La escasez de agua es un problema importante en todo el mundo. "Afecta a todos los continentes, "dice Amir Barati Farimani, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad Carnegie Mellon. "Cuatro mil millones de personas viven en condiciones de grave escasez de agua al menos un mes al año. 500 millones de personas viven en condiciones de grave escasez de agua durante todo el año".

Sin embargo, incluso cuando las personas luchan por no tener acceso a agua potable, hay océanos de agua no potable justo afuera de sus puertas. "El 71% de la superficie mundial está cubierta por agua de mar, "Dice Barati Farimani." Así que esta es una contradicción muy interesante ".

Para combatir este problema, Barati Farimani ha centrado su investigación en la desalación de agua. Este es el proceso mediante el cual el agua salada del mar se puede transformar en agua dulce.

Hay muchas formas de desalar el agua, pero una de las más eficaces es la desalinización por membrana. En este método, el agua se empuja a través de una membrana delgada con pequeños orificios. El agua fluye por los poros, pero los iones de sal no pueden dejando solo agua dulce en el otro lado.

En su última investigación, Barati Farimani explora el potencial de un nuevo tipo de membrana, llamado marco metalorgánico (MOF). "Estas membranas constan tanto del centro metálico como del compuesto orgánico, ", Dice Barati Farimani. El compuesto orgánico y el metal se conectan en un patrón pentagonal, dejando un agujero en el centro que sirve de poro. "Si los miras, son como un panal de miel, ", Añade Barati Farimani.

Hay un par de razones por las que el marco es más eficaz. Primero, es increíblemente delgado. Tiene unos pocos átomos de espesor lo que significa que hay muy poca fricción cuando las moléculas de agua atraviesan los poros.

Adicionalmente, la colocación de los poros ayuda con la permeación. "Cuando no tienes poros adyacentes, hay una gran presión de la pared sobre las moléculas, ", Dice Barati Farimani. Esto hace que el proceso de desalinización sea menos eficiente. Para entender por qué, imagínese vertiendo agua en un embudo. El agua se mueve más lentamente a través del agujero al final porque es empujada contra las paredes y forzada a través de un espacio pequeño.

El MOF, por otra parte, tiene múltiples poros adyacentes. "No hay presión desde el lado de la pared, "Dice Barati Farimani." Y eso les da la oportunidad de pasar más fácilmente a través del poro ". Imagínese vertiendo agua a través de un colador esta vez, se mueve mucho más rápido, porque tiene varios puntos de salida por los que puede escapar.

Finalmente, el MOF tiene más integridad estructural que otros materiales. En la mayoría de los materiales, los científicos tienen que perforar pequeños agujeros para crear los poros necesarios, lo que limita la cantidad que se puede crear por superficie. "Si quieres hacer muchos poros, grafeno o MoS ₂ no puedo hacer eso, "Dice Barati Farimani." Estructuralmente no pueden aguantar la presión ".

Pero gracias a su estructura de panal, MOF es intrínsecamente poroso. Esto permite una mayor proporción de poros a superficie. También ahorra tiempo y energía, ya que no es necesario perforar los poros, o incluso ajustado en tamaño.

Las diferencias entre el MOF y otras membranas típicas son notables, tanto en términos de la rapidez con que pasa el agua como de la cantidad de iones que se rechazan. Y eso es solo mirar una simulación de algunos poros. Una planta desalinizadora puede tener miles de millones de poros, aumentando exponencialmente su eficiencia. "En la escala de una gran operación, sería enorme "Dice Barati Farimani." Incluso un ligero aumento en la eficiencia significaría un gran salto ".

El artículo de Barati Farimani sobre su investigación fue publicado en Nano letras , una revista científica mensual revisada por pares publicada por la American Chemical Society. Se suma a una creciente conversación sobre la desalinización de agua y representa un importante paso adelante en el campo.

Además del mundo académico, Barati Farimani espera que su investigación pueda tener un impacto en la vida de las personas. "Necesitamos proporcionar agua potable a muchas personas desfavorecidas, como en África u otros lugares, ", dice." Básicamente, esa es nuestra misión:hacer que sea tan eficiente desde el punto de vista energético que tengamos desalinización de agua en todas partes ".