Una serie de tormentas en Texas en los últimos años (desde el huracán Harvey en 2017 hasta el frío intenso de 2021) ha puesto en peligro a grandes sectores de la población y ha dejado a millones sin electricidad ni agua durante largos períodos.

Estas calamidades también han servido de motivación para que una investigadora de la Universidad de Texas en Austin reenfoque su trabajo en innovaciones que puedan ayudar a las comunidades a responder a eventos climáticos severos. Su último proyecto es un dispositivo del tamaño de una taza que puede limpiar rápidamente el agua utilizando una pequeña descarga de electricidad para extraer células bacterianas. En experimentos de laboratorio, el dispositivo pudo eliminar el 99,997 % de la bacteria E. coli de muestras de 2 a 3 onzas tomadas de Waller Creek en Austin en aproximadamente 20 minutos, y tiene capacidad para hacer más.

"Podemos limpiar el agua usando muy poca energía porque dirigimos las células bacterianas con campos eléctricos, y la mayoría de las células bacterianas son nadadores naturales que se impulsan hacia los electrodos y son capturadas vivas", dijo D. Emma Fan, profesora asociada en el Departamento Walker de Ingeniería Mecánica de la Escuela de Ingeniería Cockrell, quien dirigió la investigación publicada recientemente en ACS Nano. .

La clave del dispositivo es un electrodo "ramificado" que el equipo de investigación creó previamente. La estructura del electrodo patentado se basa en un sistema de raíces de un árbol con ramas que se desplazan en varias direcciones.

Cuando se electrifica, el dispositivo crea un campo hacia el que se sienten atraídas las células de E. coli. Ellos "nadan" voluntariamente en las ramas de los electrodos.

El electrodo está hecho de espuma de grafito, compatible y duradero en campos eléctricos, y puede funcionar continuamente durante muchas horas. Además de su eficiencia, el dispositivo es económico:cuesta menos de 2 dólares crear el electrodo recubierto de espuma.

También es fácil de usar. Primero, sumerja el vaso lleno de electrodos en agua. Luego, dale una sacudida eléctrica, espera y deja que los electrodos eliminen las bacterias. Luego espera y retira el agua, que ya es potable.

Los investigadores ahora están buscando formas de comercializarlo y luego quieren simplificar el diseño de la taza. El que se utiliza para limpiar el agua de Waller Creek es un prototipo impreso en 3D. El equipo quiere simplificar aún más el proceso de inserción y extracción de electrodos.

De los diferentes métodos actuales para la filtración de agua comercial simple, cada uno tiene un defecto importante. Las pastillas desinfectantes pueden liberar oxidantes que pueden ser dañinos si se ingieren. Los sistemas de ósmosis inversa requieren alta presión de agua y la generación de vapor solar necesita luz solar constante, lo cual no es confiable en medio de desastres naturales.

Además, el uso de energía eléctrica permite la integración con baterías para energías almacenadas y puede usarse fácilmente en casa, en la oficina o en un automóvil. El coste de la energía también es mucho menor que el de diversas tecnologías emergentes, por ejemplo, una milésima parte del de la generación de vapor solar.

El electrodo utilizado en el dispositivo fue creado originalmente para supercondensadores. Las estimaciones de que la población de Texas se duplicaría para 2050 y la necesidad de investigación para abordar la resiliencia después de que Harvey motivó a Fan a centrar su trabajo en los desastres naturales.

En caso de un corte de energía o un aviso de hervir el agua, una persona que poseyera un dispositivo con esta tecnología podría conducir hasta un arroyo o arroyo, conectarlo a la batería del automóvil a través de un simple convertidor CC-CA y purificar el agua. para llevar a casa como suministro para beber. También se puede alimentar mediante paneles solares con el mismo principio.

"Cuando nuestra infraestructura hídrica no funciona (no hay agua, ni gas ni electricidad), necesitamos dispositivos en el punto de uso para limpiar el agua que podamos sacar de estanques, arroyos o ríos", dijo Fan. "Creemos que nuestro dispositivo algún día podrá satisfacer esa necesidad".

Más información: Xianfu Luo et al, Desinfección portátil de agua a granel mediante captura viva de bacterias con grafito poroso divergentemente ramificado en campos eléctricos, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.2c12229

Información de la revista: ACS Nano

Proporcionado por la Universidad de Texas en Austin