El árbol de mangle sobrevive en su hábitat subtropical al convertir de manera eficiente el agua salada de su entorno en agua dulce, una hazaña de ingeniería que ha desconcertado a los científicos durante mucho tiempo.

Ahora, Un equipo de investigadores del laboratorio del profesor de ingeniería de Yale, Menachem Elimelech, ha desarrollado un dispositivo purificador de agua que imita el manglar. Además de ofrecer una mejor comprensión de los sistemas de plomería de las plantas, podría conducir a nuevas tecnologías de desalinización, dijo su equipo de investigación. Los resultados aparecieron el 21 de febrero en Avances de la ciencia .

"Estamos mostrando el mecanismo que se ha propuesto para el funcionamiento de los manglares, "dijo el coautor Jay Werber, ex estudiante de posgrado en ingeniería química y ambiental en el laboratorio de Elimelech. "No somos biólogos, pero llegamos a esto desde una perspectiva de ingeniería ".

Elimelech es profesor Roberto C. Goizueta de Ingeniería Química y Ambiental de Yale.

El dispositivo, que los investigadores llaman manglar artificial, combina los efectos desalinizantes de la raíz del manglar, el bombeo capilar de las hojas, y la capacidad de conducción de agua del vástago. La clave de su éxito es su capacidad para generar un alto nivel de presión negativa, similar a lo que crea cuando bebe con una pajita. En el manglar sintético, La evaporación de membranas especialmente diseñadas, actuando como "hojas", crea una gran presión negativa, que impulsa la desalinización del agua salada a través de una membrana semipermeable "raíz".

Los árboles necesitan presión negativa, que se genera cuando el agua se evapora a través de las hojas, para absorber suficiente agua. Manglares que se pueden encontrar en Florida y son particularmente abundantes en países como Indonesia, Brasil, y Malasia, realizar un truco doblemente impresionante, Los investigadores dijeron:Necesitan producir una presión negativa mayor que el árbol típico para beber el agua salada de su entorno. Más, desalan esta agua con sus raíces, en un proceso llamado ósmosis inversa.

Particularmente impresionante, los investigadores señalan, es la forma en que los árboles minimizan la formación de burbujas de aire dentro de su sistema de tubos de agua, conocido como el xilema. El agua tiende a formar burbujas bajo altas presiones negativas, que interrumpiría el flujo de agua en el xilema de la planta.

Coautor Yunkun Wang, un investigador postdoctoral, dijo que el dispositivo de los investigadores logra una hazaña similar al minimizar la formación de bolsas de aire, debido en parte a una estructura de sílice porosa conocida como frita que se coloca en el medio del dispositivo.

Además de resolver algunos misterios de larga data sobre la hidráulica de los árboles, Werber dijo:El trabajo de los investigadores podría conducir potencialmente a la creación de dispositivos a pequeña escala para separar soluciones. "Típicamente, tiene una bomba cara que crea una presión muy alta para separar esas cosas, ", dijo." Con el dispositivo de manglar, puedes usar la evaporación para impulsar eso de forma completamente pasiva ".

Los investigadores dijeron que el dispositivo sería particularmente útil en situaciones en las que la electricidad no está disponible fácilmente.

El dispositivo de los investigadores no solo imitó el proceso natural, generaba una presión negativa mucho mayor que la que genera el mangle y podría desalinizar el agua con una concentración de sal casi diez veces mayor que la del agua de mar. Elimelech dijo que esto significa que podría conducir a formas de desalinizar agua muy salada, como el agua producida a través del hidrodeslizamiento.

Más inmediatamente, aunque, Dijo que el dispositivo proporciona una ventana a un proceso que durante mucho tiempo no estaba claro.

"Solo teníamos curiosidad sobre cómo la naturaleza hace algunas cosas, y es algo tan asombroso que pudimos describirlo con física, "Dijo Elimelech." Demostramos que el árbol sigue principios físicos, y que podemos imitarlos en un dispositivo de microfluidos ".

Coautor Jongho Lee, un investigador postdoctoral, dijo que el dispositivo también tiene el potencial de ser utilizado para la reducción de inundaciones incorporándolo en "ciudades esponja", es decir, áreas urbanas diseñadas para absorber y atrapar el agua de lluvia y eliminarla rápidamente. "Los edificios podrían diseñarse para funcionar como árboles de manglar:sus paredes exteriores funcionarían como hojas y los cimientos actuarían como raíces que filtran los contaminantes, " él dijo.