En un nuevo estudio realizado por ingenieros mecánicos, se ha logrado un importante avance en la desalinización de agua salada al enfocarse en el movimiento de fluidos en lugar de desarrollar nuevos materiales.
Mediante la adición de microcanales en electrodos similares a baterías fabricados con azul de Prusia, un pigmento azul intenso utilizado en arte con propiedades químicas especiales, los investigadores lograron aumentar cinco veces la capacidad de desalinización del agua de mar en comparación con los electrodos convencionales, reduciendo los niveles de salinidad por debajo del umbral de agua dulce.
Desalinización a nivel de agua de mar validada en el laboratorio
El estudio, dirigido por el profesor Kyle Smith de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, junto con el estudiante graduado Vu Do, utilizó un análogo químico del azul de Prusia. Los resultados de esta investigación tienen aplicaciones prometedoras en desalinización, conversión y almacenamiento de energía, captura y conversión de CO2, remediación ambiental, y recuperación de recursos y nutrientes.
La investigación, publicada en la revista Energy and Environmental Science, es un hito significativo en el campo de la desalinización. Según Smith, «en trabajos anteriores, habíamos predicho que la desalinización podría lograrse utilizando este método, pero hasta ahora nadie había validado la desalinización a nivel de agua de mar en el laboratorio. Además, descubrimos que, además del tipo de material utilizado en los electrodos, la configuración del sistema también es crucial».
El material análogo al azul de Prusia utilizado en el estudio actúa atrapando iones cargados positivamente, como el sodio, dentro de su estructura cristalina. Sin embargo, estos iones pueden quedar atrapados en diminutos espacios porosos cargados a escala molecular dentro del electrodo, lo que afecta la eficiencia del sistema. Para solucionar este problema, el equipo tuvo que implementar un cambio de válvula complejo y una sincronización de corriente utilizando un aparato especializado dentro de la celda de flujo, lo cual permitió mantener la desalinización continua.
Una de las claves del éxito de este estudio fue la creación de múltiples canales, con un ancho aproximado de 100 micrómetros, en el electrodo de 5 centímetros. Estos canales permitieron que los fluidos fluyeran sin obstáculos, manteniendo al mismo tiempo la capacidad de extraer iones de sal del agua. Según los investigadores, la configuración utilizada en este estudio puede desalinizar agua de mar preparada en laboratorio a una velocidad de mililitros en el transcurso de horas.
El próximo paso para el equipo de investigación es aumentar la escala de este proceso. Como explica Smith, «el objetivo de la subvención de la Marina que financió este estudio es desalinizar de dos a cuatro galones por hora utilizando combustible diesel como fuente de energía, para proporcionar un dispositivo portátil que pueda suministrar agua a las tropas militares en pequeñas unidades expedicionarias. Aunque estamos interesados en aplicaciones más amplias para estos dispositivos similares a baterías, la ampliación será un paso esencial para lograrlo».
Vu Do, miembro del equipo de investigación, destaca la importancia de la ingeniería mecánica en este estudio: «En la comunidad de investigación, se le da mucho énfasis a los materiales y su química. Sin embargo, hemos demostrado que la mecánica de fluidos del sistema es de vital importancia para aprovechar al máximo un gran material cuando se integra adecuadamente».
Este estudio pone de manifiesto el potencial de la ingeniería mecánica en el campo de la desalinización del agua de mar. La combinación de microcanales y el uso del azul de Prusia como material clave abre nuevas posibilidades para abordar los desafíos asociados con la escasez de agua potable en todo el mundo. Con un enfoque innovador y una mayor escalabilidad, la desalinización del agua salada podría convertirse en una solución efectiva y accesible para enfrentar este importante problema global.