El profesor Xiao Su lleva tiempo trabajando para afrontar dos crisis de calado, ambas de plena actualidad, ambas extendidas por el mundo y ambas desde luego bien conocidas en España: la energética y la del agua. Lo más curioso es que quiere hacerlo de un solo plumazo, con un método que permita reforzar el suministro de nuestros grifos con una inversión mínima de electricidad y que se apoye además en fuentes renovables. Suena ambicioso, pero lo cierto es que no le va nada mal en el empeño. De momento asegura haber desarrollado un sistema capaz de purificar aguas residuales consumiendo un 90% menos de energía que otras estrategias.
Ahora mira ya a los ríos y mares.
¿Qué propone? Un prometedor método de purificación para separar el agua de la sal y otras partículas. Y todo mediante una versión electrificada de la diálisis que permite ahorrar de forma más que considerable en costes y, sobre todo, la factura energética. El método, sus detalles técnicos, las pruebas que ya ha superado y las que afronta a partir de ahora acaban de detallarlos Xiao Su y sus compañeros del Instituto Beckman —incluida la investigadora y estudiante Nayeong Kim, autora principal— en un artículo que acaba de publicarse en ACS Energy Letters.
"Necesitamos una forma de purificar el agua potable que consuma poca energía, sea barata y útil para las comunidades que más la necesitan —añade Su, profesor asistente de Ingeniería Química y Biomolecular—. Veo nuestra solución como una plataforma para hacer frente tanto a la crisis energética como a la del agua".
El dispositivo creado por los investigadores del Instituto Beckman para su método de electrodiálisis.
Objetivo: abaratar la factura. Lo que buscaban Xiao Su y su equipo es un método y tecnología que permitan separar el agua de la sal y otras partículas para obtener así un líquido potable, apto para el consumo o el riego de cultivos. Hasta ahí nada demasiado novedoso, lo sé. Ya tenemos sistemas que desalinizan el agua y retiran impurezas y materia orgánica. El problema es que no es un proceso barato. Según los datos de la Fundación Aquae, el agua desalinizada que puede consumir una familia de cinco personas a lo largo de un año cuesta unos 2.000 dólares.
El dato varía de una latitud a otra y no es descabellado pensar que haya podido cambiar durante los últimos años, pero en 2019 iAgua iba más allá y aclaraba que el rango de precios medio de agua desalada oscilaba entre 0,5 y 1,5 dólares por m3, en función de la región. Lo innegable es que gran parte de esa factura la engorda la inversión energética. De nuevo según Aquae, al menos en 2021 las desalinizadoras del mundo consumían más de 200 millones de kilovatios-hora (kWh) cada día. Es ahí dónde los expertos del Instituto Beckman han querido marcar la diferencia, desarrollando un método que consume un 90% menos de energía.
Pero… ¿Cómo lo consiguen? Con un cambio de enfoque. Habitualmente el agua desalinizada se logra con un proceso de filtración o evaporación que permite separar ciertos elementos, como sodio, cloruro, materia orgánica y una variedad de "polizones atómicos" del resto del líquido. Xiao Su y sus compañeros optaron por una estrategia diferente: la electrodiálisis, un método que —de forma similar a la diálisis a la que recurren los pacientes con problemas renales— permite eliminar partículas indeseados del agua. En este caso, sales y materias orgánicas. Una vez retiradas de las aguas residuales lo que queda es un líquido limpio y potable.
Nayeong Kim, una de las autoras del estudio, trabaja con el dispositivo.
De nuevo, el método no es una novedad. Y de nuevo también presenta algunos hándicaps importantes que lo lastran en la práctica: su elevada factura energética, agravada por lo costoso que resulta tanto el mantenimiento como la sustitución de las membranas de intercambio iónico, piezas esenciales en la electrodiálisis. Con el propósito de solucionar ambas rémoras y abaratar el proceso de desalinización, los expertos del Instituto Beckman decidieron replantearse el método convencional.
Cambio de estrategia... y menos costes. Ese es en esencia el resumen de lo que han hecho Xiao Su y sus compañeros. Con el propósito de ahorrar energía, el equipo "simplificó" el proceso que permite separar las sales gracias a un fenómeno químico llamado "reacción oxidación-reducción" o "redox", durante la que se da un intercambio de electrones entre átomos o moléculas. "A nivel físico, desencadenar una reacción redox es como agregar un material especial a base de polímeros a las aguas residuales antes de filtrarlas y purificarlas", explican los expertos.
"Químicamente, los resultados son transformadores. En vez de dividir las moléculas de agua en elementos con carga positiva y negativa para extraer la sal, la reacción redox cambia la carga de la molécula de agua de un solo golpe, logrando el mismo grado de separación de la sal con un 90% menos de energía que la división tradicional", detalla el Instituto Beckman. No es el único cambio que han aplicado. Para lograr un ahorro extra, los investigadores cambiaron las membranas de intercambio iónico por otras de nanofiltración, más robustas y económicas.
Y ahora... ¿Qué podemos esperar? De momento los investigadores han probado su método en una planta regional, y con resultados lo suficientemente satisfactorios como para considerar que sirve con las aguas residuales. Ahora su objetivo pasa por expandirlo a líquidos con diferentes niveles de salobridad, en ríos, acuíferos o el mar. Para ir un paso más allá plantean ampliar sus bancos de pruebas: de centrarse en muestras de solo unos litros quieren pasar a estanques. "La escasez de agua es un problema global y no va a cambiar en un día, pero estamos dando un paso hacia una solución factible y escalable", celebra Su.
El método que han propuesto presenta además una ventaja extra. Al no requerir grandes flujos de energía, la electrodiálisis basada en redox puede combinarse por ejemplo con paneles fotovoltaicos, lo que permite reforzar su eficiencia energética y atractivo como método sostenible. "Su rendimiento positivo en climas cálidos es útil para aplicarlo en regiones afectadas por el clima —anotan en Beckman—, donde la desalinización de bajo coste y consumo energético es necesaria".
Imágenes: Beckman Institute
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