El mundo necesita agua limpia y su necesidad solo aumentará en las próximas décadas. Sin embargo, la desalinización y otras tecnologías de purificación de agua suelen ser caras y requieren mucha energía para funcionar. lo que hace que sea mucho más difícil proporcionar más agua limpia a una población en crecimiento en un mundo que se calienta.

Avanzar, Los investigadores deben utilizar herramientas como las disponibles en los sincrotrones de rayos X para medir mejor las propiedades de los materiales involucrados en la purificación del agua salada o contaminada. argumentan los científicos del Laboratorio Nacional Acelerador SLAC del Departamento de Energía y la Universidad de Paderborn en Alemania,

"Este es realmente un momento oportuno para el país:laboratorios nacionales, la academia y los socios industriales:para promover la ciencia relacionada con la desalinización "y otras tecnologías de agua limpia, dijo Michael Toney, un científico distinguido en la fuente de luz de radiación de sincrotrón de Stanford de SLAC. Toney, junto con los coautores, la científica de SSRL, Sharon Bone, y el profesor de Paderborn, Hans-Georg Steinrück, acaban de publicar una nueva perspectiva sobre el avance de la tecnología del agua limpia en la revista. Joule .

El desafío es sustancial. Alrededor del mundo, miles de millones de personas luchan por encontrar agua potable limpia al menos un mes al año, y las proyecciones sugieren que la demanda de agua en algunas partes de los EE. UU., incluida California, que lucha contra las sequías, superará la oferta hacia el 2050.

Además de eso, desalinizar o limpiar el agua es a menudo costoso y energéticamente ineficiente, y no siempre está claro cómo mejorar esas tecnologías.

Por ejemplo, en ósmosis inversa de membrana, el agua salada fluye sobre una membrana bajo presión, empujar agua limpia a través de la membrana hacia una corriente de agua dulce y retener la sal, orgánicos, y contaminantes en la corriente de agua salada. Sin embargo, los investigadores no comprenden con mucho detalle los procesos físicos y químicos responsables de ese filtrado o cómo algunas de las trampas de la ósmosis inversa, como el ensuciamiento, la acumulación de materia orgánica e inorgánica en la membrana interfiere con el proceso.

"Es la complejidad de estos sistemas lo que los hace tan difíciles de probar, y es por eso que el sincrotrón es tan valioso, porque nos permite probar eso, ", Dijo el profesor Steinrück.

Si los investigadores entendieran mejor cómo funciona la ósmosis inversa y cómo puede estropearse, podrían encontrar pistas para mejorar el proceso y desarrollar nuevos materiales para tecnologías de agua limpia. Espectroscopia de rayos X, por ejemplo, podría revelar qué moléculas son las más responsables de las incrustaciones. Experimentos de dispersión de rayos X y métodos de obtención de imágenes. como microscopía electrónica, podría dar a los científicos e ingenieros una mejor imagen de lo que está sucediendo en una escala fina. Lo mismo ocurre con otras técnicas, como la ionización capacitiva, una técnica que funciona mejor en aguas subterráneas salobres o de baja salinidad y está estrechamente relacionada con la investigación de baterías de vanguardia. Y lo que es más, Esta comprensión a gran escala podría permitir a los investigadores diseñar nuevos materiales para la desalinización y mitigar las incrustaciones.

Ese tipo de investigación también es una oportunidad para que los científicos tengan un impacto más directo en un problema global cada vez más urgente, un factor que motivó a Bone, que también trabaja para comprender cómo los contaminantes y los nutrientes circulan por los ecosistemas naturales, trabajar con colegas de SLAC e ingenieros químicos de la Universidad de Stanford en tecnologías de agua limpia. Trabajando con la estudiante graduada de ingeniería química de Stanford, Valerie Niemann y el profesor William Tarpeh, Bone y Toney ya han comenzado a investigar cómo se acumulan las incrustaciones en las membranas de ósmosis inversa.

"Quería unirme a este esfuerzo porque lo vi como una oportunidad para trabajar directamente en una tecnología que podría tener un impacto frente al cambio climático, "Dijo Bone.