Jovan Kamcev con los componentes necesarios para la desalinización del agua de mar

Jovan Kamcev con los componentes necesarios para la desalinización del agua de mar Marcin Szczepanski / Michigan Engineering Omicrono

Sin embargo, esto añade más complejidad a las instalaciones y pasos adicionales que elevan el coste total del proceso de desalinización, ya que se requiere una etapa para eliminar el boro tras cargarlo y otra para neutralizar la base añadiendo ácido.

Para solucionarlo, el equipo de investigadores de la Universidad de Michigan y la Universidad de Rice desarrollaron unos electrodos avanzados para eliminar eficazmente el boro. Para ello fabricaron una tela de carbono capaz de atraparlo gracias a los poros revestidos de estructuras con oxígeno, lo que permite que se unan al boro y dejen pasar otros iones. 

En lugar de introducir una base química que luego hay que retirar, los electrodos de carbono crean iones de hidrógeno positivos e iones de hidróxido negativos, dividiendo el agua en dos capas. Al unirse al boro, el hidróxido proporciona la carga necesaria para que se adhiera al electrodo positivo. 

"Nuestro estudio presenta una plataforma versátil que aprovecha los cambios de pH para transformar otros contaminantes, como el arsénico, en formas fácilmente eliminables", sostiene Menachem Elimelech, otro de los coautores del estudio. Así, los electrodos pueden modificarse para eliminar otros productos químicos, lo que amplía su potencial y consigue reducir notablemente el consumo energético del tratamiento del agua.