A medida que la población crece y las sequías crónicas persisten, Las ciudades costeras como Carlsbad en el sur de California han recurrido cada vez más a la desalinización de los océanos para complementar el menguante suministro de agua dulce. Ahora, los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Laboratorio de Berkeley) del Departamento de Energía que investigan cómo hacer que la desalinización sea menos costosa han encontrado reglas de diseño prometedoras para hacer los llamados líquidos iónicos "térmicamente sensibles" para separar el agua de la sal.

Los líquidos iónicos son una sal líquida que se une al agua, haciéndolos útiles en la ósmosis directa para separar los contaminantes del agua. (Ver preguntas y respuestas de Berkeley Lab, "Avanzando en la desalinización") Aún mejores son los líquidos iónicos que responden térmicamente, ya que utilizan energía térmica en lugar de electricidad. que es requerida por la desalinización por ósmosis inversa (RO) convencional para la separación. El nuevo estudio de Berkeley Lab, publicado recientemente en la revista Naturaleza Comunicaciones Química , estudió las estructuras químicas de varios tipos de líquido iónico / agua para determinar qué "receta" funcionaría mejor.

"El estado de la técnica actual en desalinización por ósmosis inversa funciona muy bien, pero el costo de la desalinización por ósmosis inversa impulsada por electricidad es prohibitivo, "dijo Robert Kostecki, coautor correspondiente del estudio. "Nuestro estudio muestra que el uso de calor" gratuito "de bajo costo, como el calor geotérmico o solar o el calor residual industrial generado por máquinas, combinado con líquidos iónicos que responden térmicamente podría compensar una gran fracción de los costos de las tecnologías actuales de desalinización por ósmosis inversa. que dependen únicamente de la electricidad ".

Kostecki, subdirector de la División de Almacenamiento de Energía y Recursos Distribuidos (ESDR) en el Área de Tecnologías Energéticas de Berkeley Lab, se asoció con el coautor para correspondencia Jeff Urban, un científico del personal en la Fundición Molecular de Berkeley Lab, investigar el comportamiento de los líquidos iónicos en el agua a nivel molecular.

Utilizando espectroscopia de resonancia magnética nuclear y dispersión dinámica de luz proporcionada por investigadores de la División ESDR, así como técnicas de simulación de dinámica molecular en la Fundición Molecular, el equipo hizo un hallazgo inesperado.

Durante mucho tiempo se pensó que una separación de líquido iónico eficaz se basaba en la proporción general de componentes orgánicos (partes del líquido iónico que no tienen carga ni positiva ni negativa) y sus iones con carga positiva. explicó Urban. Pero el equipo del laboratorio de Berkeley descubrió que la cantidad de moléculas de agua que un líquido iónico puede separar del agua de mar depende de la proximidad de sus componentes orgánicos a sus iones cargados positivamente.

"Este resultado fue completamente inesperado, "Dijo Urban." Con él, ahora tenemos reglas de diseño para las cuales los átomos en los líquidos iónicos están haciendo el trabajo duro en la desalinización ".

Una tecnología de ósmosis inversa basada en membranas de décadas de antigüedad desarrollada originalmente en UCLA en la década de 1950, está experimentando un resurgimiento:actualmente hay 11 plantas desalinizadoras en California, y se han propuesto más. Científicos del laboratorio de Berkeley, a través del Instituto de Investigación de Resiliencia Agua-Energía, están aplicando una variedad de tecnologías para mejorar la confiabilidad del sistema de agua de EE. UU., incluyendo tecnologías avanzadas de tratamiento de agua como la desalinización.

Debido a que la ósmosis directa usa calor en lugar de electricidad, la energía térmica puede ser proporcionada por fuentes renovables como geotermia y solar o calor industrial de bajo grado.

"Nuestro estudio es un paso importante para reducir el costo de la desalinización, ", agregó Kostecki." También es un gran ejemplo de lo que es posible en el sistema de laboratorio nacional, donde las colaboraciones interdisciplinarias entre las ciencias básicas y las ciencias aplicadas pueden conducir a soluciones creativas a problemas difíciles que beneficiarán a las generaciones venideras ".

También contribuyeron al estudio los investigadores de UC Berkeley y el Laboratorio Nacional de Idaho. Molecular Foundry es una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE que se especializa en ciencia a nanoescala. Este trabajo fue apoyado por la Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable del Departamento de Energía de EE. UU.