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Una excursionista se desorienta durante una caminata por el desierto cuando se encuentra con un charco seco dejado por una lluvia reciente.
Consumido por la sed, millas de casa, el excursionista debe decidir si beber y correr el riesgo de infección por cualquier bacteria que haya en el charco, o soportar la deshidratación. Pero ese excursionista podría algún día beber sin preocupaciones, gracias a un nuevo tipo de purificador de agua que utiliza la luz solar y el agua para producir peróxido de hidrógeno, un antiséptico potente y común.
El purificador de agua experimental, desarrollado en el laboratorio de Xiaolin Zheng, profesor asociado de ingeniería mecánica, es una variante del proceso más conocido de utilizar energía solar para dividir el agua en hidrógeno, un combustible de combustión limpia, y oxigeno, un elemento que sustenta la vida. Pero, como describe el equipo en la revista Materiales energéticos avanzados , en lugar de dividir completamente el oxígeno y el hidrógeno, el nuevo proceso reduce el oxígeno y oxida el agua para producir peróxido de hidrógeno, o H 2 O 2 .
Incluso una pequeña cantidad purificará el agua, ella dice. El peróxido de hidrógeno desinfecta el agua a un nivel de decenas de partes por millón. Eso es aproximadamente dos cucharadas en 25 galones de agua. En pruebas con agua del grifo, el sistema Stanford alcanzó fácilmente más de 400 partes por millón de H 2 O 2 en cinco horas.
Zheng dice que el equipo tendrá que cambiar algunos de los materiales en el proceso para que su mezcla de agua común y peróxido de hidrógeno sea segura para beber. Pero piensan que un día una persona con sed desesperada podría sacar su purificador solar ligero, vierta algo de H2O sospechoso y, dado suficiente tiempo, producir suficiente H 2 O 2 mediante el proceso activado por el sol para convertir el agua dulce en un verdadero oasis.
Además de futuras aplicaciones de agua potable, Zheng y Xinjian Shi, el estudiante graduado que lidera el proyecto, También imagine que su sistema podría adaptarse a piscinas autosuficientes purificadas con peróxido de hidrógeno creado por el sol en lugar de cloro. o estaciones de purificación de agua alimentadas por energía solar para su uso en regiones en desarrollo donde el agua dulce es un bien preciado.
Abundantes materias primas
El prototipo constaba de dos electrodos, un ánodo y un cátodo, metido en el agua. El ánodo estaba hecho de vanadato de bismuto (BiVO4), un semiconductor fotosensible. El carbón simple sirvió como cátodo. Cuando se expone a la luz solar, el semiconductor de vanadato de bismuto envió electrones cargados negativamente que fluyen hacia el cátodo, mientras que los portadores cargados positivamente, o "agujeros", como se les conoce en física, fluían de regreso hacia el ánodo. El flujo de electrones convirtió el oxígeno en peróxido de hidrógeno, mientras que los agujeros actuaron para transformar el agua en peróxido de hidrógeno. formando el compuesto purificador en ambos electrodos.
Es una nueva versión de lo que se conoce en los círculos de la ingeniería como sistema fotoelectroquímico (PEC). Los sistemas PEC se han estudiado mucho desde la década de 1970 por su capacidad para convertir la luz solar en combustible y otros productos químicos útiles. como hidrógeno y oxígeno. Los experimentos anteriores de PEC han producido peróxido de hidrógeno, pero ninguno de estos experimentos anteriores ha tenido tanto éxito como la presente investigación.
"El nuestro es un sistema sin asistencia, "Shi dice, "Requiere cero aporte de energía y solo luz, agua y oxigeno para trabajar. El agua es el "combustible" de nuestro sistema. De hecho, funciona con agua del grifo ".
Curiosamente, el sistema produce peróxido de hidrógeno en ambos lados de la reacción, en el ánodo y el cátodo. Al final de todo incluso queda una pequeña cantidad de electricidad, debido a la eficiencia de las reacciones químicas. Aunque no es una gran cantidad, que se podría usar energía adicional para encender una bombilla LED como indicador de que el sistema está funcionando correctamente, los investigadores dicen, dejar que el sediento dueño beba con confianza.
"Creemos que esta es una nueva dirección en la división del agua de PEC, que generalmente requiere insumos de energía adicionales para funcionar, "Dice Zheng.
Trabajar por delante
Los investigadores consideran este documento como una prueba de concepto y dicen que queda mucho trabajo antes de que los purificadores que producen peróxido de hidrógeno se vuelvan comunes. Más importante, El vanadato de bismuto, el ánodo, es en sí mismo tóxico y debería ser reemplazado por otro material igualmente fotosensible.
Dra. Samira Siahrostami, coautor del estudio e ingeniero de investigación en el Centro SUNCAT para la ciencia de la interfaz y la catálisis en Stanford, seleccionó vanadato de bismuto como ánodo para este prototipo debido a su eficiencia y capacidad para generar peróxido de hidrógeno. Avanzando, los investigadores planean identificar otros materiales de ánodo que sean estables, eficiente y seguro para la purificación del agua.
Zheng y Shi también sugieren que podrían reemplazar el cátodo de carbono con un material diferente que también sea fotosensible (el carbono no lo es). Tal diseño aprovecharía una mayor gama de luz solar para mejorar aún más la eficiencia del sistema.
