(PhysOrg.com) - El agua potable suele tener una gran demanda y escasez después de un desastre natural como el terremoto de Haití o el huracán Katrina. En ambos casos, las zonas de desastre estaban cerca del mar, pero la conversión de agua salada de mar en agua dulce potable generalmente requiere una gran cantidad de energía eléctrica confiable y plantas de desalinización a gran escala, ninguna de las cuales estaba disponible en las áreas de desastre.

Un nuevo enfoque para la desalinización que están desarrollando investigadores del MIT y en Corea podría conducir a pequeños unidades portátiles que pueden funcionar con células solares o baterías y que pueden suministrar suficiente agua dulce para satisfacer las necesidades de una familia o un pueblo pequeño. Como bono adicional, el sistema también eliminaría muchos contaminantes, virus y bacterias al mismo tiempo.

El nuevo enfoque llamada polarización de concentración de iones, se describe en un artículo del Postdoctorado Asociado Sung Jae Kim y el Profesor Asociado Jongyoon Han, ambos en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática del MIT, y colegas en Corea. El artículo fue publicado el 21 de marzo en la revista Nanotecnología de la naturaleza .

Uno de los principales métodos de desalación, llamada ósmosis inversa, utiliza membranas que filtran la sal, pero estos requieren bombas fuertes para mantener la alta presión necesaria para empujar el agua a través de la membrana, y están sujetos a ensuciamiento y bloqueo de los poros de la membrana por la sal y los contaminantes. El nuevo sistema separa las sales y los microbios del agua al repelerlos electrostáticamente de la membrana selectiva de iones en el sistema, por lo que el agua que fluye nunca necesita pasar a través de una membrana. Eso debería eliminar la necesidad de alta presión y los problemas de incrustaciones, dicen los investigadores.

El sistema funciona a escala microscópica, utilizando métodos de fabricación desarrollados para dispositivos de microfluidos, similares a la fabricación de microchips, pero utilizando materiales como la silicona (caucho sintético). Cada dispositivo individual solo procesaría cantidades mínimas de agua, pero un gran número de ellos:los investigadores visualizan una matriz con 1, 600 unidades fabricadas en una oblea de 8 pulgadas de diámetro - podrían producir alrededor de 15 litros de agua por hora, suficiente para proporcionar agua potable a varias personas. Toda la unidad podría ser autónoma y accionada por gravedad:se vertiría agua salada en la parte superior, y agua dulce y salmuera concentrada recolectadas de dos salidas en la parte inferior.

Ese pequeño tamaño podría ser una ventaja para algunas aplicaciones, Kim explica. Por ejemplo, en una situación de emergencia como las secuelas del terremoto de Haití, la infraestructura de suministro para llevar agua dulce a las personas que la necesitan faltaba en gran medida, tan pequeño, las unidades portátiles que las personas pudieran llevar hubieran sido especialmente útiles.

Hasta aquí, los investigadores han probado con éxito una sola unidad, utilizando agua de mar que recogieron de una playa de Massachusetts. Luego, el agua se contaminó deliberadamente con pequeñas partículas de plástico, proteína y sangre humana. La unidad eliminó más del 99 por ciento de la sal y otros contaminantes. “Demostramos claramente que podemos hacerlo a nivel de chip unitario, ”Dice Kim. El trabajo fue financiado principalmente por una subvención de la National Science Foundation, así como una subvención del Centro de Innovación SMART

Si bien la cantidad de electricidad requerida por este método es en realidad un poco más que para los métodos actuales a gran escala, como la ósmosis inversa, no hay otro método que pueda producir desalinización a pequeña escala con un nivel de eficiencia cercano a este, dicen los investigadores. Si está diseñado correctamente, el sistema propuesto solo usaría tanta energía como una bombilla convencional.

Mark A. Shannon del Centro de Materiales Avanzados para la Purificación de Agua con Sistemas de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, que no estuvo involucrado en este trabajo, está de acuerdo con esa evaluación. En un artículo de News &Views que acompaña al artículo Nature Nanotechnology, él escribe que el nuevo sistema logra “quizás la energía más baja jamás para desalinizar microlitros de agua, ”Y cuando muchas de estas microunidades se combinan en paralelo, como proponen Kim y sus coautores, "Podría usarse para suministrar litros de agua por hora usando solo una batería y un flujo de agua por gravedad". Que satisface una necesidad importante, él dice, Dado que en la actualidad existen pocos métodos eficientes para la desalación a pequeña escala, tanto para emergencias como para uso en áreas remotas en países pobres.

Alex Iles, un científico investigador de la Universidad de Hull en Gran Bretaña, dice que si bien se deben realizar más pruebas para establecer la estabilidad a largo plazo y las técnicas de fabricación, "Este es un concepto nuevo y elegante para la desalinización de agua". Dice que es probable que produzca un bajo costo, sistema de bajo mantenimiento que podría ser "ideal para aplicaciones como ayuda en caso de desastre". Cuando se presentó inicialmente en una conferencia a la que asistió el año pasado, Iles dice, “Pensé que probablemente era el trabajo nuevo más significativo de toda la conferencia, a pesar de que era solo un póster ".

El principio básico que hace posible el sistema, llamada polarización de concentración de iones, es un fenómeno ubicuo que ocurre cerca de materiales selectivos de iones (como Nafion, utilizado a menudo en pilas de combustible) o electrodos, y este equipo y otros investigadores han estado aplicando el fenómeno para otras aplicaciones como la preconcentración de biomoléculas. Esta aplicación a la purificación de agua no se ha intentado antes, sin embargo.

Dado que la separación se produce electrostáticamente, no funciona para eliminar contaminantes que no tienen carga eléctrica. Para cuidar de estas partículas restantes, en su mayoría contaminantes industriales, los investigadores sugieren que la unidad podría combinarse con un sistema de filtro de carbón convencional. logrando así puro, agua potable segura a través de un solo dispositivo simple.

Habiendo probado el principio en un dispositivo de una sola unidad, Kim y Han planean producir un dispositivo de 100 unidades para demostrar la ampliación del proceso, seguido de un 10, Sistema de 000 unidades. Esperan que pasen unos dos años antes de que el sistema esté listo para desarrollarse como producto.

"Después, "Dice Kim, "Sabremos si es posible" que esto funcione como un sólido sistema portátil, "Y en qué problemas podría ser necesario trabajar".