Tecnologías de purificación de agua y sincrotrones de rayos X
El mundo necesita agua limpia, y esta necesidad va a continuar creciendo en las próximas décadas. Sin embargo, la desalinización y otras tecnologías de purificación del agua suelen ser caras y requieren mucha energía para su funcionamiento, lo que hace mucho más difícil proporcionar más agua limpia a una población creciente en un mundo que se está calentando.
Para avanzar, los investigadores deberían utilizar herramientas como las disponibles en los sincrotrones de rayos X, para medir mejor las propiedades de los materiales que intervienen en la purificación del agua salada o contaminada de alguna otra manera, argumentan los científicos del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía (EE.UU.) y de la Universidad de Paderborn en Alemania.
«Este es el momento oportuno para que el país avance realmente en la ciencia relacionada con la desalinización» y otras tecnologías de agua limpia, dijo Michael Toney, científico de la Fuente de Radiación Sincrotrón de Stanford, en el SLAC. Toney, junto con los coautores, la científica de la LSSR Sharon Bone y el profesor Hans-Georg Steinrück de Paderborn, acaban de publicar en la revista Joule una nueva perspectiva sobre cómo avanzar en la tecnología del agua limpia.
El desafío es sustancial. En todo el mundo, miles de millones de personas luchan por encontrar agua potable al menos un mes al año, y las proyecciones sugieren que la demanda de agua en algunas partes de los EE.UU. – incluyendo California, que lucha contra las sequías – superará el suministro alrededor de 2050.
Además, desalinizar o limpiar el agua de otra manera es a menudo costoso y energéticamente ineficiente, y no siempre está claro cómo mejorar esas tecnologías.
Por ejemplo, en la tecnología de ósmosis inversa mediante membranas, el agua salada fluye sobre una membrana bajo presión, empujando el agua limpia a través de la membrana hacia una corriente de agua dulce y al mismo tiempo reteniendo la sal, los elementos orgánicos y los contaminantes en la corriente de agua salada. Sin embargo, los investigadores no comprenden con mucho detalle los procesos físicos y químicos responsables de ese filtrado o cómo algunos de los escollos de la ósmosis inversa -como el ensuciamiento, la acumulación de materia orgánica e inorgánica en la membrana- interfieren en el proceso.
«Es la complejidad de estos sistemas lo que los hace tan difíciles de explorar, y por eso el sincrotrón es tan valioso, porque nos permite explorar eso», dijo el profesor Steinrück.
Si los investigadores comprendieran mejor cómo funciona la ósmosis inversa y cómo se puede contaminar, podrían encontrar pistas para mejorar el proceso y desarrollar nuevos materiales para tecnologías de agua limpia. La espectroscopia de rayos X, por ejemplo, podría revelar qué moléculas son las más responsables del ensuciamiento. Los experimentos de dispersión de rayos X y los métodos de imagen, como la microscopía electrónica, podrían dar a los científicos e ingenieros una mejor imagen de lo que está sucediendo a pequeña escala. Lo mismo ocurre con otras técnicas, como la ionización capacitiva, una técnica que funciona mejor en aguas subterráneas de baja salinidad o salobres y que está estrechamente relacionada con la investigación de vanguardia en materia de baterías. Además, esta comprensión a escala fina podría permitir a los investigadores diseñar nuevos materiales para la desalinización y para mitigar el ensuciamiento.
Ese tipo de investigación también es una oportunidad para que los científicos tengan un impacto más directo en un problema mundial cada vez más apremiante, un factor que motivó a Bone, que también trabaja para comprender cómo los contaminantes y los nutrientes por igual circulan por los ecosistemas naturales, a trabajar con sus colegas de SLAC y los ingenieros químicos de la Universidad de Stanford en las tecnologías de agua limpia. Trabajando con la estudiante graduada en ingeniería química de Stanford Valerie Niemann y el profesor William Tarpeh, Bone y Toney ya han comenzado a investigar cómo se acumulan los contaminantes en las membranas de ósmosis inversa.
«Quise unirme a este esfuerzo porque vi que era una oportunidad de trabajar directamente en una tecnología que podría tener un impacto frente al cambio climático», dijo Bone. (Fuente: NCYT Amazings)
