Una nueva investigación sugiere que hay un gran recurso sin explotar para muchas de las regiones cada vez más limitadas de agua en los EE. UU. Y en todo el mundo:agua subterránea salobre, cuales, en teoría al menos, requeriría mucha menos energía para desalinizar que el agua de mar.

La cantidad de agua subterránea salobre en los Estados Unidos es aproximadamente 800 veces mayor que la cantidad total de agua subterránea extraída en todo el país para todos los usos. según un estudio del Servicio Geológico de EE. UU. Entonces, el uso de incluso una fracción de ese recurso podría mejorar drásticamente las perspectivas de las comunidades hambrientas de agua, especialmente a medida que el agua potable se vuelve más escasa, como predicen los modelos de cambio climático. Si bien aproximadamente una quinta parte del suministro de agua del país proviene de agua subterránea dulce, menos del 1 por ciento proviene actualmente de aguas subterráneas salobres.

Los resultados, basado en el análisis de un conjunto de datos masivo de muestras de agua de todo el país, aparece en la revista Investigación del agua , en un artículo de Yvana Ahdab SM '17, un estudiante graduado del MIT, con John Lienhard, el Profesor Abdul Latif Jameel de Agua y Alimentos, y otros tres.

"Hasta hace poco, El agua subterránea salobre ha sido un recurso en gran parte pasado por alto, a pesar de su potencial para aliviar la creciente presión sobre los suministros de agua dulce, "Ahdab dice.

El proyecto comenzó cuando Lienhard conoció a un científico del USGS en una conferencia en 2015 y se enteró de una colección de más de 100, 000 muestras de agua subterránea de pozos, que acababa de ser tomado por esa agencia. "Yo estaba facinado, y me preguntaba qué sabemos sobre cómo la composición del agua subterránea afecta el proceso de desalinización, "recuerda. Discutió esta cuestión con Ahdab, quien rápidamente descubrió que, si bien la composición del agua de mar en todo el mundo había sido bien estudiada, no se habían realizado estudios comparables de las aguas subterráneas. (La composición del agua subterránea varía mucho más, tanto en la salinidad como en la concentración de otras sustancias como el calcio y el sulfato). El conjunto de datos del USGS se dio a conocer públicamente el año pasado, pero al equipo del MIT se le otorgó acceso temprano para comenzar a trabajar en él en colaboración con científicos del USGS.

Si bien el agua de mar en todo el mundo tiene esencialmente la misma composición con solo variaciones menores, Ahdab explica, "el agua subterránea es mucho menos salada, alrededor de una décima parte, y el conjunto de iones [átomos o moléculas cargados] es completamente diferente en cada pozo diferente ".

Debido a la menor concentración de sal en el agua salobre, algunas tecnologías como la destilación, que puede tener sentido para el agua de mar en algunos lugares, sería muy ineficiente desde el punto de vista energético para la desalinización de agua salobre, Dice Lienhard. "La ósmosis inversa (RO) o la electrodiálisis (ED) son las dos tecnologías de elección, y son los dos que se utilizan con más frecuencia ".

Dado que el agua de mar es la principal materia prima para los sistemas de desalinización existentes, la tecnología se ha desarrollado y optimizado principalmente para la composición del agua de mar. Dado que el agua salobre es tan diferente, Lienhard dice:"La pregunta que nos interesa es:¿Cuánto margen de mejora hay?" El presente estudio no examina las tecnologías específicas que podrían utilizarse, que se abordarán en futuras investigaciones, pero sí mira los límites teóricos de cuánto sería posible reducir la energía requerida para desalinizar el agua salobre que tiene una composición particular.

"Descubrimos que las composiciones se dividen en cinco clases, "Dice Ahdab." Algunos están dominados por el cloruro de sodio, bicarbonato de sodio, o sulfato de sodio, mientras que otros están dominados por bicarbonato de calcio o sulfato de calcio. Requieren enfoques muy diferentes, en términos del tipo de pretratamiento que necesita ". El nuevo análisis, que identifica las composiciones específicas del agua hasta el nivel de los pozos individuales, "ayudará a orientar el desarrollo de nuevos sistemas, " ella dice.

El equipo descubrió que las aguas subterráneas dominadas por el sodio requieren mucha más energía para desalinizarse que las dominadas por el calcio. al igual que los dominados por el cloruro en comparación con los dominados por el sulfato. Esa información, junto con los mapas de la composición del agua salobre en todo el país, puede ayudar a orientar los planes para desarrollar nuevos recursos hídricos, Ahdab dice.

Además, el equipo relacionó la ubicación de las fuentes de agua subterránea salobre potencialmente utilizables con las regiones que están experimentando las mayores tensiones en sus suministros de agua. Los resultados apuntan a ubicaciones específicas que tienen la combinación más prometedora de una gran necesidad de agua y una alta disponibilidad de agua salobre tratable. incluidas partes del sur de California, Arizona, y áreas del Medio Oeste superior. "Hay una enorme cantidad de agua subterránea salobre que se puede desalinizar para obtener cantidades bastante bajas de energía, ", Dice Lienhard. Pero es necesario trabajar más para traducir esa baja necesidad de energía en sistemas prácticos de desalinización que en realidad tienen costos correspondientemente bajos, él dice.

Si bien el conjunto de datos más completo se basó en pozos de EE. UU., el equipo también examinó otros, conjuntos de muestras menos completos de otros países, y descubrió que es probable que las tendencias estadounidenses en la composición y la energía de desalinización del agua salobre tratable se reproduzcan en la mayor parte del mundo.

Una gran ventaja de desalinizar el agua subterránea salobre en lugar del agua de mar, los investigadores dicen, es la tasa de recuperación:mientras que la desalinización del agua de mar normalmente produce la mitad de su volumen en agua dulce, la desalinización de agua salobre puede producir hasta un 90 por ciento de agua dulce. Eso también facilita mucho la última parte del proceso. Debido a que la salmuera que queda de la desalinización salobre está mucho más concentrada, proporcionalmente hay mucho menos, lo que simplifica la eliminación. De hecho, Lienhard dice:incluso puede ser posible sacar el agua por completo, dejando solo sal sólida que sería aún más fácil de eliminar (o encontrar usos).

Prakash Rao, investigador del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, que no participó en esta investigación, dice que "la escasez de agua en EE. UU. es inminente, y la comunidad científica es necesaria para abordar este desafío. Mayor utilización de suministros de agua alternativos, como agua salobre, para satisfacer la creciente demanda de agua en los EE. UU. Pero, Actualmente, el agua salobre rara vez se usa en los EE. UU. Esto crea una necesidad urgente de comprender mejor la mejor manera de utilizar nuestros vastos recursos de agua salobre. Este documento hace una importante contribución a este fin ".

Rao agrega que "Utilizando el enfoque desarrollado en este documento, agencias de agua, autoridades municipales de agua, y los diseñadores de sistemas de desalinización pueden tomar decisiones más informadas ".

Y Rick Stover, director de la Asociación Internacional de Desalación, que tampoco participó en este estudio, dice "En mi opinión, el mayor significado de este trabajo es la amplitud de su alcance geográfico y su análisis compositivo. Representa una hoja de ruta para la desalación salobre, especialmente en los EE. UU. "

Stover concluye que "la desalinización salobre probablemente se convertirá en una fuente importante de suministro de agua para lugares del interior del mundo. La información presentada en este documento proporciona información esencial para guiar ese desarrollo. Es importante y oportuna".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.