Día cero:los niveles de la presa caen por debajo de los límites seguros y se corta el suministro de agua de la ciudad. Suena como una pesadilla apocalíptica pero para los residentes de Ciudad del Cabo en Sudáfrica se está convirtiendo rápidamente en una realidad. Para países propensos a la sequía como Australia, tampoco es imprevisible. Nuevos avances en desalación, sin embargo, están ofreciendo soluciones alternativas para la seguridad hídrica y para la extracción de valiosos minerales escasos.

El agua dulce es una necesidad para la vida. Es fácil pensar que el agua siempre será abundante, ya que cubre el 70 por ciento de nuestro planeta. Todavía, acceder al agua potable es un desafío para muchos. Para 2025, Naciones Unidas espera que 1.800 millones de personas sufran escasez de agua. Esto se debe a que solo el tres por ciento del agua del mundo es agua dulce y la sequía grave está afectando a muchos países.

La inminente crisis del agua en Ciudad del Cabo ha sido causada por tres años de escasas precipitaciones, junto con el consumo creciente de una población en crecimiento. Ciudad del Cabo podría convertirse en la primera gran ciudad de la historia moderna en quedarse sin agua.

La desalinización se considera cada vez más una solución clave para la escasez de agua, especialmente en continentes secos como Australia. La desalinización implica la eliminación de sales y otros minerales disueltos del agua de mar o agua salobre (que es agua que no es dulce, pero tampoco es tan salada como el agua de mar).

Ahora, La ósmosis inversa y los procesos térmicos son las técnicas de desalinización más utilizadas. Aunque están muy maduros y su rendimiento ha evolucionado a lo largo de los años, todavía no han alcanzado los esquivos objetivos de sostenibilidad.

¿Por qué? Ambos exigen energía, requieren material de construcción caro, son químicamente intensivos, limitado por el ensuciamiento y la corrosión de la membrana, y producir corrientes de desechos concentrados. El impacto ambiental adverso de la descarga de corrientes de desechos concentrados (salmuera) es motivo de gran preocupación.

Esto se debe a que la eliminación de los desechos de salmuera concentrada en la tierra resulta en una susceptibilidad a largo plazo a la contaminación de los recursos de aguas superficiales y subterráneas. La alternativa, descargar la salmuera residual (que tiene un alto contenido de sal y otros productos químicos) al mar requiere una dilución extensa y la instalación de cientos de metros de tuberías submarinas en alta mar para mitigar cualquier efecto adverso sobre los organismos acuáticos.

Desalinización por congelación, sin embargo, está motivado por el fenómeno natural del agua de mar:el hielo hecho de agua salada no contiene sal. Las ventajas inherentes de la desalinización por congelación es que es de bajo costo, relativamente simple y libre de químicos. Sin embargo, separar el hielo de la solución salina para obtener agua sin sal sigue siendo un desafío.

Actualmente, mi investigación se centra en encontrar un fluido adecuado que separe de manera eficiente el hielo y el agua salada basándose en la gravedad del líquido. Esto permitirá la producción de agua dulce a partir del hielo.

Invariablemente, el alto requisito de energía de congelación de la desalinización por congelación, de -8 grados Celsius a -15 grados Celsius es una limitación importante. Una opción viable aquí es obtener 'energía libre' de las instalaciones de vaporización de gas natural licuado (GNL). Esto es especialmente relevante en el contexto australiano debido al crecimiento sustancial de la producción de GNL.

El gas natural se convierte en GNL por compresión y enfriamiento entre -160 grados Celsius y -200 grados Celsius. La desalinización por congelación podría acoplarse a la fuente de refrigerante refrigerante de GNL, dado que la mayoría de plantas de GNL están ubicadas en la costa. La vinculación de plantas beneficiaría a muchos países que, al mismo tiempo, importan GNL y sufren escasez de agua.

Mientras la escasez de agua muerde, el impulso para conservar los recursos naturales también está aumentando. El enfoque en 'extraer' recursos valiosos del agua de mar y sus corrientes de desechos de salmuera se está agudizando especialmente.

El agua de mar contiene casi todos los elementos químicos presentes en la tabla periódica, partiendo de los más abundantes como el sodio, magnesio, calcio, sulfato y potasio a elementos valiosos a baja concentración como el estroncio, litio, uranio y rubidio.

Según la Evaluación de recursos minerales de Australia en 2013, estroncio, magnesio, y el litio tienen un riesgo crítico relativamente alto. El estroncio tiene tasas de reciclaje de menos del 10 por ciento y se utiliza en la cerámica, industrias del vidrio y pirotecnia, imanes de ferrita de cerámica, fuegos artificiales, pigmentos fosforescentes, luces fluorescentes, y en la industria del petróleo y el gas como lodos de perforación. Los principales usos del magnesio incluyen aluminio, acero, materiales químicos y de construcción, y fertilizante.

Conocer la presencia de estos elementos en el agua de mar es una cosa; recuperarlos es otra muy distinta.

Los elementos económicamente útiles en el agua de mar generalmente están presentes en concentraciones relativamente bajas. Por ejemplo, el rubidio económicamente valioso tiene un precio tan alto como $ 12, 505 por kilogramo, pero solo está presente en concentraciones bajas de 0,2 a 0,3 miligramos por litro. El alto valor económico del rubidio se atribuye a su aplicación en los campos de las nuevas tecnologías de los sistemas de telecomunicaciones de fibra óptica. semiconductores, fabricación de láseres monolíticos, absorbedores de gas en tubos de vacío, y para varios exámenes médicos.

Es por eso que mi investigación en Australia con mi supervisor, Director de la Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental Saravanamuth Vigneswaran, también se ha dedicado a la extracción de rubidio de salmuera de agua de mar. Estoy viendo cómo podríamos usar procesos de membrana integrados y absorbentes de intercambio iónico novedosos y selectivos para producir simultáneamente agua dulce y extraer rubidio.

La recuperación del valioso rubidio no solo ayudaría a la industria, también podría compensar potencialmente los costos operativos de la desalinización de agua de mar y su gestión de salmuera relacionada. También lo hará, Ojalá, hacer que sea más fácil para el gobierno y la industria ver que la sustentabilidad realmente es asunto de todos.