Los ingenieros del MIT han desarrollado un nuevo enfoque para eliminar el plomo u otros contaminantes de metales pesados ​​del agua, en un proceso que dicen que es mucho más eficiente energéticamente que cualquier otro sistema utilizado actualmente, aunque hay otros en desarrollo que se acercan. Por último, podría usarse para tratar suministros de agua contaminados con plomo en el hogar, o para tratar el agua contaminada de algunos procesos químicos o industriales.

El nuevo sistema es el último de una serie de aplicaciones basadas en hallazgos iniciales de hace seis años por miembros del mismo equipo de investigación. inicialmente desarrollado para la desalación de agua de mar o agua salobre, y posteriormente adaptado para eliminar compuestos radiactivos del agua de refrigeración de centrales nucleares. La nueva versión es el primer método de este tipo que podría aplicarse para tratar los suministros de agua domésticos. así como usos industriales.

Los hallazgos se publican hoy en la revista. Ciencia y Tecnología Ambiental -Agua, en un artículo de los estudiantes graduados del MIT Huanhuan Tian, Mohammad Alkhadra, y Kameron Conforti, y el profesor de ingeniería química Martin Bazant.

"Es notoriamente difícil eliminar metales pesados ​​tóxicos que persisten y están presentes en muchas fuentes de agua diferentes, "Dice Alkhadra." Obviamente, hay métodos que compiten hoy en día que hacen esta función, por lo que es una cuestión de qué método puede hacerlo a menor costo y de manera más confiable ".

El mayor desafío al tratar de eliminar el plomo es que generalmente está presente en concentraciones tan pequeñas, ampliamente superado por otros elementos o compuestos. Por ejemplo, El sodio suele estar presente en el agua potable en una concentración de decenas de partes por millón, mientras que el plomo puede ser muy tóxico en unas pocas partes por mil millones. La mayoría de los procesos existentes, como la ósmosis inversa o la destilación, quitar todo de una vez, Alkhadra explica. Esto no solo requiere mucha más energía de la que se necesitaría para una eliminación selectiva, pero es contraproducente ya que pequeñas cantidades de elementos como el sodio y el magnesio son en realidad esenciales para beber agua saludable.

El nuevo enfoque es utilizar un proceso llamado electrodiálisis de choque, en el que se utiliza un campo eléctrico para producir una onda de choque dentro de una tubería que transporta el agua contaminada. La onda de choque separa el líquido en dos corrientes, tirando selectivamente de ciertos átomos cargados eléctricamente, o iones, hacia un lado del flujo ajustando las propiedades de la onda de choque para que coincida con los iones objetivo, dejando un chorro de agua relativamente pura en el otro lado. La corriente que contiene los iones de plomo concentrados se puede separar fácilmente utilizando una barrera mecánica en la tubería.

En principio, "esto hace que el proceso sea mucho más barato, "Bazant dice, "porque la energía eléctrica que está poniendo para hacer la separación realmente va tras el objetivo de alto valor, que es el líder. No está desperdiciando mucha energía eliminando el sodio ". Debido a que el plomo está presente en una concentración tan baja, "no hay mucha corriente involucrada en la eliminación de esos iones, por lo que esta puede ser una forma muy rentable ".

El proceso todavía tiene sus limitaciones, ya que solo se ha demostrado a pequeña escala de laboratorio y con caudales bastante lentos. Ampliar el proceso para que sea práctico para uso doméstico requerirá más investigación, y los usos industriales a mayor escala llevarán incluso más tiempo. Pero podría ser práctico dentro de unos años para algunos sistemas basados ​​en el hogar, Dice Bazant.

Por ejemplo, una casa cuyo suministro de agua está muy contaminado con plomo puede tener un sistema en el sótano que procesa lentamente un chorro de agua, llenar un tanque con agua sin plomo para beber y cocinar, dejando la mayor parte del agua sin tratar para usos como la descarga del inodoro o el riego del césped. Dichos usos podrían ser apropiados como medida provisional para lugares como Flint, Michigan, donde el agua, mayormente contaminado por las tuberías de distribución, tomará muchos años remediarlo mediante el reemplazo de tuberías.

El proceso también podría adaptarse para algunos usos industriales, como el agua de limpieza producida en operaciones de minería o perforación, para que el agua tratada pueda eliminarse o reutilizarse de forma segura. Y en algunos casos esto también podría proporcionar una forma de recuperar metales que contaminan el agua, pero en realidad podría ser un producto valioso si se separaran; por ejemplo, algunos de estos minerales podrían usarse para procesar semiconductores o productos farmacéuticos u otros productos de alta tecnología, dicen los investigadores.

Las comparaciones directas de la economía de tal sistema con los métodos existentes son difíciles, Bazant dice:porque en los sistemas de filtración, por ejemplo, los costos son principalmente para reemplazar los materiales de filtro, que se obstruyen rápidamente y se vuelven inutilizables, Considerando que en este sistema los costes son principalmente para el aporte de energía en curso, que es muy pequeño. En este punto, el sistema de electrodiálisis de choque ha estado funcionando durante varias semanas, pero es demasiado pronto para estimar la longevidad real de un sistema de este tipo, él dice.

Desarrollar el proceso en un producto comercial escalable llevará algún tiempo, pero "hemos mostrado cómo se puede hacer esto, desde un punto de vista técnico, ", Dice Bazant." El problema principal sería el aspecto económico, ", agrega. Eso incluye descubrir las aplicaciones más apropiadas y desarrollar configuraciones específicas que cumplan con esos usos". Tenemos una idea razonable de cómo ampliar esto. Entonces es una cuestión de tener los recursos, "que podría ser una función para una empresa de nueva creación en lugar de un laboratorio de investigación académica, él añade.

"Creo que este es un resultado emocionante, " él dice, "porque demuestra que realmente podemos abordar esta importante aplicación" de limpiar el plomo del agua potable. Por ejemplo, él dice, ahora hay lugares que realizan la desalinización de agua de mar mediante ósmosis inversa, pero tienen que ejecutar este costoso proceso dos veces seguidas, primero en sacar la sal, y luego nuevamente para eliminar los contaminantes de bajo nivel pero altamente tóxicos como el plomo. Este nuevo proceso podría usarse en lugar de la segunda ronda de ósmosis inversa, con un gasto de energía mucho menor.

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.